Способ обработки жидкой барды и устройство для изготовления содержащего протеин продукта

Данное изобретение относится к способу по ограничительной части п. 1 и устройству по ограничительной части п. 10 формулы изобретения.

При получении этилового спирта методом дистилляции из зерна, например кукурузы, пшеницы и/или тритикале, получают большой процент барды.

Из этой барды, в частности, можно получать корм для животноводческих хозяйств.

При применении известного способа барду до настоящего времени разделяют посредством декантатора на жидкую и сгущенную барду. Жидкую барду подают в испаритель, чтобы еще больше понизить содержание воды и достичь дальнейшего концентрирования. Данный технологический этап приводит к получению так называемого «сиропа» барды. Затем сгущенную барду снова смешивают с сиропом барды и подают в сушильный аппарат, чтобы получить содержание сухого вещества более 90% по весу. Однако вследствие весьма высокой доли волокнистого материала полученный таким образом корм подходит лишь для питания жвачных животных, что значительно ограничивает область применения этой питательной кормовой добавки.

В патентном документе DE 202009013389.3 раскрыто устройство для выделения продукта, в котором жидкую барду концентрируют путем ультрафильтрации, после чего вместе с концентрированным сиропом отправляют в сушильное устройство. В целом такое устройство доказало свою эффективность, однако и в этом случае полученный продукт подходит лишь для питания жвачных животных. Кроме того, оказалось, что при переработке жидкой барды использование ультрафильтрации экономично только до определенной степени концентрации.

Задача данного изобретения состоит, с одной стороны, в создании способа, обеспечивающего оптимальный режим работы фильтрационной установки, с другой стороны - в создании устройства для изготовления ценного продукта, который содержит протеины и жиры и по существу не содержит волокон.

На решение указанных задач направлен способ с признаками пункта 1 и устройство с признаками пункта 10 формулы изобретения.

Предлагаемый способ обработки жидкой барды содержит следующие этапы:

- подача жидкой барды в рабочий бак;

- концентрирование жидкой барды в фильтрационной установке;

- возврат первой части потока предварительно концентрированной жидкой барды в жидкую барду, находящуюся в рабочем баке, для регулирования содержания сухого вещества.

После концентрации жидкой барды в фильтрационной установке поток предпочтительно разделить, вернув первую часть потока в рабочий бак и подвергая вторую часть потока дальнейшей обработке.

Возврат первой части потока предварительно концентрированной жидкой барды в жидкую барду, находящуюся в рабочем баке, позволяет повысить содержание сухого вещества в жидкой барде, что содействует оптимизации режима работы и повышению эффективности фильтрационной установки.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов.

После фильтрационной установки указанную втору часть потока можно подать в механический сепаратор для разделения твердой и жидкой фаз, в котором дополнительно концентрировать жидкую барду для получения преимущественно жидкой барды с содержанием сухого вещества предпочтительно более 12% по весу. Комбинацией фильтрационной установки с центрифугой достигается преимущество, состоящее в возможности осуществления концентрации жидкой барды в весьма умеренном температурном режиме.

После дополнительного концентрирования жидкой барды посредством осветления и вывода осветленной водной фазы центрифугированную жидкую барду, в виде фазы форсунки сепаратора, передают в сушильное устройство, например в распылительную сушилку, где в результате сушки концентрированной жидкой барды образуется содержащий протеин продукт, по существу не содержащий волокон и применимый, например, в качестве кормовой добавки.

Чтобы воздействие тепла не повредило ценное содержимое продукта, сушку можно выполнять в щадящем режиме, то есть не в печах, в огне или другим подобным образом. Разумеется, что сушку можно выполнять и после обработки в центрифуге.

После разделения потока первая часть потока по меньшей мере в три раза, предпочтительно по меньшей мере в шесть раз, больше второй части потока.

В качестве исходного сырья может использоваться любое походящее сырье, такое, как, например, уже упомянутые кукуруза, пшеница и/или тритикале, или же картофель. При этом предпочтительно, если жидкую барду, подаваемую в рабочий бак, можно приготовить в декантаторе путем обработки зерновой барды, например, после дистилляции.

