Технологический комплекс производства этилового спирта

 

Полезная модель относится к спиртовой промышленности, а именно к установкам для производства этилового спирта из крахмалсодержащего сырья. Технический результат: обеспечивается снижение металлоемкости производства спирта, сокращается потребление тепла, снижается потребление охлаждающей воды. Заявленный технический результат достигается за счет того, что технологический комплекс производства этилового спирта, содержащий норию, магнитный сепаратор, зерноочистительный сепаратор, камнеотборник, автоматические весы, подвесовой бункер, моечную машину, установку для озонирования, аппарат гидротермической обработки, насосы, смеситель для перемешивания замеса с помощью мешалки, спиральный теплообменник и бродильное отделение, отличающийся тем, что содержит промежуточный бункер, функцией которого является хранение очищенного от магнитных, зерновых и минеральных примесей зерна, содержит активный смеситель, оснащенный перемешивающим устройством, рециркуляционным контуром и роторно-пульсационным аппаратом, также содержит не менее двух, содержащих мешалки, одинаковых аппаратов гидродинамической и ферментативной обработки с функцией разжижения и осахаривания крахмала.

Полезная модель относится к спиртовой промышленности, а именно к установкам для производства этилового спирта из крахмалсодержащего сырья.

Известен способ производства этилового спирта [Регламент производства спирта из крахмалистого сырья, М., 1979, ч.1, с.27-51], предусматривающий измельчение крахмалсодержащего сырья, смешивание его с водой и приготовление водной суспензии, тепловую обработку суспензии, а именно предварительный ее нагрев при 40-45°С и высокотемпературное разваривание при 135-150°С и давлении 0,6 МПа в течение 40-60 минут, охлаждение и осахаривание полученной массы ферментными препаратами, охлаждение и сбраживание сусла, перегонку образующейся бражки.

К недостаткам данного способа относятся высокие теплозатраты на нагрев затора, длительность процесса сбраживания, большой расход дорогостоящих ферментных препаратов.

Из уровня техники известен способ производства этилового спирта [Патент RU 2138555], предусматривающий измельчение зерна, смешивание измельченного зерна с водой и ферментным препаратом и предварительное разжижение замеса при температуре 40-45°С. Потом замес нагревают до 60-65°С и проводят последующее диспергирование водной суспензии крахмалсодержащего сырья в роторно-пульсационном аппарате. Далее полученную массу нагревают до 80-90°С и выдерживают при данной температуре в течение 20-30 минут для пастеризации. Затем проводят осахаривание массы, сбраживание сусла в течение 72 часов и перегонку бражки.

Недостатками данного способа являются высокие энерго- и теплозатраты, связанные с необходимостью измельчения зерна и подогревом замеса для его водно-тепловой обработки и пастеризации, большой расход дорогостоящих ферментных препаратов разжижающего действия, длительность процесса сбраживания.

Наиболее близким аналогом является патент RU 2221872. Способ предусматривает ИК-обработку зерна при плотности лучистого потока 22-24 кВт/м 2 в течение 25-35 сек. с нагревом его до температуры 130-145°С. Затем горячее зерно с температурой 130-145°С смешивают с водой, осуществляя охлаждение замеса до температуры 65-70°С. Далее замес диспергируют в роторно-пульсационном аппарате. Диспергированный замес пастеризуют при температуре 80-90° в течение 10-15 мин. Затем проводят осахаривание массы, полученное сусло сбраживают в течение 40-48 ч и перегоняют. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс, снизить энерго- и теплозатраты и себестоимость спирта.

Недостатки данного способа состоят в том, что ИК-обработка является очень энергоемким процессом (большее 100 кВт на 1 т зерна), поэтому ее применение затрудняет внедрение ресурсосберегающей технологии. При ИК-обработке происходит нагрев зерна до 130°С, при этом инактивируются собственные ферменты зерна. Особенно это важно при переработке ржи по низкотемпературной обработке (+60°С). После приготовления замеса его водно-тепловая обработка происходит при 90°С.

