книги из ГПНТБ / Технология гидролизных производств учебник

сгущение примерно с концентрации 2—3 г/л до 30—50 г/л. Дрожжи,

током — для дальнейшего сгущения на первую группу сепарато­ ров 16. Отсепарированная дрожжевая бражка после сепараторов исчерпывания собирается в сборник последрожжевой бражки 15. Дальнейшее сгущение дрожжевой суспензии происходит на двух

включается их промывка. Сгущенная дрожжевая суспензия после первой ступени сепараторов засасывается водоструйным насосом 19, смешивается в нем с водой, промывается и подается на сепара­ торы второй ступени 20. Отработанная промывная вода со второй ступени сепараторов для снижения потерь дрожжей возвращается в сборник 11. Там она смешивается с дрожжевой суспензией, а за­ тем смесь подается на первую ступень сепарирования. Сгущенную дрожжевую суспензию с концентрацией дрожжей 500—600 г/л после второй ступени сепарирования собирают в сборнике 21. Пе­ ред поступлением на выпарку дрожжевая суспензия подвергается плазмолизу для снижения пенообразования в испарителях выпар­ ных аппаратов, а также для исключения образования сгустков дрожжей, отрицательно влияющих на процесс упаривания. При плазмолизе дрожжи теряют как свободную, так и связанную воду и становятся текучими. Сгущенная дрожжевая суспензия подается насосом 22 в плазмолизатор-подогреватель 23, в который поступает пар низкого давления, и под его влиянием происходит плазмолиз дрожжей при температуре 80° С. Плазмолизированные дрожжи подаются через напорный бак 24 на уйаривание в двухкорпусную вакуум-выпарную установку. На выпарной установке производится сгущение дрожжевой суспензии до содержания сухих веществ 20—22%. В качестве греющего пара на выпарную установку по­ дается свежий пар или с целью экономии используется вторич­ ный. Частично упаренная дрожжевая суспензия из первого аппа­ рата 25 выпарной установки передается во второй аппарат 26. Вторичный пар, образующийся при упаривании дрожжевой сус­ пензии, поступает в подогреватель второго корпуса выпарной уста­ новки. Упаренный дрожжевой концентрат из выпарной установки откачивается насосом 27 в сборник 28. Вторичный пар из второго корпуса через ловушку поступает в барометрический конденса­ тор 29, конденсируется водой и через барометрический ящик 30 сбрасывается в канализацию. Вакуум в системе создается ва­ куум-насосом.

Из сборника 28 дрожжевой концентрат насосом 31 подается в сушильную установку, состоящую из дисковой распылительной сушилки 32, циклонов 33, вентилятора 34 и другого вспомогатель­ ного оборудования. Устройство и работа распылительной сушилки приведены выше.

Основная масса дрожжей, высушенных до содержания 8— 10% влаги, пневмотранспортом подается через циклон в бункер 35. От­ работанный воздух для улавливания уносимых дрожжей из распы­ лительной сушилки 32 подается в циклоны 33, а затем, выбрасыва­ ется в атмосферу. Осевшие в циклонах дрожжи подаются в общий поток товарных дрожжей.

Сухие дрожжи из бункера 35 поступают в упаковочную машину. Упакованные в бумажные мешки товарные дрожжи направляются по транспортеру в склад готовой продукции, а затем потребителям.

7. НЕКОТОРЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДРОЖЖЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

По действующим нормам технологического проектирования вы­ ход товарных дрожжей из 1 табсолютно сухой хвойной древесины составляет 218 кг, лиственной — 209 кг. Выход дрожжей по дрожжерастильному аппарату от общих РВ принимается соответственно 48 и 46%.

Расход хвойной древесины на 1 ттоварных дрожжей составляет 4,6 т (в расчете на абс. сухую древесину), а лиственной — 4,8 г. Кроме того, на 1 ттоварных дрожжей расходуется: тепла (техно­ логического пара) около 11 Гкал, электроэнергии 1700 кет - ч, сер­ ной кислоты (в расчете на моногидрат) 360 кг, извести (в пере­

При переработке древесных отходов на гидролизно-дрожжевых заводах заводская себестоимость кормовых дрожжей складыва­ ется из следующих элементов: сырье — 36,5%, химикаты— 15%, пар и электроэнергия — 21%, зарплата — 3,5%, накладные рас­ ходы — 24 %.

При переработке гидролизатов на спирт и дрожжи себестоимость дрожжей понижается на 15—20%.

