3.2. Продуктовый расчет

Продуктовый расчет ведем применительно к аппаратурно-технологической схеме производства спирта, представленной на листе 1 графической части проекта. Расчет ведем на 100 дал условного безводного спирта-сырца при следующих условиях.

- производительность завода по спирту 3500 дал/сутки

-на разваривание поступает пшеница с крахмалистостью 50%, влажностью 17%

-сорная примесь составляет 1% и масса товарного зерна (ГОСТ 9353-90)

-ступень измельчения характеризуется проходом через сито с отверстием в 1 мм. не менее 85%

-для осахаривания применяем смесь ферментных препаратов Амилоризина ПХ (150 ед/г АС) и Глюкавамарина (Гх-466/250 ед/млГлА)

-норма расхода Амилоризина ПХ 1,5% от массы крахмала сырья, Глюкавамарина ГХ-466-14,4% от массы крахмала(2);

-выход спирта составляет 64+0,8+0,1+0,3=65,2 дал/т, где 64 - нормативный выход спирта из крахмала пшеницы, дал на 1 тонну (2), 0,8- нормативная надбавка к выходу спирта для 72_х часового срока брожения, дал на 1 тонну(2), 0,1- нормативная надбавка к выходу спирта для осахаривания с вакуум -охлаждением, дал на 1 тонну (2);0,3- нормативная надбавка к выходу спирта для полной замены солода микробными ферментными препаратами, дал на 1 тонну (2).

3.2.1. Расчет продуктов до перегонки ( получения бражки )

1) Расход крахмала - на получение 100 дал спирта расходуется 100/65,2=1533,7 кг условного крахмала пшеницы. где 65,2 - выход спирта из 1 тонны условного крахмала. дал/тонн.

2) Расход пшеницы - Для получения 100 дал спирта необходимо 1533,7/50*100=3067,4 кг. пшеницы, где 50- крахмалистость пшеницы, (%).

В состав пшеницы входят 1 в (%) и кг на 3500 дал. спирта соответственно:

-сбраживаемые вещества -50; 1533,7

-несбраживаемые вещества -33;1012,2

-всего сухих веществ-83; 2545,9

-вода-17; 521,5

-Итого-100; 3067,4

С учетом содержания сорной примеси в количестве 1% к массе зерна количество товарной пшеницы будет3067,4+3067,4*0,01=3098,1 кг

Потери при хранении, очистке, разгрузке и транспартировке составляют 0,15% от массы товорного зерна. С учетом этого на склад поступит товарной пшеницы: 3098,1+3098,1*0,0015=3102,75

3) Приготовление замеса. Для того, чтобы концентрация сухих веществ в фильтрате сусла составила 16-18 % принимаем, что на каждый килограмм пшеницы необходимо добавить 2,75 кг. воды. Отсюда расход воды на приготовление замеса составит: 3067,4*2,75=8435,35 кг, где 3067,4 - масса очищенной пшеницы, прошедшей на приготовление замеса, кг.

Общее количество замеса составит:3067,4+8435,35=11502,75 кг

Содержание сухих веществ в замесе составит:

2545,9/11502,75*100=22,1%, где 2545,9- содержание сухих веществ в пшенице, пошедшие на разваривание. кг.

Теплоемкость замеса будет: Сзам=Ссв0,228+Своды 0,772, где С св- теплоемкость сухих веществ, содержащихся в замесе, КДЖ/(кг*К), Ссв-1,5(4); Своды-теплоемкость воды , КДЖ/(кг*К), С воды-4,2; 0,228 и 0,772 массовая доля соответственно сухих веществ и воды в замесе.