Технический результат: обеспечивается снижение металлоемкости производства спирта, сокращается потребление тепла, снижается потребление охлаждающей воды.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что технологический комплекс производства этилового спирта, содержащий норию, магнитный сепаратор, зерноочистительный сепаратор, камнеотборник, автоматические весы, подвесовой бункер, моечную машину, установку для озонирования, аппарат гидротермической обработки, насосы, смеситель для перемешивания замеса с помощью мешалки, спиральный теплообменник и бродильное отделение, отличающийся тем, что содержит промежуточный бункер, функцией которого является хранение очищенного от магнитных, зерновых и минеральных примесей зерна, содержит активный смеситель, оснащенный перемешивающим устройством, рециркуляционным контуром и роторно-пульсационным аппаратом, также содержит не менее двух, содержащих мешалки, одинаковых аппаратов гидродинамической и ферментативной обработки с функцией разжижения и осахаривания крахмала. Кроме того, содержит маточник и дрожжанки, функцией которых является накопление отобранного сусла из аппаратов гидродинамической и ферментативной обработки.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показано конструктивное устройство основных узлов комплекса, осуществляющих подготовку зерна, водно-тепловую обработку замеса и сбраживание сусла, где 1 - нория; 2 - магнитный сепаратор; 3 - зерноочистительный сепаратор; 4 - камнеотборник; 5 - бункер зерна; 6 - нория; 7 - весы; 8 - подвесовой бункер; 9 - мойка зерна; 10 - емкость для озонирования зерна; 11 - установка для озонирования воды 12 - винтовой насос; 13 - аппарат гидротермической обработки; 14 - сборник жидкой фазы; 15 - шлюзовой затвор; 16 - активный смеситель; 17 - роторно-пульсационный агрегат РПА-50С-СД; 18 - смеситель; 19 - роторно пульсационный агрегат РПА-30С-СД; 20 - насос центробежный; 21 - аппарат гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени (ГДФО-I); 22 - аппарат гидродинамической и ферментативной обработки второй ступени (ГДФО-II); 23 - насос; 24 - спиральный теплообменник.

На Фиг.2 показана технологическая схема дрожжегенерации и сбраживания осахаренного сусла, где 25 - маточник; 26 - дрожжанка; 27 - расходная емкость для серной кислоты; 28 - насос для перекачки дрожжей; 29 - бродильный чан; 30 - насос; 31 - передаточный сборник; 32 - насос перекачки бражки; 33 - спиртоловушка; 34 - сборник водно-спиртовой жидкости.

Принцип работы технологического комплекса

Поскольку при получении спирта на основе классических традиций основным сырьем является рожь, переработанная с добавлением 10-20% других зерновых культур - пшеницы, ячменя и др., то для повышения качества спирта целесообразно исключить переработку дефектного сырья, что приводит к значительному ухудшению технологических показателей процесса брожения и к усилению образования побочных продуктов брожения: высших спиртов, альдегидов и органических кислот, ухудшающих органолептические показатели спирта.

Используемая в технологическом процессе рожь должна иметь влажность не более 14%, быть в здоровом состоянии, иметь цвет и запах, свойственные нормальному зерну ржи, без затхлого, солодового, плесневого и других посторонних запахов.

