Аппаратурно-технологическая схема прозводства спирта

— разваривание крахмалосодержащего сырья;

— осахаривание крахмалосодержащего сырья;

— культивирование дрожжей;

— сбраживание осахаренной массы;

— перегонка бражки;

— ректификация спирта.

Стадия разваривания крахмалосодержащего сырья паром  повышенного давления может быть заменена гидроферментативной обработкой замеса с помощью бактериальной  осамилазы при температурах клейстеризации крахмала 60...90 °С.

Получение спирта из мелассы включает меньше технологических стадий:

— подготовка мелассы к сбраживанию;

— культивирование дрожжей;

— сбраживание мелассного сусла;

— извлечение спирта из бражки;

— очистка спирта.

Основное различие технологического процесса при переработке крахмало- и сахаросодержащего сырья состоит в подготовке сырья и приготовлении питательной среды (субстрата) для сбраживания дрожжами в спирт.

Технологический процесс на брагоректификационных  установках дифференцирован по стадиям, которые осуществляются последовательно в отдельных колоннах:

— в бражной (перегонка бражки с получением бражного дистиллята и отводом барды в виде отхода производства);

— в эпюрационной (выделение из бражного дистиллята или спирта-сырца и концентрирование головных примесей и их отбор с фракцией головного этилового спирта — побочным продуктом производства);

— в ректификационной (концентрирование спирта и его пастеризация, а также выделение в процессе концентрирования спирта промежуточных примесей в виде сивушных фракций);

— в сивушной или экстрактивно -ректификационной (концентрирование сивушного масла и выделение его в виде товарного побочного продукта производства);

— в колонне окончательной очистки (дополнительная очистка ректификационного спирта с отводом на повторную ректификацию спиртовых фракций с примесями);

— в колонне для выделения спирта из головной фракции (выделение из головной фракции и концентрированиеметанола, альдегидов и сложных эфиров).

Характеристика  комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для мойки, очистки и измельчения крахмалосодержащего сырья, в состав которого входят картофелемойки, камнеловушки, водоотделители, барабанные камнеловушки, дробилки для измельчения картофеля и зерна, а также измельчители для тонкого измельчения зернового сырья.

В состав линии входят комплекс, состоящий из установок для тепловой обработки крахмалосодержащего  сырья — смесителей предразварников, варочных аппаратов и паросепараторов, аппаратов гидродинамической обработки  замеса, обеспечивающих различные схемы разваривания.

Следующим в линии является комплекс оборудования для охлаждения и осахаривания заторов, в состав которого входят аппараты с непрерывным  осахариванием и вакуум -охлаждением, аппараты с двухступенчатым вакуум -охлаждением, а также аппараты с непрерывным охлаждением и осахариванием при атмосферном давлении.

Комплекс оборудования для  брожения и культивирования дрожжей  состоит из бродильных аппаратов  и устройств для мойки, спиртоловушек  и дрожжевых аппаратов.

В линии для производства спирта из мелассы комплекс оборудования состоит из рассиропников, аппаратов для размножения дрожжей и пеноловушек, а также устройств для отбора проб, измерения расходов мелассы и контроля плотности рассиропки.

Ведущий комплекс оборудования в линии предназначен для перегонки  и ректификации спирта. В его составе  имеются брагоректификационные  и ректификационные установки, установки  для получения безводного спирта, холодильники и кипятильники брагоперегонных аппаратов, вспомогательное оборудование ректификационных установок, а также оборудование для учета и хранения спирта.

На рис. представлена машинно-аппаратурная схема линии производства спирта из крахмалосодержащего сырья с  использованием механико-ферментативной обработки.

Рис. Машинно-аппаратурная схема  линии производства этилового ректификационного  пищевого спирта

Устройство и принцип  действия линии. Измельченное зерно  после молотковой дробилки 3 поступает в смеситель 5 через лоток 2, где смешивается с теплой водой температурой 60...65 °С и α -амилазой ферментативного препарата, поступающего из расходного сборника 1. Соотношение зерна и воды, поступающих в смеситель, составляет 1 : 3, а температура замеса поддерживается на уровне 50...55 °С. Продолжительность пребывания замеса в смесителе 5 составляет 10... 12 мин. В смесителе 5 происходит начальная стадия разжижения крахмала и растворения сухих веществ, а также обеспечивается нормальная текучесть массы за счет действия α-амилазы.

При переработке картофеля  измельченная на молотковой дробилке 4 картофельная кашка также подается в смеситель 5, где смешивается  в нем с жидким ферментным препаратом.