С зам=1,5*0,228+4,2*0,772=3,58 КДЖ/(кг/К)

4) Подваривание замеса. Расход вторичного пара (паросепаратора) давлением 0,04 Мпа на нагревание замеса в предразварнике от 40 С до 60 С составит: 11502,75*3,58(60-40)*1,04/2687,92-251,12=351,5 кг, где 60 и 40 -температура замеса соответственно в предразварнике и в смесителе, С; 3,58-теплоемкость замеса, КДЖ/(кг*К); 11502,75- количества замеса, кг ; 1,04-коэфицент учитывающий потери тепла в предразварнике;

2687,92-теплосодержание пара при давлении 0,04 Мпа,КДЖ/кг(5); 251,12- теплосодержание конденсата при 60 С, КДЖ/кг(5).

Количество подваренного замеса, выходящего из предразварника будет:11502,75+351,5=11854,25 кг.

5) Разваривание замеса. Расход острого пара давления 0,5Мпа на нагрев подваренного замеса в контактной головке от 60 С до 135 С составит:

11854,25-3,58-(135-60)*1,04/2748,8-567,7=1517,7кг, где 11854,25- количество подворенного замеса, кг ; 3,58-теплоемкость замеса, КДЖ/(кг*К); 135 и 60 - температура замеса соответственно в контактной головке и в аппарате; 2748,8- теплосодержание пара при давлении 0,5 МПа, КДЖ/кг (5); 567,7- теплосодержание конденсата при 135 С,КДЖ/кг(5).

Количество массы, выходящий из варочного аппарата, будет:

11854,25+1517,7=13020,45 кг.

6)Сепарация пара. Количество вторичного пара, выделяющегося в паросепараторе составит:

13020,45*3,58*(135-108,74)*1,04/2687,92-457,17=570,6 кг. ,где 13020,45- количество сваренной массы, поступающей в паросепаратор, кг; 3,58 - теплоемкость разваренной массы, КДЖ/(кг*К); 135- температура разваренной массы, С (5); 1,04 - коэффициент , учитывающий потери тепла в паросепараторе; 2687,92 и 457,17 - теплосодержание соответственно пара и конденсата избыточном давлении 0,04 МПа, КДЖ/кг(5).

Поскольку на подваривание замеса необходимо 338кг.вторичного пара то следовательно, выделяющегося в парасепараторе пара на подваривание вполне достаточно и нет необходимости отводить циркуляционный пар и следовательно, вводить дополнительно острый пар в варочную колонну 1-ой ступени.

Количество разваренной массы, выходящей из парасепаратора, составит:

13020,45-570,6=12449,85кг.

7). Вакуум-охлаждение разваренной массы до температуры осахаривания. Количество вторичного пара, выделяющегося в испарительной камере 1-ступени охлаждения при охлаждении разваренной массы со 108,74 С до 62 С составит:

12449,85*3,58(108,74-62)/2354,8-3,58*62=976,7кг, где

12449,85 – количество охлаждаемой разваренной массы, кг;

3,58 – теплоемкость разваренной массы, КДЖ/(кг*К);

108,74 и 62 – соответственно начальная и конечная температура разваренной массы в испарительной камере,С, 2354,8 – теплота парообразования при 62 С, КДЖ/кг(5).

Объем выделившегося пара составит:

976,7*7,1=6934,57м.куб, где

7,1 – объем 1 м. Вторичного пара при 62 С, куб.м./кг.

Расход воды на барометрический конденсатор 1-ой ступени вакуум- охлаждения, составит:

976,7*(2615-4,2*4,5)/4,2*(45-20)=24148,7 кг. или 24,14 куб.м где

976,7- количество пара, поступающего в барометрический конденсатор 1-ой ступени,кг;

2615 – теплосодержание пара при 62 С,КДЖ/кг (5).

4,2 – теплоемкость воды, КДЖ (кг*К);

45 и 20 – температура соответственно уходящей и поступающей в конденсатор воды С.

Количество массы, выходящей из испарительной камеры 1-ой ступени вакуум – охлаждения составит: 13020,45– 976,7=11065,13 кг.