Кроме того, предпочтительно выводить из фильтрационной установки, помимо концентрированной жидкой барды, поток фильтрата, который, например, можно направить в систему анаэробной очистки сточных вод или повторно использовать в качестве технической воды. Преимущество такого решения состоит в том, что в результате сточные воды можно легко переработать и обходиться без отдельной системы для сбора и хранения, которая в этом случае часто необходима для обработки сточных вод.

Предлагаемое устройство для изготовления содержащего протеин ценного продукта из жидкой барды содержит рабочий бак, фильтрационную установку, центрифугу, предпочтительно сепаратор, и сушильное устройство, причем фильтрационная установка соединена с рабочим баком посредством обратной линии для первой части потока концентрированной жидкой барды. Предлагаемое техническое решение позволяет производить ценный продукт, который почти не содержит волокон, при эффективной работе фильтрационной установки.

Далее изобретение описывается более подробно на примере одного из вариантов осуществления, со ссылками на чертежи (фиг.1-2), на которых:

фиг. 1 - схематическое представление известного способа приготовления жидкой барды;

фиг. 2 - схематическое изображение устройства для изготовления ценного продукта из жидкой барды.

На фиг.1 показаны известные этапы обработки зерновой барды (цельной барды) ЦБ, например, после дистилляции этилового спирта. Содержание сухого вещества в барде ЦБ составляет приблизительно 10% по весу, причем приблизительно 7% по весу приходится на взвешенные твердые вещества, а 3% по весу - на растворенные твердые вещества. Посредством насоса 1a барду подают в декантатор 1, где ее перерабатывают в сгущенную барду СБ и жидкую барду ЖБ.

Содержание сухого вещества в жидкой барде ЖБ составляет приблизительно 4,15% по весу по отношению к общему весу жидкой барды ЖБ, причем приблизительно 1,15% по весу приходится на взвешенные твердые вещества, а приблизительно 3% по весу - на растворенные твердые вещества. По отношению к общему весу сгущенной барды СБ содержание сухого вещества в сгущенной барде СБ составляет более 30% по весу.

Из декантатора 1 сгущенную барду подают в сушильное устройство, такое как барабанная сушилка 2, в которой жидкость-носитель сгущенной барды, в общем случае вода, подвергается максимально возможному испарению, в результате чего образуется питательное твердое вещество, называемое сухим экстрактом барды или сухой бардой с растворимыми веществами (DDGS), применяемое, в частности, как корм для животных.

Жидкая барда имеет объемный расход 6-7 м³/ч, после чего ее подают в рабочий бак 3.

Более подробно получение протеинов и жиров из жидкой барды ЖБ описывается на примере конкретного варианта осуществления изобретения с использованием системы с фиг. 2.

В рассматриваемом конкретном варианте рабочий бак имеет емкость 20 м³ и снабжен в целом тремя подводящими линиями 4, 5 и 6. Подводящая линия 4 рабочего бака 3 представляет собой подводящую линию для подачи в систему жидкой барды (ЖБ), например, подаваемой из декантатора 1 с фиг. 1. Другие подводящие линии 5, 6 к рабочему баку 3 предназначены для подачи возвращаемой из процесса жидкой барды и фугата.

Рабочий бак 3 имеет также отводную линию 7, которая соединяет бак 3 с ультрафильтрационной установкой 9 и позволяет жидкой барде перемещаться из бака 3 в ультрафильтрационную установку 9. Перемещение жидкой барды из рабочего бака 3 в ультрафильтрационную установку 9 осуществляется посредством питающего насоса 8 под давлением 3-4 бара; предпочтительная мощность питающего насоса составляет 15 кВт.

Ультрафильтрационная установка 9, которая лишь схематично показана на фиг. 2, содержит по меньшей мере циркуляционный насос 10, охладитель 11 и один или более ультрафильтрационных модулей 12.