Литература

Андреев А. А., Брызгалов Л. И. Производство кормовых дрожжей. М., 1970, с. 296.

292

Глава XII

ПРОИЗВОДСТВО БЕЛКОВЫХ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ КА НЕГИДРОЛИЗНЫХ СРЕДАХ

1.ПРОИЗВОДСТВО БЕЛКОВО-ВИТАМИННЫХ КОНЦЕНТРАТОВ (БВК) НА УГЛЕВОДОРОДАХ НЕФТИ

Для получения белковых кормовых дрожжей — одного из важ­ нейших продуктов микробиологической промышленности — в на­ стоящее время используется новое дешевое, широко распростра­ ненное сырье — углеводороды нефти.

Дрожжи, вырабатываемые на основе углеводородов, представ­ ляют собой сухую биомассу микроорганизмов светло-серого, кре­ мового или коричневого цвета. Они содержат 48—59% белка, 5—■ 9% нуклеиновых кислот, 15—18% углеводов, 0,5% клетчатки, 2— 5% жира, 8—-12% минеральных веществ. Белок дрожжей является полноценным, так как содержит комплекс незаменимых аминокис­ лот, в том числе важнейших — лизина (5—8%), триптофана (2— 3%), метионина (1—2%). По питательности белковые дрожжи приближаются к кормам животного происхождения и усваиваются организмом животных на 90%. В состав минеральных веществ входит фосфор (2—2,5%), калий (1—3%), кальций (0,5—1,5%), натрий (0,04—0,4%), а также микроэлементы — железо, марганец, кобальт, медь, цинк, необходимые животным для нормального ро­ ста и продуктивности. Особую ценность дрожжам придает высокое содержание в них витаминов группы В (1%) и эргостерина (0,2— 0,5% от абс. сухого вещества). Поэтому кормовые дрожжи, полу­ чаемые на углеводородных средах, носят название белково-вита­ минных концентратов (БВК). Они являются перспективным и цен­ ным кормовым продуктом.

Существует три направления получения белково-витаминного корма на углеводородных средах: 1) переработка нормальных очи­ щенных парафинов нефти, т. е. предельных углеводородов СпН2п+2 ;

2) использование парафиновой фракции при микробиологической депарафинизации дизельного топлива; 3) культивирование микро­ организмов на природном газе. Углеводороды нефтепродуктов ис­ пользуются в качестве углеродистого питания и энергетического материала для микроорганизмов. Накопление белка идет за счет усвоения ими углеводородов. Выход биомассы влажностью 8— 10% достигает 60—-85% по отношению к использованным углево­ дородам.

Для производства кормовых дрожжей используют нефтяные очищенные жидкие парафины нормального строения с числом углеродных атомов Сю — С28. Способы очистки жидких парафинов от ароматических углеводородов, применяемые в нефтяной про­ мышленности, дают возможность получать для биосинтеза белка

293

доброкачественное сырье. В этом случае повышается качество го­ товой продукции, в ней отсутствуют вредно действующие на орга­ низм углеводороды. Использование жидких парафинов упрощает технологию производства БВК и дает возможность применять обычное основное оборудование микробиологической промышлен­ ности. Выбор для биосинтеза белка нормальных парафинов опре­ деляется тем, что производственные расы дрожжей в качестве ос­ новного источника углерода усваивают только эти парафины. В промышленном масштабе нормальные парафины с числом угле­ родных атомов Сю— Сю могут быть выделены из нефтяных фрак­ ций с помощью синтетических цеолитов — молекулярных сит. Ис­ пользование высокоселективных адсорбентов — молекулярных сит позволяет получить н-парафины высокой степени чистоты. Выделе­ ние н-парафинов из нефтяных фракций происходит в кипящем слое мелкогранулированного цеолита. Для этой цели применяется спе­ циальная установка с адсорбционно-десорбционным узлом. Условия выделения н-парафинов следующие: температура адсорбции 350— 400° С, десорбции 400—500° С, давление 1,1 кгс/см2. н-Парафины поглощаются цеолитом в течение 4—7 мин. В качестве вытесните­ лей парафинов используют н-гексан, водяной пар и азот. Для по­ лучения н-парафинов 99%-ной чистоты в процесс выделения вклю­ чают продувку цеолита инертным газом.