8). Расход ферментных препаратов на осахаривание разваренной массы. При 72 – часовом сроке брожения расход а-амилазы должен составлять 1,5 ед.АС на 1 гр. Крахмала, то есть расход амилорезины ПХ- активностью 150 ед/гр.АС составляет 1,5 % от массы крахмала; Глюкаваморина Гх- 466-14,4% от массы крахмала (2),(4). Оба препарата подаются в виде 20%-ой водной суспензии. Отсюда расход суспензии Амилорезина ПХ составит 1,5 *5=7,5% от массы крахмала; расход суспензии Глюкаваморина Гх - 466 составит: 14,4 *5=72% от массы крахмала или по отношению к разваренной массе расход суспензии ферментных препаратов составит:

Амилоризина ПХ= 1533,7*7,5/11065,13=0,9%;

Глюкаваморина Гх-466=1533,7*72/12043,75=9,2%.

То есть общее количество ферментных препаратов из расходного чана составляет 0,9 +9,2=10,1% от количества разваренной массы, или 12043,75*0,108=1301,2кг.

9). Определение концентрации сусла в осахаривателе. Для приготовления дрожжей отбирается 11,1% сусла из осахаривателя при нормальной дозировке ферментных препаратов. С учетом этого в осахариватель поступит:

- разваренной массы 12043,75 – (12043,2 *0,111)= 10706,2кг.

- ферментных препаратов 1301,2 – (1301,2 * 0,111) = 1156,8кг, или всего поступит полупродуктов: 11706,2+1156,8=11863кг.

Всего без учета отбора сусла из дрожжи, в осахариватель с разваренной массой поступит крахмала ( с учетом потерь при разваривании 2% от количества введенного крахмала) : 1533,7 – 1533,7*0,02 = 1503кг.

Соотношение мальтозы М и декстринов Дв фильтре сусла принимаем равным 2:1 (4). Тогда количество мальтозы составит 1503*2/3*1,0555=1057,6кг.декстринов – 1503*1/3=501 кг, а общее количество мальтозы и декстринов в фильтрате сусла будет : М +Д=1057,6 + 501 = 1558,6кг.

В сусле осахаривателя содержится 1012,2кг. несбраживаемых веществ, вносимых с пшеницей.Принимаем, что 30% от общего количества несбраживаемых веществ переходит в растворимое состояние при разваривании и осахаривании (4). Тогда количество растворимых несбраживаемых веществ в сусле составит: 1012,2*0,3=303,66 кг.

В сусле осахаривателя содержится несбраживаемых, нерастворимых везществ, вносимых с пшеницей: 1012,2-303,66=708,54 кг.

Общее количество несбраживаемых веществ в дробине сусла с учетом несбраживаемых веществ, образующихся при разваривании, составит:

708,54+1533,7*0,02=739,21кг.

Общее количество сухих веществ в фильтрате сусла из осахаривателя составит: 1503+303,66=1806,66 кг; в дробине – 739,21 кг. Всего в нефильтрованном сусле содержится: 1806,66+739,21=2545,87 кг. или 2545,787/12043,75 + 1344,6*100= 19,01 % сухих веществ.

Из этого количества сбраживаемые вещества составляют 1503 кг., несбраживаемые 739,21 +303,66=1042,87кг.

Общее содержание воды в сусле из осахаривателя составляет (12043,75+1301,2)-2545,7= 10806,34 кг. На перевод крахмала в мальтозу тратится 1057,6 – 1503 *2/3=55,6 кг.воды. Следовательно, количество свободной воды в нефильтрованном сусле из осахаривателя составит:

10806,34– 55,6 = 10750,74кг.

Масса фильтрата сусла составит: 10750,74 + 1799,4 + 12550,14 кг.

Концентрация сухих веществ ( в процентах по сахаромеру) в фильтрате сусла составит: 1799,4/12550,14*100%=14,3%.

