Аппаратурно-технологическая схема прозводства спирта

Содержание

 

1. Введение                3-5

Глава 2. Анализ современных объектов аналогичного назначения          6

2.1.  Технологическая часть производства спирта       6-9

2.2. Технология и машинно-аппаратурная схема.      9-19

2.3. Описание  схемы        19-21

Глава 3. Описание разрабатываемого объекта.          22

3.1. .Описание и классификация молотковых дробилок.   22-24

3.2. Описание конструкции и принцип действия            24-26

3.3. Принцип действия          27

Глава 4. Технологические расчеты.       27-28

Заключение                29

Список  используемой литературы            30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Этиловый  спирт - основной продукт, находящий  широкое применение в пищевой, микробиологической, медицинской и других отраслях промышленности.

В пищевой  промышленности спирт используют при  изготовлении ликерно-водочных изделий, плодово-ягодных вин, пищевых ароматизаторов и т.д.

Отечественная спиртовая промышленность до 1917 г. была представлена мелкими заводами мощностью  около 22 тыс. дал спирта в год. Советский период характеризуется появлением крупных предприятий с мощностью 6000 - 12000 дал в сутки. В 1980 г. в СССР действовало около 400 крупных заводов, а производство спирта составило 200 млн. дал. Далее производство спирта неуклонно снижалось, особенно в периоды перестройки и экономических кризисов. Также снижение производство обуславливалось ужесточением отраслевого законодательства, увеличением стоимости лицензий, установлением минимальных порогов по уставному капиталу для производителей спирта, введением требования о полной переработке отходов спиртового производства. Но главной причиной снижения является большой теневой оборот спирта, делающий легальное производство менее рентабельным.

На  данный момент в России действуют 126 предприятия, а суммарное производство пищевого спирта составляет около 42 млн. дал в год.

Технология  производства спирта относится к  биотехнологии, так как производство связано с использованием катализаторов (ферментов), имеющих биологическое происхождение. При должном подходе производство спирта является безопасным и безотходным: в производстве кроме спирта получают диоксид углерода, барду, эфироальдегидную фракцию, сивушные масла.

Технология спиртового производства - это наука о методах и процессах химической переработки различных видов сырья в спирт. Наибольшее значение по масштабам производства имеет этиловый спирт, представляющий собой легкоподвижную горючую жидкость, которая смешивается с водой в любых соотношениях. В больших дозах ядовит. Спирт является сырьем для ряда отраслей химической и пищевой промышленности. Большое количество этилового спирта расходуют в производстве синтетического каучука. Применяют его как топливо, растворитель, а также в парфюмерии и фармацевтике. Он служит сырьем в производстве диэтилового эфира, фруктовых эссенций, синтетической уксусной кислоты, красителей и др. Этиловый спирт получают из углеводов растительного сырья (зерна, картофеля, сахарной свеклы) и мелассы - отхода сахарного производства, а также из отходов переработки древесины (гидролизный спирт). Вырабатывают этиловый спирт также синтетическим путем - гидратацией углевода этилена, получаемого в нефтехимической промышленности. Этиловый спирт из пищевого сырья и древесины получают на одной основе - сбраживании сахаров под действием ферментов дрожжей. Производство спирта из крахмалистого сырья складывается из следующих основных процессов:  
- Подготовка сырья - очистка, измельчение;  
- Водно - тепловая обработка, с целью разрушения клеточной структуры и растворения крахмала;  
- Осахаривания крахмала (превращения в сахара) под действием ферментных препаратов или солода.

При переработке  сахаристого сырья (меласса-патока) технологические операции упрощаются, так как исключается процесс  разваривания (тепловой обработки) и  осахаривания. Последующие технологические операции являются общими - сбраживание сахаров под воздействием ферментов дрожжей и получения бражки, содержащей 6-10% спирта, и выделение спирта из бражки путем перегонки в специальных аппаратах. В процессе брожения наряду с этиловым спиртом в небольших количествах образуются и другие спиртопродукты, а также эфиры, альдегиды, кислоты. Перегонка бражки осуществляется в аппаратах периодического и непрерывного действия, где происходит выделение из нее этилового спирта и очистка его от сопутствующих примесей. Бражка после отгонки из нее спирта отводится из аппарата в виде барды. Зерно - картофельная барда используется на корм скоту, а также для выращивания кормовых дрожжей. Мелассная барда как корм для скота применяется в ограниченном количестве, а используется для выращивания кормовых дрожжей. При получении спирта, в процессе брожения выделяется в большом количестве углекислый газ, который используется для производства товарной углекислоты.  
Виды вырабатываемого спирта  
- Спирт этиловый сырец;  
- Спирт этиловый ректификованный "1 сорт", "Высшей очистки", "Экстра", "Люкс", "Альфа";  
- Спирт этиловый абсолютированный (технический - 99,5%; очищенный - 99,8%);  
- Спирт этиловый технический.