Во время фильтрации из жидкой барды извлекают жидкость и в виде фильтрата Ф выводят из ультрафильтрационной установки 9 с объемным расходом приблизительно 6 м³/ч.

В ультрафильтрационных модулях 12 установлена группа керамических стержневых мембранных фильтров (не показаны), предпочтительно из альфа-оксида алюминия и диоксида циркония. В стержневых мембранных фильтрах имеются каналы, проходящие параллельно друг другу в продольном направлении стрежня, причем эти каналы выполнены так, что вдоль стенки канала по всей его периферии проходит мембрана, состоящая из диоксида циркония, нанесенного на подложку из альфа-оксида алюминия. Слой диоксида циркония имеет мелкопористую структуру, в то время как материал подложки состоит из оксида алюминия, имеющего крупнопористую структуру. Средний размер пор мембраны фильтра составляет 50 нм.

В целом в шести ультрафильтрационных модулях, изображенных на фиг.2, расположено 168 стержневых мембранных фильтров, дающих фильтрующую поверхность 72 м² для отделения жидкости от жидкой барды. Фильтрат под давлением 3-4 бара, созданным питающим насосом, продавливается сквозь керамическую мембрану фильтра. Ретентат или предварительно концентрированную жидкую барду выводят из ульрафильтрационной установки через регулирующий клапан 13.

Во время фильтрации твердые вещества, не прошедшие сквозь поры мембраны фильтра размером 50 нм, накапливаются на поверхности мембраны. Для предотвращения закупорки мембраны фильтра при закрытом регулирующем клапане 13 можно посредством циркуляционного насоса 10 создать турбулентный поток 5 м/с с объемным расходом 810 м³/ч. Такой поток позволяет отделить или удалить накопившиеся частицы твердого вещества с мембраны фильтра.

После фильтрации концентрированная жидкая барда выводится из ультрафильтрационной установки в виде ретентата и разделяется на две части потока ЖБ1 и ЖБ2.

Вторая часть ЖБ2 потока ретентата или концентрированной жидкой барды, предпочтительно 4-5 м³/ч, направляется в центрифугу, предпочтительно в двухфазный сепаратор 16. Объем указанной части потока можно регулировать средствами разделения потока, в данном случае клапаном 15, например, в зависимости от расхода. Расход потока можно определять при помощи датчика 14, который затем посредством клапана 15 согласует расход с заданным значением.

В центрифуге ретентат, полученный в процессе ультрафильтрации, концентрируют до содержания сухого вещества предпочтительно более 12% по весу, причем в верхней части сепаратора выводится осветленная жидкость в виде фугата Z.

Фугат Z имеет содержание твердого вещества менее одного процента по весу, отводится с объемным расходом 2,2-3,2 м³/ч по отводящей линии 18 и подводящей линии 5 из центрифуги 16 назад в рабочий бак. Фаза форсунки ФФ, или центрифугированная фаза, имеет содержание сухого вещества более 12% по весу, предпочтительно до 18% по весу, и коэффициент концентрации 7-8, затем посредством сушильного устройства (не показано) ее перерабатывают в транспортабельный и пригодный для хранения на складе продукт. Указанный продукт можно преобразовать в более компактную форму, такую как в гранулы, например, посредством пресс-гранулятора 19. Изготовленные таким образом гранулы можно использовать как ценную кормовую добавку, содержание сухого вещества в которой составляет более 90% по весу, из которых 40% приходится на протеины, 55% - на жир, остальное - на волокна и золу.

Первую фракционную часть ЖБ1 потока, 30 м³/ч, возвращают в рабочий бак 3 по обратной линии 17 и подающей линии 6 путем управления потоком и смешивают с жидкой бардой, поступающей из декантатора по подающему трубопроводу 4, так чтобы привести содержание сухого вещества в жидкой барде в рабочем баке 3 к значению приблизительно 7% по весу, при этом коэффициент концентрирования повышается в 3-4 раза по сравнению с жидкой бардой из декантатора 1.