10). Вакуум-охлаждение осахаренного сусла до температуры складки.Количество вторичного пара,выделяющегося в вакум-испарительной камере 2-ой ступени при охлаждении сусла от 58С до 26С (темппературы складки):

11922,6*3,58*(58-26)/2439,46-3,58*26=582,1кг,где 11922,6-количество сусла,поступающего в испарительную камеру 2-ой ступеени,кг.;

3,58- теплоемкость сусла,КДЖ/(Кг*К);

58 и 26- соответственно температура поступающего и выходящнго из испарительной камеры сусла, С; 2439,36-теплота парообразования при 26С, КДЖ/кг(5).

Объем вторичного пара,выделяющегося в испарительной камере 2-ой ступени составит: 582,1*41,3=24040,73м.куб.,где 41,3-объем 1кг.пара при 26С.м.куб/кг.

Расход воды на барометрический конденсатор 2-ой ступени охлаждения составит:

582,1*(2548,24-4,2*2,0)/42(20-10)=35201кг. Или 35,2куб.м.,где 582,1-количество выделяющего в испарителе 2-ой ступени вторичного пара,кг;

2548,24-теплосодержание вторичного пара при 26С,КДЖ/кг(5);

4,2-теплоемкость воды,КДЖ/(кг*К);

20 и 10 соответственно температура уходящей и подводящейся воды,С.

Из вакуум-испарителя выходит олажденный до температуры складки сусла: 12550,14-582,1=11968,04кг.Концентрация сухих веществ в фильтрате охлажденного до температуры складки сусла составит:0,889*1799,4/11482,3*0,889-582,1*100%=14,7%,

Где0,889-коэффициент,учитывающий отбор дрожжевого сусла; 1799,4 и 11482,3-соответственно количество сухих веществ в фильтрате сусла и количество фильтрата сусла без учета отбора дрожжевого сусла,кг;

532,2-количество вторичного пара,выделяющегося в испарительной камере 2-ой сиупени,кг.

11). Сбраживание сусла периодическим способом.В бродильном отделении подается 10367,1кг. Охлажденного сусла и 1360,9 кг. Зрелых дрожжей 9 в том числе 1228,2 кг. Дрожжевого сусла и 132,7 кг. Ферментных препаратов).Всего в бродильное отделение поступит сусла и зрелых дрожжей с промывными водами:

11968,04+1360,9+11968,04*0,5/100+1360,9*2,5/100=13422,8кг.,где 0,5-количество промывных вод для сусла,%;

2,5-количество промывных вод для дрожжей,%.

При брожении сусла выделяется 789,27*0,955=753,75кг. СО2 на 100 дал спирта,где

789,27-масса дал безводного спирта,кг;

0,955-выход СО2 по отношению к безводному спирту,кг/кг(4).

Масса зрелой бражки составит:

13422,8-753,75=12669,1кг.

С учетом поступления водно-спиртовой жидкости из спиртоволовушек количество зрелой бражки составит:

12669,1+(12669,1*2,5/100)=12985,8кг.,где:

2,5-количество водно-спиртовой жидкости,поступающей из спиртоловушки,% к массе зрелой бражки.

Объем зрелой бражки при плотности 1,00993 (4) составит:

12985,8/1,00993=12858,1л.

Принимаем,что потери спирта при перегонке составляют 0,2% (4).С учетом этого на перегонку должно поступить 100,2дал или 100,2*7,8927=790,8кг.безводного спирта.Содержание спирта в зрелой бражке при этом составит6

10002/12858,1*100%=7,8% или

790,8/12858,1*100=6,2% масс.

В брагоректификационное отделение поступит с учетом разбавления водой,оставшейся после мойки освободившихся чанов:

12858,1+12858,1*0,5/100=12922,4 или

12922,4*1,00993=13050,7кг.бражки,где

0,5-количество воды,оставшейся после мойки чанов,%-к объему бражки.

Результаты расчета продуктов до перегонки сводим в таблицу 3.1.