Сначала зерно очищают от металлических и сорных примесей и направляют в моечную машину, обеспечивающую очистку зерна от пыли и микроорганизмов, а также выделение из массы зерна примесей, отличающихся от него гидродинамическими свойствами. При этом происходит дифференцированное распределение влаги между оболочкой и эндоспермом зерна, что приводит к повышению эффективности режимов последующих этапов гидротермической обработки и измельчения, снижению энергозатрат процессов и улучшению качества замеса. Мойку зерна осуществляют холодной водой, во избежание потерь крахмала. Учитывая, что при переработке замесов по «мягкими» режимам, возникает опасность дальнейшего инфицирования технологического процесса за счет жизнеспособных вегетативных клеток и спор микроорганизмов, наряду с мойкой зерна проводят дополнительное его обеззараживание озоном. С этой целью зерно после мойки подают в емкость для озонирования, туда же направляют озонированную воду в соотношении 1:1. Продолжительность обработки составляет 10-15 мин при температуре не выше 15-20°С. Озонирование воды проводят в установке для озонирования, в состав которой входит генератор озона, осушитель воздуха, деструктор остаточного озона, насос инжектирования, инжектор. Вода перед подачей в емкость под давлением не менее 3 атм. поступает на инжекторы, обеспечивающие высокоэффективное введение озона в воду. Производительность установки по озону - 20 г/ч при расходе воды 5 м3/ч (при этом доза озона составит 4 г/м 3 воды или 2 г/м3 воды с зерном, максимальная концентрация растворенного озона составляет 0,8-1 г/м3 ).

Принцип работы установки озонирования следующий: воду из водопровода инжекторным насосом подают на вход узла инжекции, где ее смешивают с поступающим из озонатора воздухом, и вводят в нижнюю часть колонны, насыщая воду озоном. Газовая фаза с остаточным озоном проходит сквозь водно-зерновую смесь, отделяется в верхней части емкости от воды и удаляется из помещения принудительной вытяжной вентиляцией. Озонатор работает на подготовленном воздухе (осушенном до точки росы - 40-50°С), который поступает из автоматического двухмодульного осушителя.

Для безопасной эксплуатации озонового оборудования, система озонирования включает систему газоотделения и термокаталитический деструктор, предназначенный для полного разложения остаточного газообразного озона.

Обеззараженное зерно из емкости подают шнековым насосом в аппарат гидротермической обработки. Одновременно в него через расходомер направляют воду с температурой 60°С. Гидротермическую обработку замеса проводят в течение 1 ч. Далее осуществляется водно-тепловая и ферментативная обработка сырья и гидродинамическое воздействие на него при пониженной температуре с целью получения осахаренного сусла. Из аппарата гидротермической обработки через шлюзовой затвор зерно непрерывно поступает на механокавитационное гидроизмельчение в активный смеситель, оснащенный перемешивающим устройством и циркуляционным контуром с агрегатом РПА-30С. В активном смесителе происходит первая стадия измельчения зерна при помощи роторно-пульсационного аппарата РПА-30С.

Для разжижения и гидролиза крахмала зерна в смеситель вводят растворы ферментных препаратов: -амилазу из расчета 1,5-2,0 ед. АС на 1 г условного крахмала и глюкоамилазу 6,0-6,5 ед. ГлС на 1 г условного крахмала, а также ферментные препараты для гидролиза некрахмалистых полисахаридов. Продолжительность пребывания замеса в активном смесителе составляет 15-20 мин при температуре 60°С.

Наибольшая проблема на этой стадии возникает при переработке зерна ржи из-за содержащихся в ней пентозанов, гумми-веществ и слизей, которые значительно повышают вязкость замеса уже при гидромодуле 3,5. Это в свою очередь приводит к увеличению энергетических и эксплуатационных затрат процесса. Для получения подвижного и легко перекачиваемого замеса, необходимо осуществлять дополнительную гидрокавитационную обработку концентрированной среды. Использование роторно-пульсационных аппаратов, включенных в циркуляционный контур, дает возможность стабильно получать концентрированные среды с высокой текучестью при низком гидромодуле.

С этой целью замес из активного смесителя подают в основной смеситель, где его перемешивают при помощи мешалки, а также циркуляционного контура, оснащенного роторно-пульсационным аппаратом РПА. Одновременно происходит гомогенизация замеса и повышается содержание растворимых СВ в замесе. Продолжительность обработки замеса в смесителе составляет 40 мин при температуре 60°С. Гидропомол или «мокрое» измельчение зерна исключает необходимость в аспирационных системах, обеспечивает чистоту производства, снижает категорийность участка подготовки зерна.