Из смесителя 5 зерновой замес  насосом 7 подается на контактную головку 6, где подогревается из распределителя 10 паром до 70...72 °С, и далее в  аппараты 8 и 13 гидродинамической и  ферментативной обработки I ступени, объем  которых обеспечивает выдержку в нем замеса не менее 3,5...4,0 ч. После заполнения аппарата примерно на 1/3 подключается циркуляционный контур, включающий центробежные насосы 14 и 15, обеспечивающие перемешивание массы в аппарате при ее температуре 65...70 °С. Во время гидродинамической обработки сырья происходит дальнейшее разжижение, растворение крахмала и сухих веществ зерна за счет действия α-амилазы.

При переработке измельченный картофель, смешанный с α-амилазой, закачивается насосом 7 через контактную головку 6 в аппараты 8 и 13. Далее процесс осуществляется по параметрам, применяемым при переработке зерна.

Ферментативно-тепловая обработка  сырья осуществляется следующим  образом. Замес или картофельная кашка из аппаратов I ступени 8 и 13 с  помощью дозировочных устройств 9 и 12 отводится в горизонтальный, разделенный на три отсека аппарат 11 гидродинамической и ферментативной обработки II ступени, снабженный мешалками 16.

В первой секции аппарата 11 крахмалосодержащая масса выдерживается при перемешивании 15... 16 мин при 65...72 °С, после чего перетекает через переливное отверстие во второй отсек, нагревается в нем острым паром из распределителя 10 до 72...75 °С и выдерживается 15... 16 мин. В третьем отсеке температура массы путем подачи в нее пара поднимается до 85...95 °С.

Хорошо разжиженная  и гидролизованная крахмалосодержащая масса из аппарата 11 насосом 17 закачивается через трубчатый стерилизатор 20 и регулирующий клапан 19 в паросепаратор 25, из которого отводится на осахаривание. Учитывая, что на заводах часто перерабатывается некачественное дефектное сырье, требующее более высокой температуры стерилизации, предусматривается контактная головка 18. В этом случае вторичный пар из паросепаратора 25 направляется в первый отсек аппарата 11.

В процессе осахаривания стерилизованная масса в испарителе -осахаривателе 23 смешивается с глюкоамилазой, поступающей из расходного сборника 22 через дозатор 21, и выдерживается при 55 °С в течение 30...35 мин. Основное количество формалина, подавляющее развитие кислотообразующих бактерий при сбраживании, подается из сборника 24.

Сусло из испарителя - осахаривателя 23 плунжерным насосом 26 закачивается в теплообменный аппарат 27 и после охлаждения до температуры складки 18...20 °С поступает в бродильные аппараты 31 и 33, где сбраживается непрерывно-поточным способом. При этом способе приготовленные в дрожжанках 28 дрожжи поступают во взбраживатель 29, откуда подаются в головной бродильный аппарат 31. Сбраживаемое сусло из головного бродильного аппарата 31 последовательно по переточным трубам поступает в бродильные аппараты 33. Из последнего бродильного аппарата зрелая бражка насосом 38 подается на перегонку в дефлегматор ректификационной колонны 43. Насосами 30 и 32 сусло удаляется из бродильных аппаратов на случай дезинфекции. Из выделившегося при брожении диоксида углерода спирт улавливается в спиртоловушке 34.

Выделение спирта из бражки и очистка спирта-сырца (ректификация) от примесей производится в брагоректификационном вакуумном аппарате, который состоит из трех колонн: брагоэпюрационной 55, эпюрационной 48 и ректификационной 42, теплообменкой аппаратуры, сборных емкостей, насосного хозяйства и системы КИПиА.

В дефлегматоре 43 бражка нагревается теплом конденсации  спиртовых паров ректификационной колонны 42 до 40...50 °С. Из теплообменника бражка поступает в дефлегматор  эпюрационной колонны 46, догревается  в нем водно-спиртовыми парами эпюрационной колонны 48 до 50...55 °С и переходит в дополнительный подогреватель бражки 49, где ее температура за счет утилизации тепла не сконденсировавшихся в дефлегматоре-испарителе 56 водно-спиртовых паров брагоэпюрационной колонны 55 доводится до 70...75 °С. Окончательный догрев бражки до 85...90 °С осуществляется в подогревателе бражки 50.

Нагретая бражка из теплообменника 49 поступает в сепаратор 52, освобождается от диоксида углерода в конденсаторе 53 и из него дополнительным насосом 51 подается на верхнюю тарелку брагоэпюрационной колонны 55. Колонна 55 состоит из 34 тарелок, 18 из которых расположены в отгонной части колонны, 11 — в эпюрирующей и 5 (пеноулавливающие) — над эпюрирующей частью колонны. Эпюрирующая и отгонная части брагоэпюрационной колонны 55 разграничены между собой цилиндрической-обечайкой с патрубком для отбора эпюрированных водно-спиртовых паров.

В эпюрирующей  части колонны 55 из бражки отгоняется часть спирта с сопутствующими спирту головными и промежуточными примесями, который в виде парового потока поступает в межтрубное пространство испарителя, испаряет лютерную воду, конденсируется и поступает в коллектор бражного дистиллята 56.

