Производство спирта

Карбамид (мочевина) с содержанием  азота (46,2%) используют в качестве азотосодержащего питательного вещества при выращивании  дрожжей. Расходуют исходя из содержания в нем азота (500 — 800 гр/м³) [15].

 

1.4.6 Описание аппаратурно-технологической схемы производства спирта

 

Зерно предварительно очищенное  на складе от сорных примесей подается через автомобильные весы автотранспортом  на производство. Далее зерно  из завальной ямы , норией подается для окончательной очистки на зерновой сепаратор и далее в бункер зерновой , из  которого норией зерно направляется на измельчение на молотковые дробилки ММ 140  и ДМ -5 . Предусмотрена возможность  использования на первой стадии измельчения  вальцового станка , а затем молотковыми дробилками.

Измельченное зерно поступает  в смеситель-предразварник , сюда же подают теплую воду из бака отходящей воды, находящийся в брагоректификационном отделении. Полученный замес насосом направляют в головку  контактную, в которую поступает острый пар из парового коллектора. Подогретый замес поступает в варочную колонну первой ступени и далее по нижней переточной коммуникации проходит поочередно три колонны второй ступени.

Для обеспечения нормального  перетока массы по колоннам второй ступени, их монтируют с перепадом по высоте и соединяют поверху уравнительной линией, по которой неконденсированные газы и пар непрерывно отводят в паросепаратор.

Из третьей колонны  второй ступени разваренную массу  непрерывно с помощью автоматического  регулятора уровня и системы выдувания  отводят в паросепаратор. Для обеспечения равномерного перетока массы по колоннам аппарата они набираются с перепадом по высоте и соединены по верху уровнительной линией, по которой несконденсирующие газы и пар непрерывно отводят в паросепаратор и далее вместе со отделившимся вторичный паром, используют для подогрева воды. Продолжительность пребывания массы в паросепараторе составляет от 20 до 30 минут. Отсюда масса непрерывно поступает в вакуум-испарительную камеру установки вакуум охлаждения, где с помощью вакуум-насоса поддерживают разрежение на уровне от 0,08 до 0,081 МПа.

В испарительной камере происходит мгновенное охлаждение массы до температуры 60-62 °С, при этом выделившийся пар поступает в барометрический конденсатор (16) охлаждается холодной водой и сливается вместе с водой в барометрический сборник. В барометрической воде систематически определяется наличие крахмала по йодной пробе, реакция на крахмал должна быть отрицательная. Из испарительной камеры охлажденная масса поступает в осахариватель. Одновременно с охлажденной массой в осахариватель из расходного чанка дозируют Амилоглюкаваморин Гх, который центробежным насосом подается в ферментный чанок, из ферментаторов . Осахаривание разваренной массы с ферментным препаратом происходит при температуре 56- 58 °С Высота спускной трубы над уровнем массы в осахаривателе должна быть не менее от 9,5 до 10м. Сусло из осахаривателя насосом подают в теплообменник «труба в трубе», где оно охлаждается до температуры складки (от 22 до 26 ºС). Вода после теплообменника подается под давлениям на градирню, где охлаждается за счет подачи потока воздуха и попадает в емкость оборотного водоснабжения. Для антисептирования сусла, подача антисептирующего средства производится непосредственно в бродильные чаны, дрожжерастительные аппараты (дрожжанки), возбраживатели.

Для приготовления дрожжевого сусла в дрожжерастительном аппарате (дрожжанках) предусмотрена возможность подачи в них сусла непосредственно из осахаривателя, при температуре 58°С минуя теплообменник «труба в трубе». Производственные дрожжи готовят в две стадии: в дрожжерастительных аппаратах (дрожжанках) на пастеризованном сусле и в возбраживателе на сусле, отобранном из теплообменника «труба в трубе».

Серную кислоту для  подкисления дрожжевого сусла подают из сборника, а также имеется резервная емкость для серной кислоты.