Очищенные жидкие парафины, используемые для производства БВК, получают также на нефтеперерабатывающих заводах из ди­ зельного топлива. Одним из способов выделения парафинов явля­ ется карбамидная депарафинизация нефтепродуктов. Этот процесс улучшает качество дизельных топлив, позволяет во много раз уве­ личить производство жидкого очищенного парафина — сырья для микробиологического синтеза. В основе процесса карбамидной де­ парафинизации лежит образование комплекса, состоящего из мо­ лекул карбамида (мочевины) и молекул углеводорода с неразветвленной цепью. Соединения с разветвленной цепью и циклические таких комплексов не образуют. В результате взаимодействия карб­ амида с нормальными парафиновыми углеводородами образуется белый сметанообразный продукт — комплекс-сырец. После отделе­ ния от жидкой фазы (фильтрации с применением вакуума, отстоя и центрифугирования), промывки растворителями и сушки он имеет вид твердой кристаллической массы. При разрушении комп­ лекса (нагревании, растворении в воде и растворах низших спир­ тов, действии растворителей) в чистом виде получаются парафи­ новые углеводороды нормального строения и регенерируется карб­ амид, который возвращается в производство.

Положительным в процессе карбамидной депарафинизации яв­ ляется то, что образование и разрушение комплекса осуществляется при невысоких температурах (10—30°С). Время взаимодействия карбамида с я-парафинами составляет несколько минут. В резуль­ тате процесса карбамидной депарафинизации получается низко­ застывающее дизельное топливо, пригодное для использования при —25° С. Парафины, получаемые из дизельного'топлива, содержат

294

90% ң-парафинов с длиной цепи от Сю до Сз0 и около 10% изопа­ рафиновых и ароматических углеводородов. Для повышения каче­ ства БВК жидкие парафины, выделенные из дизельных топлив де­ парафинизацией карбамидом, должны быть очищены от аромати­ ческих углеводородов, хотя в этом случае стоимость готового про­ дукта увеличивается.

Как уже указывалось, дизельное топливо содержит значительное количество нормальных парафинов (12— 18%), которые неблаго­ приятно влияют на температуры его застывания и помутнения. Было обнаружено, что микроорганизмы, растущие на я-парафинах, могут использовать в качестве углеродистого питания и парафи­ новую фракцию дизельного топлива. Таким образом, одновремен­ но с получением биомассы дрожжей производится депарафиниза­ ция дизельного топлива, что имеет большое значение для нефтепе­ рерабатывающей промышленности. Этот процесс носит название микробиологической депарафинизации. В результате микробиоло­ гической депарафинизации можно получить 90% очищенного низ­ котемпературного дизельного топлива и 10% белково-витаминных концентратов (по отношению к весу затраченного дизельного топ­ лива). Процесс микробиологической депарафинизации является перспективным методом получения БВК и улучшения качества нефтепродуктов. Следовательно, в качестве сырья для получения белковых дрожжей из углеводородов можно использовать очищен­ ные жидкие парафины или дизельное топливо. Оба процесса явля­ ются экономически равноценными, однако выбор сырья зависит от того, насколько налажено в стране производство очищенных па­ рафинов.

Кроме углеводородов нефти для производства БВК используют и природный газ. Микробиологический синтез белка на основе га­ зообразных углеводородов является наиболее перспективным, так как запасы их огромны, а стоимость небольшая.

Важным преимуществом использования природного газа по срав­ нению с парафинами нефти является и то, что получаемый на га­ зосодержащем субстрате продукт легко отделяется от среды и очи­ щается от остаточных углеводородов. Белково-витаминный корм, синтезированный на основе природного газа, является, полноцен­ ным, так как содержит все жизненно необходимые аминокислоты

ивитамины.

Для выращивания микроорганизмов используется как метан, так

иприродные газы, представляющие собой смесь метана и-его го­ мологов (пропанбутановая фракция). Получение БВК на метане имеет следующие преимущества: 1) в природе метан скапливается

вбольших количествах, легкодоступен и дешев; 2) метан — газ и используется микроорганизмами без остатка; 3) он лишен нежела­ тельных примесей и не требует очистки; 4) растворимость его близка к растворимости кислорода; 5) получаемый продукт — био­ масса микроорганизмов — отличается высокой степенью чистоты. Однако при культивировании микроорганизмов на газообразных углеводородах потребность их в кислороде в несколько раз больше,