 

Глава 2. Анализ современных объектов аналогичного назначения.

2.1  Технологическая часть производства спирта

Технология  спирта включает в себя следующие  процессы: подготовка сырья к развариванию, разваривание зерна водой для  разрушения клеточной структуры  и растворения крахмала, охлаждение разваренной массы и осахаривание крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов, сбраживания сахаров дрожжами в спирт, отгонку спирта из бражки и его ректификацию. Прием зерна. Для приготовления солода используют высококачественные ячмень, рожь, овес и просо, которые должны удовлетворять требованиям, приведенным в таблице №1. Цвет ячменя светло-желтый, допускается потемневший; овса белый или желтый; проса желтый, красный, серый, белый; ржи желтый и зеленый разных оттенков; запах, свойственный зерну; не допускается затхлый, плесенный и другие посторонние запахи.

Качество  зерна, идущего на разваривание, не регламентируется. Желательно, чтобы  зерно было здоровое, высокой крахмалистости, влажностью 14 - 17% в зависимости от культуры и с небольшой засоренностью. Предварительно здоровое зерно оценивают органолептически.

Разваривание сырья. Разваривание осуществляют для разрушения клеточных стенок, освобождения крахмала из клеток и перевода его в растворимую форму, в которой он быстрее и легче осахаривается ферментами. Разваривание крахмалсодержащего сырья проводят путем обработки его паром с избыточным давлением 400 - 500 кПа.

Охлаждение разваренной массы  и её осахаривание. При осахаривании охлажденную разваренную массу обрабатывают солодовым молоком или ферментными препаратами для расщепления крахмала и белков. При этом основным процессом является гидролиз крахмала до сбраживаемых дрожжами Сахаров.

При осахаривании разваренной массы  солодовым молоком: крахмал гидролизуется  на 70 - 75% до мальтозы и глюкозы и  на 25 - 30% до предельных декстринов, которые расщепляются: до Сахаров на стадии брожения. При использовании солодового молока получается сусло, содержащее 71 - 78% мальтозы и 22 - 29% глюкозы от суммы всех сбраживаемых Сахаров. Сусло, полученное при осахаривании ферментными препаратами микробного происхождения, содержит 14 - 21% мальтозы и 79 - 81% глюкозы.

Такое различие в продуктах гидролиза  крахмала при использовании разных осахаривающих материалов связано  с тем, что в солодовом молоке содержатся A - и (B-амилаза и декстриназа, а ферментные препараты микробного происхождения содержат A-амилазу и глюкоамилазу. Все эти ферменты отличаются по характеру действия на крахмал и по отношению к температуре и кислотности среды. В зависимости от происхождения A-амилазы могут расщеплять крахмал только до декстринов (A-амилазы бактериального происхождения) или образуют и декстрины, и сахара (большинство A-амилаз грибного происхождения и ферменты солода). Поэтому осахаривание разваренной массы осуществляют при определенных температуре, кислотности, концентрации субстрата и осахаривающего материала.

Готовое сусло должно содержать 16 - 18% сухого сахара, в том числе 13 - 15% сбраживаемых сахаров; кислотность 0,2 - 0,3 град. При  пробе на йод окраска сусла  не должна изменяться.

Отгонка спирта из бражки и его ректификация. Получаемая в результате брожения зрелая бражка имеет сложный состав. Кроме воды и спирта она содержит различные органические и неорганические соединения: сахара, декстрины, минеральные вещества, летучие соединения (эфиры, спирты, альдегиды, кислоты) и др. Состав и содержание примесей зависит от вида сырья, его качества, режимов его переработки в ходе технологического процесса.

Для выделения спирта из бражки и его  очистки применяется ректификация. Ректификацией называется процесс разделения смеси, состоящей из двух или большего числа компонентов, кипящих при разных температурах. При кипении такой смеси компонент с более высокой упругостью пара (более летучий) переходит в паровую фазу в относительно больших количествах, а паровая фаза обогащается более летучим компонентом. Температура кипения этого компонента при постоянном давлении ниже. Поэтому при кипении смеси летучих компонентов паровая фаза обогащается компонентом, имеющим более низкую температуру кипения. В водно-спиртовом растворе упругость паров спирта при любой температуре значительно выше упругости паров воды. Вследствие этого содержание спирта в парах больше, чем в кипящем водно-спиртовом растворе.

Очистка спирта от примесей путем перегонки  основана на различии коэффициентов их испарения. Коэффициентом испарения называется отношение концентрации данного вещества в паровой фазе к концентрации в жидкой фазе. Коэффициенты испарения отдельных примесей отличаются один от другого и изменяются в зависимости от содержания этилового спирта. Для определения возможности очистки этилового спирта от примесей необходимо сравнить коэффициент испарения примесей с коэффициентом испарения этилового спирта.