Охлажденное сусло до температуры  складки 20-26 ºС  поступает на сбраживание в бродильные чаны. Выделяющийся при брожении диоксид углерода направляют в спиртоловушку абсорбционную, где происходит улавливание паров спирта, выделяющихся совместно с диоксидом углерода. Растворенный в воде спирт в виде водно-спиртовой жидкости из спиртоловушки направляют в передаточный чан готовой бражки и далее на брагоректификацию.

 

1.5 Технологический процесс производства спирта

 

Технология производства этилового  спирта из крахмалистого сырья основана на ферментативном гидролизе зернового  крахмала, прошедшего водно-тепловую обработку, и сбраживании образующихся сахаров  дрожжами, то есть является биохимической  технологией. Процесс производства спирта включает основные стадии:

- подготовка сырья (очистка зерна, измельчение и приготовление замеса);

- нагрев замеса в контактной головке острым паром до температуры от 125ºС до 155^оС и непрерывное разваривание;

- вакуум-охлаждение до температуры от 57 ºС до 62 ^оС;

- осахаривание разваренной массы ферментным препаратом Амилоглюкаваморин Г_х;

- охлаждение сусла в теплообменнике;

- приготовление дрожжей и сбраживание сусла с использованием термотолерантной расы дрожжей Y-717;

- перегонка и ректификация спирта.

 

1.5.1 Подготовка сырья

 

Всё поступившее в переработку  зерновое сырье подвергают очистке. На сепараторе зерноочистительном марки  А1 БЛС-12 освобождают от минеральных, древесных примесей и соломы. Остаточная сорность (в основном минеральный сор) не должна превышать 1% по массе зерна. Наличие металлических примесей не допускается.

В зерне, перерабатываемом на спирт, все  крахмалосодержащие примеси (половинки  и щуплые зёрна; семена, содержащие крахмал; зерно, повреждённое вредителями  и т.д.) не относят к сорным примесям.

Дефектное зерно перерабатывают только в смеси с доброкачественным.

Отходы полученные после подработки зерна собирают в пылесборнике (циклоне) взвешивают оформляются актом формы С-12 в соответствии со сборником по сырью, взвешиваются на весах и вывозят автомобильным транспортом на городскую свалку.

Для обеспечения равномерной загрузки дробилки и получения требуемого качества зернового сусла зерно  на дробление направляют через дозатор  зерна.

Дробилка обеспечивает требуемую  степень измельчения и заданную производительность. Основные требования к измельчённому зерну: проход через  сито с диаметром отверстий 1 мм должен быть не менее 75%, остаток частиц на сите с диаметром отверстий 3 мм отсутствует. Работа дробилок должна быть организована таким образом, чтобы обеспечить требуемую степень измельчения  и заданную производительность.

Измельчённое зерно из дробилки поступает в смеситель- предразварник, где смешивается с тёплой водой поступающей из бака отходящей воды после охлаждения теплообменников брагоректификационного отделения. При необходимости подогрева замеса используется острый пар поступающий с парового коллектора. Соотношение зерна и воды устанавливают от 1:2,0 до 1:4,0 в зависимости от крахмалистости зерна, с учётом получения сусла в осахаривателе с концентрацией сухих веществ по сахарометру от  14 до 17 %.

Температуру замеса в первом отсеке смесителя-предразварника не должна превышать 50ºС. А в смесителе-предразварнике второго отсека 56 – 58 ºС. В смесителе замес непрерывно перемешивается с помощью механической мешалки для обеспечения равномерного размешивания измельчённого зерна и воды, и отсутствия комков в замесе.

В смесителе происходит начальная  стадия разваривания крахмала и растворение сухих веществ зерна.

 

 

1.5.2 Нагрев замеса в контактной головке и непрерывное разваривание

 

Полученный замес насосом подают на контактную головку, где он мгновенно  нагревается острым паром до температуры    зерна от 125 ºС до 155 ºС. Из контактной головки нагретый замес поступает через воронку в центральную трубу варочной колонны первой ступени. Разваривание зерна производится на Мичуринской схеме непрерывного разваривания колонного типа.