295

ценно нормальные парафины с числом углеродных атомов от 10 до 30. Они активно окисляют углеводороды, синтезируя повышенное количество белка и витамины. Лучшими видами дрожжеподобных грибов рода Candida являются: Candida tropicalis, С. lipolytica, С. intermedia, С. guilliermondii. Наряду с монокультурами целесо­ образно использовать смесь культур углеводородокисляющих ми­ кроорганизмов. Скорость окисления углеводородов различна. С на­ ибольшей скоростью дрожжеподобные грибы усваивают нормаль­ ные парафиновые углеводороды с числом углеродных атомов от 14 до 22. При увеличении длины цепи наблюдается постепенное за­ медление утилизации углеводородов. Углеводороды с разветвлен­ ным или циклическим строением усваиваются еще более медленно. Подобраны также микроорганизмы из рода Candida, способные ак­ тивно утилизировать н-парафины из дизельного топлива при его депарафинизации. Дрожжеподобные грибы С. lipolytica, С. tropi­ calis и др. обеспечивают получение низкотемпературных дизельных топлив и биомассы с высоким содержанием белка и витаминов. Микроорганизмы, окисляющие газообразные углеводороды, обла­ дают высокой синтезирующей способностью. Лучшими из них ока­ зались бактерии. Так, способностью активно окислять метан с об­ разованием биомассы обладают бактерии Pseudomonas methanica.

Особенности технологического процесса получения белково-вита­ минных концентратов. Производство БВК из очищенных жидких

н-парафинов нефти состоит из следующих операций: приготовления питательной среды, выращивания дрожжей, сгущения, промывки, упаривания и высушивания биомассы. Очищенные н-парафины, по­ ступившие с нефтеперерабатывающих предприятий, подвергают стерилизации путем нагрева до 130° С, охлаждают до 50—60° С и подают насосом в дрожжерастильные аппараты (ферментеры). Процесс накопления биомассы протекает наиболее интенсивно при концентрации парафина в питательной среде 1,5—2,5% (объем­ ных). Концентрация его определяется условиями диспергирования воздуха в среде и обеспечением минеральными солями. Для раз­ бавления парафинов используют предварительно стерилизованную' отсепарированную бражку или воду из оборотного цикла, что по­ зволяет уничтожить посторонние микроорганизмы и создать усло­ вия для развития и размножения урожайной культуры дрожжей. Для стерилизации применяется наиболее прогрессивный метод — озонирование. Озон является сильным окислителем, уничтожаю­ щим все микробы, содержащиеся в воде и бражке. Процесс озо­ нирования жидкости заключается в смешении ее с озоно-воздушной смесью, полученной путем продувания сухого воздуха через зону тихого разряда в котлах-озонаторах. Поскольку парафины не со­ держат минеральных солей, то в питательную среду добавляют в оптимальных количествах раствор суперфосфата, хлористого ка­ лия, сернокислого магния, а также микроэлементы: Ca, Mn, Zn, Fe, Mo, Cu, Na и др. В качестве источника азота применяют рас­ твор сульфата аммония или аммиачную воду. Растворы солей

приготовляют в сборнике-мешалке и непрерывно дозируют

297

в дрожжерастильный аппарат. Если микроорганизмы, использую­ щие углеводороды, не способны синтезировать все необходимые им витамины и витаминоподобные вещества, необходимо их добав­ лять, например, в виде 1%-ного автолизата.

Из отделения чистой культуры в дрожжерастильный чан подают засевные дрожжи, концентрация которых составляет 20—40 г/д. Процесс выращивания дрожжей происходит непрерывно в дрожжерастильных аппаратах различной конструкции с аэрирующеперемешивающими воздухораспределительными системами. По­ скольку молекулы парафинов не содержат кислорода, для выра­ щивания дрожжей на углеводородсодержащих средах требуется в 2—3 раза больше растворимого кислорода, чем на углеводных. Повышенная потребность растущих микроорганизмов в кислороде удовлетворяется с помощью интенсивной аэрации среды очищен­ ным и стерилизованным воздухом.

Для быстрого потребления нерастворимых в воде парафинов и, следовательно, для создания максимальной скорости роста дрож­ жей необходимо тонкое диспергирование углеводородов в жидко­ сти до получения частиц величиной менее 0,1 мк в диаметре. В этом случае создаются наилучшие условия для непосредственного кон­ такта эмульгированных углеводородов с растущими дрожжевыми клетками. Для этого питательную среду нужно интенсивно разме­ шивать. Для поддержания оптимального pH среды, равного 4,2— 4,8, во время выращивания дрожжей в аппарат добавляют амми­ ачную воду. Оптимальная температура, равная 32—34° С, ,поддер­ живается путем охлаждения внутреннего содержимого аппарата. Для отвода тепла используется теплообменная поверхность.