При коэффициенте ректификации, равном единице, перегонка неэффективна, так как дистиллят после нее остается без изменения. Если коэффициент ректификации больше единицы, то в дистилляте больше примесей, чем в первоначальной смеси. Если коэффициент ректификации меньше единицы, то в дистилляте меньше примесей, чем в перегоняемой смеси. Для головных примесей коэффициент ректификации больше единицы, для хвостовых - меньше.

Очистку спирта-сырца от примесей производят в настоящее время преимущественно  на ректификационных установках непрерывного действия, в которых спирт-сырец  освобождается от примесей в соответствии со значениями коэффициентов испарения. Такие установки используются на ликеро-водочных заводах, где основным сырьем является спирт-сырец.

Ректификованный спирт в настоящее время на спиртовых заводах получают непосредственно  из бражки на брагоректификационных установках косвенного действия. В установку входят три колонны: бражная. эпюрациопная и ректификационная. В бражной колонне из бражки выделяют этиловый спирт и летучие примеси, в эпюрационной отделяют головные примеси, в ректификационной получают ректификованный спирт. В состав установки входят две дополнительные колонны - сивушная и окончательная. Сивушная колонна предназначена для выделения фракции высших спиртов (сивушное масло) и их концентрации, а окончательная колонна - для дополнительного освобождения этилового спирта от примесей.

 

2.2 Технология и машинно-аппаратурная схема.

Характеристика  продукции, сырья и полуфабрикатов.Спирт этиловый (этанол, винный спирт), выработанный из пищевых видов сырья (зерно, картофель, сахар, свеклосахарная и тростниковая меласса, сахарная свекла), — прозрачная бесцветная жидкость без привкуса и запаха посторонних веществ. Температура кипения безводного спирта этилового 78,35 °С при давлении 0,1 МПа, температура вспышки 13 °С. Спирт гигроскопичен, летуч, смешивается с водой в любых соотношениях и является хорошим растворителем.

В зависимости  от степени очистки различают спирт ректификационный четырех сортов: 1 сорта (96,0 об. %), высшей очистки (96,2 об. %), «Экстра» (96,5 об. %) и «Люкс» (96,3 об. %).

В спирте этиловом ректификационном кроме воды содержатся в макроколичествах различные примеси (альдегиды, эфиры, высшие спирты и другие химические соединения), которые формируют у спирта свойственные ему вкус и аромат в зависимости от вида перерабатываемого сырья.

Зерно и картофель  относят к крахмалосодержащему  сырью, мелассу и свеклу — к  сахаросодержащему. Зернопоступает на заводы с содержанием влаги 12... 15 % и более. В зависимости от культуры оно содержит 45...55 %крахмала и 9...16 % белка. Картофель — сочное сырье, которое содержит 9... 18 % крахмала и до 2 % белка.

Меласса — густая сиропообразная непрозрачная жидкость коричневого и темно-бурого цвета, сладкая на вкус с горьким привкусом. В ней содержится не менее 75 масс. % сухих веществ и не менее 43 % сахарозы. Сумма сбраживаемых веществ составляет не менее 44 масс. %.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Спирт этиловый пищевой получают микробиологическим способом, в основе которого лежит сбраживание сахара в спирт дрожжами семейства сахаромицетов. Спирт из пищевого сырья получают непрерывным и периодическим способами. При этом 45...55 % вырабатывают из зерна, 10... 15 % — из картофеля, 2.. .3 % — из свеклы и 38.. .45 % — из мелассы.

Спирт этиловый ректификационный получают на брагоректификационных  и ректификационных установках из бражек крахмалосодержащего и сахаросодержащего  сырья и из спирта-сырца, полученного  из тех же видов сырья.

Брагоректификационные установки бывают косвенного действия (включают бражную, эпюрационную и ректификационную колонны), косвенно-прямоточного действия (включают брагоэпюрационную, эпюрационную и ректификационную колонны) и работающие под вакуумом.

При выработке  спирта ректификационного из спирта-сырца применяют ректификационные установки, состоящие из эпюрационной и ректификационной колонн.

Для повышения  выхода и качества ректификационного  спирта, улучшения выделения сивушного  масла брагоректификационные и  ректификационные установки дооснащают дополнительными колоннами: окончательной очистки спирта, сивушной или экстрактивно - ректификационной, для выделения этилового спирта из головной фракции.

Пищевая промышленность — главный потребитель этилового  спирта, который используется для  изготовления ликероводочных изделий, виноградных и плодово-ягодных вин, уксусов и пищевых ароматизаторов. Спирт этиловый также используется в медицинской, фармацевтической, парфюмерной и других отраслях промышленности.

Стадии  технологического процесса. Переработка зерна и картофеля на спирт осуществляется по однотипной технологии и состоит из следующих стадий:

— подготовка сырья к переработке;