Из варочной колонны первой ступени  по переточной трубе масса поступает последовательно в колонны второй ступени. В колоннах происходит окончательное разрушение клеточной структуры сырья. Разваренная масса из четвертой колонны поступает в паросепаратор, где за счет перепада давления с 0,6 МПа до 0,3-0,4 МПа происходит отделение вторичного пара и охлаждения массы до 107-108 ºС и ее выдерживание при данной температуре в течении 25 минут. Выделившейся вторичный пар направляется в теплообменник для подогрева воды.

Качество разваривания определяют визуально не менее 4 раз в смену. Отбор пробы производят из пробоотборника на сусловой трубе после теплообменника труба в трубе. Цвет готовой разваренной массы должен быть светло-жёлтым или со светло-коричневым оттенком.

При непрерывном разваривании зерна с I-IV степенью дефектности следует применять более мягкий режим разваривания, который устанавливают опытной производственной варкой для каждой партии зерна отдельно. Длительность разваривания по Мичуринской схеме колонного типа длится 50-60 минут.

 

 

 

 

 

1.5.3 Вакуум-охлаждение

 

Разваренную массу, освобожденную  от вторичного пара, подают в испарительную  камеру, работающую под разряжением 610-620 мм рт.ст. (0,08-0,084МПа), где за счёт резкого перепада давления происходит выделение тепла и снижение температуры сусла до температуры осахаривания 57-62 ºС. Пар, выделившийся в испарительной камере, конденсируется в барометрическом конденсаторе холодной водой и сбрасывается в канализацию. Несконденсированный пар вакуум-насосом отводят в атмосферу.

 

1.5.4 Осахаривание разваренной массы и охлаждение сусла

 

Охлаждённая масса самотёком поступает  в осахариватель. Одновременно в осахариватель из расходного чанка через дозатор подают расчётное количество осахаривающего препарата Амилоглюкаваморин Г_х. В осахаривателе поддерживается температура от 58 ºС до 62 º С путем подачи холодной воды в змеевики.

Под действием ферментов происходит гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров. Расход ферментов при этом осуществляется из расчета 6,2 ед/г крахмала, при продолжительности брожения 72 часа. При переработке отдельных партий зерна с повышенным содержанием веществ, затрудняющих декстринизацию крахмала, допускают увеличение расхода Амилоглюкаваморина Г_х до 9,0 ед.ГлС на 1 г условного крахмала. При увеличении концентрации сухих веществ до 20 % с целью увеличения крепости бражки так же увеличивают расход ферментов до 9,0 ед/г крахмала.

Осахаренную массу насосом подают через теплообменник в бродильный чан, куда одновременно подают дрожжи из возбраживателя. В теплообменнике массу охлаждают до температуры от 20ºС до 26ºС. Концентрация сусла в осахаривателе должна быть не менее 16.5 % по сахарометру. Кислотность осахаренной массы должна составлять от 0,2º до 0,5º (что соответствует рН от 5,0 до 5,5). Время пребывания массы в осахаривателе не должно быть не менее 10 минут.

 

1.5.5    Производственные дрожжи

 

        Производственные  дрожжи в начале запуска производства  после капитального ремонта, после  длительного простоя, а также  по мере их ослабления выращиваются их из чистой культуры дрожжей полученных по заявке комбината с ГНУ ВНИИ ББТ РАСХН, имеющий музей чистых культур дрожжей.