Жидкая барда ЖБ, выводимая из декантатора 1, концентрируется обратной линией 17 для возврата или рециркуляции первой части ЖБ1 потока ретентата в рабочий бак 3. Неожиданно было обнаружено, что оптимальный рабочий режим ультрафильтрационной установки 9 при переработке жидкой барды достигается при концентрации жидкой барды ЖБ до содержания сухого вещества приблизительно 7%.

Из фильтрата Ф, выделенного из ультрафильтрационной установки 9 предпочтительно с расходом этого фильтрата 6 м³/ч и состоящего преимущественно из воды, были удалены частицы твердого вещества размером в диапазоне 5-100 нм, так чтобы фильтрат мог быть подан в систему коммунальной водоочистки или анаэробной очистки сточных вод. Кроме того, эту водную фазу можно использовать в качестве технологической воды, например, при приготовлении комбикорма.

1. Способ обработки жидкой барды (ЖБ), отличающийся следующими этапами:
- подача жидкой барды (ЖБ) в рабочий бак (3);
- концентрирование жидкой барды (ЖБ) в фильтрационной установке (9);
- разделение потока концентрированной жидкой барды по меньшей мере на первую часть (ЖБ1) потока и вторую часть (ЖБ2) потока; и
- возврат первой части потока (ЖБ1) концентрированной жидкой барды в жидкую барду (ЖБ), находящуюся в рабочем баке (3), для регулирования содержания сухого вещества, дальнейшая обработка второй части (ЖБ2) потока.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после разделения потока по меньшей мере вторую часть (ЖБ2) потока концентрированной жидкой барды осветляют посредством центрифуги, предпочтительно сепаратора (16), с осуществлением при этом дополнительного концентрирования жидкой барды.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что путем дополнительного концентрирования получают концентрированную жидкую барду с содержанием сухого вещества более 12% по весу, предпочтительно 18% по весу или более.

4. Способ по любому из пп. 2-3, отличающийся тем, что после осветления концентрированную жидкую барду сушат, получая ценный продукт, содержащий протеин.

5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что после разделения потока первая часть (ЖБ1) потока по меньшей мере в три раза, предпочтительно по меньшей мере в шесть раз, больше второй части (ЖБ2) потока.

6. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что жидкую барду (ЖБ), подаваемую в рабочий бак, приготавливают путем обработки зерновой барды (ЦБ) в декантаторе (1).

7. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что помимо концентрированной жидкой барды из фильтрационной установки (9) выводят поток фильтрата (Ф), причем поток фильтрата могут направить в систему анаэробной очистки сточных вод или повторно использовать в качестве технической воды.

8. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что разделение потока осуществляют после концентрирования жидкой барды в фильтрационной установке (9) в зависимости от содержания сухого вещества в жидкой барде, находящейся в рабочем баке (3).

9. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что после концентрирования жидкой барды в фильтрационной установке (9) регулируют поток путем управления расходом потока.

10. Устройство для изготовления содержащего протеин ценного продукта из жидкой барды, содержащее: рабочий бак (3); фильтрационную установку (9) для концентрирования жидкой барды; центрифугу, предпочтительно сепаратор (16); и сушильное устройство,
отличающееся тем, что фильтрационная установка (9) соединена с рабочим баком (3) посредством обратной линии (17) для первой части (ЖБ1) потока концентрированной жидкой барды.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что фильтрационная установка (9) представляет собой ультрафильтрационную установку.

12. Устройство любому из пп. 10-11, отличающееся тем, что фильтрационная установка (9) содержит средства (13) разделения потока концентрированной жидкой барды на первую часть (ЖБ1) потока и вторую часть (ЖБ2) потока.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что обеспечено управление средствами (13) разделения потока в зависимости от расхода потока.

14. Устройство по любому из пп. 10-11, 13, отличающееся тем, что центрифуга (16) соединена с рабочим баком (3) посредством обратной линии (18) для возврата в рабочий бак (3) осветленной жидкости.