Для более полного усвоения парафинов дрожжами и длд умень­ шения остаточного количества их в готовом продукте выращивание дрожжей можно проводить в две ступени. Во втором дрожжерастильном аппарате процесс выращивания заканчивается. Дрожже­ вая суспензия поступает в сборник-газоотделитель, а оттуда — на станцию сепарации. На первой ступени происходит сгущение дрож­ жей до содержания 200—300 г/л (в пересчете на прессованные дрожжи влажностью 75%), на второй — до 500 г/л. Затем дрож­ жевую массу промывают теплой водой (45° С) от неокисленных углеводородов при помощи водяных эжекторов. На третьей сту­ пени происходит отделение промывной воды и сгущение дрожже­ вой массы до 600 г/л. Концентрирование дрожжевой суспензии можно осуществлять и на четырех ступенях сепарации. Сгущенная дрожжевая суспензия плазмолизируется и упаривается в вакуумвыпарных аппаратах до содержания 22—25% абс. сухих веществ. Упаренный дрожжевой концентрат подается в барабанную или распылительную сушилку, в которой дрожжи высушиваются до содержания 10% влаги. Сухие дрожжи, представляющие собой порошок светлого серо-желтого цвета, собирают в бункер, из кото­ рого подают на расфасовку в бумажные мешки. На рис. 70 пред­ ставлена схема материальных потоков в производстве БВК. Бел­ ковые кормовые дрожжи, выращенные на нормальных очищенных

298

Схема произбодстба БВК

Рис. 70. Схема материальных потоков в производстве БВК

парафинах, не требуют дополнительной экстракционной очистка от остаточных углеводородов. Нефтехимическая промышленность должна производить и поставлять очищенные парафины.

Принцип производства БВК на дизельном топливе тот же, что и на очищенных парафинах. При микробиологической депарафи­ низации дизельного топлива биосинтез белка осуществляется дрожжеподобными грибами, избирательно использующими пара­ финовые углеводороды нормального строения. Для активного раз­ множения микроорганизмов и накопления биомассы создаются оп­ тимальные условия. Процесс выращивания происходит в фермен­ терах с интенсивной аэрацией и перемешиванием. н-Парафины потребляются дрожжами, биомасса накапливается, т. е. происходит процесс депарафинизации дизельного топлива. На сепараторах массу разделяют на три компонента — дрожжи, дизельное топливо и водную фазу. Дрожжи подвергают экстракции с помощью раство­ рителей для отделения остатков дизельного топлива и сушат. Го­ товый продукт направляют на склад. Воду возвращают в процесс производства или в сток, а дизельное топливо, подвергнутое ще­ лочной очистке от продуктов метаболизма дрожжей, направляют потребителю. Жидкие парафины, выделенные из дизельного топ­ лива методом карбамидной депарафинизации или другими мето­ дами, также используются для получения БВК. Продукт фермен­ тации представляет собой многофазную систему, содержащую дрожжевую массу, неусвоенные остаточные углеводороды, воду и пузырьки воздуха. Отделение и очистка дрожжей — сложный про­ цесс. Он включает отстаивание и декантацию для удаления воз­ духа и разделения водной и нефтяной фаз и три-четыре ступени сепарации с одновременной промывкой дрожжей.

БВК хорошего качества должны содержать не больше 0,1% остаточных углеводородов при отсутствии ароматических. Поэтому для отделения остатков углеводородов от дрожжей применяют дифференцированную экстракцию растворителями в специальных экстракторах. В качестве растворителей применяются легкие жид­ кие углеводороды (гексан, гептан) или их смеси, например бензин. При выращивании БВК на природном газе или на метане пита­ тельная среда содержит кислород или воздух, соединения азота, фосфора, калия, магния, серы и микроэлементы. Азот поступает в виде газообразного аммиака, который служит также для регули­ рования значения pH в ферментере. Оптимальной температурой является 28—32° С. Для окисления газообразных углеводородов и синтеза белка используются бактерии. Ферментация происходит в закрытых аппаратах. Положительным в этом процессе является то, что биомасса микроорганизмов, выросших на метане, сравни­ тельно чистая и не требует специальной очистки.

2. ВЫРАЩИВАНИЕ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ НА ОТХОДАХ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

К отходам пищевой промышленности, которые можно использо­ вать для выращивания дрожжей, относятся: свеклосахарная и тро­

300