На заводе применяют двухстадийный способ приготовления производственных дрожжей, используя для этого дрожжерастительный аппарат (дрожжанка) и возбраживатели. В дрожжерастительном аппарате (дрожжанке) дрожжи ведут по методу естественно чистой культуры на пастеризованном и подкисленном сусле. Сусло отбирают непосредственно из осахаривателя при температуре от 58 до 60 °С и концентрации сухих веществ в нем не менее 16,5%. В сусло, предназначенное для разведения дрожжей, на стадии осахаривания дополнительно вносят ферментный препарат Амилокглюкаваморин Гх в количестве обеспечивающий дозировку глюкоамилазы 9 ед ГлС на 1 г крахмала сырья. В дрожжерастительном аппарате (дрожжанке) сусло выдерживают дополнительно при температуре 58 °С в течение трех часов для более глубокого осахаривания декстринов, после чего нагревают до температуры от 80 до 85 ^оС и пастеризуют сусло при этой температуре в течение 40 минут. Перед пастеризацией для дополнительного питания дрожжей в сусло вносят карбамид, который предварительно растворяют в воде питьевого качества в соотношении 1:10. Количество карбамида составляет от 500 до 700 г на 1 м³ сусла. Пастеризованное сусло охлаждают до 50 °С и при этой температуре подкисляют серной кислотой до кислотности от 0,7 до 0,75°, после чего расхолаживают до 30 °С.

При температуре сусла 30 °С в дрожжерастительный аппарат (дрожжанку) задают засевные дрожжи из маточника в количестве от 10 до 12% по объему сусла и продолжают охлаждение до температуры складки (от 20 до 24°С) и оставляют на брожение. Температуру бродящего дрожжевого сусла поддерживают в пределах от 29 до 33 °С.

Зрелые дрожжи, предназначенные  для использования в качестве засевных для дрожжанки, отбирают в маточник, объем которого составляет 60 дал или12% от объема дрожжанки, а затем передают в очередной дрожжанку для засева дрожжевого сусла. Оставшиеся в дрожжерастительном аппарате  (дрожжанке) зрелые дрожжи используют для засева возбраживателя. Время дрожжегенерации в дрожжерастительном аппарате  (дрожжанке) зависит от температуры складки и составляет от 18 до 24 часов.

Дрожжи считают зрелыми, если видимая концентрация сухих  веществ в них составляет 1/3 от начальной концентрации дрожжевого сусла. Нарастание кислотности в  зрелых дрожжах не допускается. Микробиологическая оценка дрожжей должна соответствовать  требованиям микробиологического  контроля, а именно: не допускается  содержания мертвых дрожжевых клеток свыше 1%, упитанность дрожжевых клеток (по пробе с йодом) должна быть удовлетворительной. Температура зрелых дрожжей поддерживается в пределах 20 -23 °С. При отсутсвии в потребности в дрожжах непосредственно их созревания температуру дрожжей понижают до 13 °С, с целью не допущения выбраживания дрожжей ниже 1/3 от исходной концентрации.

Если микробиологический контроль показывает стабильное ухудшение  состояния дрожжей, несмотря на точное соблюдение технологического режима их приготовления, необходимо заменить засевные дрожжи.

При незначительном инфицировании  засевных дрожжей производят их очистку серной кислотой.

При наличии инфекции зрелы  дрожжи отбирают из дрожжанки в маточник, где подкисляют их серной кислотой до кислотности от 3,0 до 3,2° и выдерживают 30-40 минут. После очистки засевные дрожжи из маточника передают в дрожжерастительный аппарат (дрожжанку), где заранее готовят дрожжевое сусло, кислотность которого должна быть на 0,2° ниже по сравнению с обычной.

Объем засевных дрожжей после очистки должен быть не менее 12 %. Температура складки повышается на 1 – 2 °С. Время созревания дрожжей после очистки может быть увеличено от 2 до 6 часов. Вторую стадию дрожжегенерации проводят в возбраживателе на подкисленном сусле, температура складки от 22 до 24 °С. Одновременно с суслом в возбраживатель подают зрелые дрожжи из дрожжерастительный аппарат (дрожжанки). В заполненный возбраживатель добавляют карбамид из расчета от 500 до 700 г на 1м³ приготовляемого сусла. Серную кислоту в количестве, требуемом для поддержания кислотности в пределах от 0,35 до 0,45 °.