Полученную гомогенизированную массу температурой 60-65°С насосом непрерывно подают в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки (ГДФО) первой ступени ГДФО-I, из которого масса самотеком направляется в ГДФО-II.

Продолжительность нахождения массы в аппаратах гидроферментативной обработки составляет около 3 ч. В этот период происходит интенсивная декстринизация и гидролиз крахмала до сбраживаемых дрожжами сахаров. Полученное осахаренное сусло насосом направляется на охлаждение до температуры складки в спиральный теплообменник и затем подается в бродильное отделение.

Далее осуществляется подготовка дрожжей и сбраживание осахаренного сусла.

Для подготовки дрожжей используют сусло из осахаривателя, которое периодически отбирают в маточник и дрожжанки. Сусло пастеризуют непосредственно в маточнике и в дрожжанках.

Технология предусматривает сбраживание сусла с помощью дрожжей S. cerevisiae различных рас, разрешенных к применению в спиртовом производстве.

Основное требование к дрожжам - это микробиологическая чистота, высокая бродильная активность и способность сбраживать концентрированные среды (осмоустойчивость). Производственные дрожжи готовят на пастеризованном сусле с предварительным подкислением его до значения рН 3,6-3,8. Объем вносимых дрожжей составляет 20% от полезного объема дрожжанки. Дрожжи смешивают с осахаренным суслом при 28-30°С, охлаждают до 22-24°С и оставляют на дрожжегенерацию, поддерживая температуру не более 28-30°С. Продолжительность дрожжегенерации 18-20 ч.

Готовые производственные дрожжи подают по отдельному трубопроводу в бродильный чан. Внесение дрожжей осуществляют одновременно с подачей сусла примерно с равной скоростью, что позволяет уменьшить кислотную инактивацию ферментов сусла.

Сбраживание сусла осуществляют периодическим способом. Расход дрожжей составляет 8-10% от объема сусла. В бродильный чан заливают осахаренное сусло до уровня заполнения конической части и затем вносят дрожжи, не прекращая подачи осахаренного сусла. Продолжительность брожения, от начала залива чана до начала перегонки зрелой бражки, составляет 60-70 ч. Температура брожения при использовании дрожжей S.cerevisiae, ХII, составляет: при заливе - 22-24°С, при главном брожении 28-30°С, при дображивании 26-28°С.

При использовании термотолерантных рас дрожжей S. cerevisiae, 985-T, Y-1986, У-717 температура складки составляет 23-28°С, температура главного брожения 33-35°С; допускается повышение температуры до 37°С.

Количество спирта, уносимого из бродильных чанов с углекислым газом, зависит от скорости газа, температуры процесса, крепости зрелой бражки, и в среднем составляет 0,8 процента. Для улавливания паров спирта из бродильных чанов используют спиртоловушки колпачкового типа. Концентрация спирта в промывной воде составляет 1,5-2,0% об.

Полезная модель может быть реализована на основе следующей схемы технологического комплекса, устройство которого показано на Фиг.1.

Зерно норией (1) через магнитный сепаратор (2), зерноочистительный сепаратор (3) и камнеотборник (4) направляют для хранения в промежуточный бункер (5). Из бункера (5), очищенное от магнитных, зерновых и минеральных примесей зерно, норией (6) подают через автоматические весы (7) в подвесовой бункер (8), откуда оно равномерно поступает в моечную машину (9). Промытое зерно направляют в емкость для обеззараживания озоном (10), туда же направляют озонированную воду в соотношении 1:1. Продолжительность обработки составляет 10-15 мин при температуре не выше 15°С. Озонирование воды проводят в установке для озонирования (11).

Обеззараженное зерно из емкости (10) подают винтовым насосом (12) в аппарат гидротермической обработки (13). Одновременно в него направляют воду из сборника (14). Подогрев воды в сборнике (14) осуществляют паром. Жидкая фаза равномерно через расходомер поступает в аппарат ГТО (13) с таким расчетом, чтобы концентрация сусла в осахаривателе была 17-22% СВ. Гидротермическую обработку зерна проводят при температуре 60°С в течение 1 ч. Из аппарата гидротермической обработки зерно через шлюзовой затвор (15) поступает на механокавитационное измельчение в активный смеситель (16), оснащенный перемешивающим устройством и рециркуляционным контуром с агрегатом РПА-50С-СД (17). В активном смесителе происходит первая стадия измельчения зерна при помощи роторно-пульсационного аппарата РПА-50С-СД (17).

Для разжижения и гидролиза крахмала зерна в активный смеситель (16) вводят растворы ферментных препаратов -амилазу и глюкоамилазу.

Продолжительность пребывания замеса в активном смесителе (16) составляет 15-20 мин. Затем замес подают в смеситель (18), где осуществляют перемешивание замеса при помощи мешалки, а также проводят вторую стадию измельчения сырья при использовании рециркуляционного контура, оснащенного роторно-пульсационным аппаратом РПА (19). РПА обеспечивает дополнительное измельчения зерновой дробины, гомогенизацию замеса и повышает содержание растворимых СВ в замесе.

Продолжительность пребывания замеса в смесителе составляет 40 мин.

Полученную гомогенизированную массу насосом (20) подают в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени ГДФО-I (21). Массу перемешивают при помощи мешалки. Продолжительность нахождения массы в аппарате составляет от 1,0 до 1,5 ч при температуре 60-65°С. Из аппарата ГДФО-I (21) масса самотеком поступает в ГДФО-2 (22), также оборудованным перемешивающим устройством. Продолжительность выдержки массы в аппарате ГДФО-2 составляет от 1,0 до 1,5 ч при температуре 60-65°С. Таким образом, в аппаратах ГДФО-1,2 происходит разжижение и осахаривание крахмала. При необходимости температуру массы в ГДФО-2 можно поднять до 90°С.

Из ГДФО-2 осахаренное сусло насосом (23) подают в спиральный теплообменник (24), где его охлаждают до температуры складки 22-24°С и направляют в бродильное отделение. Процесс дрожжегенерации и сбраживания осахаренного сусла может быть осуществлен с помощью технологии, показанной на Фиг.2. Для подготовки дрожжей используют сусло из ГДФО-2 (22), периодически отбираемое в маточник (25) и дрожжанки (26).

Сбраживание осахаренного сусла осуществляют в бродильных чанах по периодическому способу (29). Температура сбраживания сусла устанавливается с учетом применяемой расы дрожжей.

Зрелую бражку через передаточный сборник (31) подают насосом (32) на брагоректификацию.

1. Технологический комплекс производства этилового спирта, содержащий норию, магнитный сепаратор, зерноочистительный сепаратор, камнеотборник, автоматические весы, подвесовой бункер, моечную машину, установку для озонирования, аппарат гидротермической обработки, насосы, смеситель для перемешивания замеса с помощью мешалки, спиральный теплообменник и бродильное отделение, отличающийся тем, что содержит промежуточный бункер, функцией которого является хранение очищенного от магнитных, зерновых и минеральных примесей зерна, содержит активный смеситель, оснащенный перемешивающим устройством, рециркуляционным контуром и роторно-пульсационным аппаратом, также содержит не менее двух, содержащих мешалки, одинаковых аппаратов гидродинамической и ферментативной обработки с функцией разжижения и осахаривания крахмала.

2. Технологический комплекс производства этилового спирта по п.1, отличающийся тем, что содержит маточник и дрожжанки, функцией которых является накопление отобранного сусла из аппаратов гидродинамической и ферментативной обработки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству питьевых столовых вод и может применяться при подготовке воды из глубоких пресноводных водоемов с последующим розливом воды в многооборотную и одноразовую тару для питьевых целей и приготовления пищи
Наверх