Эпюрированная бражка переходит в отгонную часть  брагоэпюрационной колонны 55, где  из нее полностью отгоняется спирт. Барда отводится в теплообменник 58, где отдает тепло бражке и охлаждается  до 70...75°С. Колонна 55 работает при давлении 150... 170 кПа.

Эпюрированные водно-спиртовые пары из брагоэпюрационной колонны 55 через пеноловушку 54 поступают в кипятильник 50, обогревая при этом эпюрацион-ную колонну. Конденсат эпюрированных паров и кипятильника 50 направляется на 10-ю или 15-ю тарелку эпюрационной колонны 48. Бражной дистиллят из коллектора 56 поступает на 20-ю и 25-ю тарелки эпюрационной колонны 48.

Эпюрационная  колонна 48 содержит 39 многоколпачковых тарелок, из которых 20...25 работают в  режиме выварки примесей, 6...11 — в  режиме гидроселекции примесей и 8 — на концентрирование примесей. Работает колонна при давлении 50...65 кПа. Конденсат с дефлегматора 46 и избыток дистиллята из конденсатора 47 и спиртоловушки 45 возвращаются на верхнюю тарелку колонны для ее орошения флегмой. Лютерная вода в колонну 48 подается насосом 41 из сборника лютерной воды 40.

Эпюрат из эпюрационной колонны 48 поступает на 16-ю тарелку  ректификационной колонны 42. Ректификационная колонна 42 состоит из 81 многоколпачковой тарелки, 16 из которых работают на отгонку спирта, 10... 15 — на пастеризацию спирта и 55 — на укрепление спирта. Колонна снабжена дефлегматором 43, конденсатором 44 и спиртоловушкой 39. Не выделенные в эпюрационной колонне 48 примеси конденсируются в нижней части ректификационной колонны 42 и отводятся с 7... 10-й тарелки из паровой фазы. Ректификационная колонна 42 орошается флегмой из дефлегматора и конденсаторов 44 и 39. Отбор ректификационного спирта производится с 72...75-й тарелок ректификационной колонны 42. Ректификационная колонна 42 работает при давлении 50... 70 кПа. Отбор головной фракции этилового спирта производится из дополнительного конденсатора 45 эпюрационной колонны 48, откуда фракция отводится в сборник головных фракций.

Вакуум в  колоннах 55, 46 и 42 создается вакуум-насосом 35. В вакуумную систему входит барометрический конденсатор 37, где  в качестве абсорбера используется 10-тарельчатая царга с многоколпачковыми  тарелками. Вода, поступающая на орошение в барометрический конденсатор 3 7, отводится в сборник барометрической воды 36

 

2.3.Описание схемы.

Очищенные от посторонних  примесей зерно или картофель  поступают на молотковые дробилки 1 и 4, где измельчаются до необходимых  размеров частиц. Измельченное зерно  поступает в смеситель куда одновременно подают воду и а-амилазу из сборника 3 через дозатор 2. В смесителе поддерживается температура 50...55 "С подачей теплой воды, в качестве которой можно использовать отходящую дефлегматорную воду.

Из смесителя  замес подается насосом 7 через контактную головку 6 в аппарат 8 (13) гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени (ГДФО)

В контактной головке  замес быстро нагревается до 65...70 °С и поступает в ГДФО первой ступени, где выдерживается в течение 120... 150 мин при постоянном перемешивании, осуществляемом механической мешалкой и рециркуляцией с помощью насоса 14 (15).

Для поддержания  постоянной температуры пар подают в рубашку или змеевик. В последних вариантах конструкции ГДФО замес из смесителя поступает самотеком без насоса и контактной головки под действием разницы уровней массы в аппаратах. В этом случае контактная головка ставится на нагнетательной линии после рециркуляционного насоса 14 (15). Подачей пара в контактную головку по этому варианту в ГДФО поддерживают температуру 65...70 "С. Готовый замес через переливной патрубок непрерывно поступает в аппарат 11 гидроферментативной обработки второй ступени. В установке, как правило, имеется два параллельно расположенных аппарата ГДФО первой ступени — один рабочий, второй резервный. При необходимости ускорения работы они могут действовать параллельно. В аппарате ГДФО второй ступени замес подогревается до 80...95 "С и выдерживается в непрерывном потоке при перемешивании в течение 30...40 мин.

Из аппарата ГДФО второй ступени масса насосом 17 подается в паросепарагор 25. Для переработки дефектного или трудноразвариваемого сырья (например, стекловидной  кукурузы) необходим более жесткий тепловой режим. В этом случае насосом 17 масса подается на контактную головку 18, где подогревается острым паром до 105 "С, а при необходимости и до 130 "С. При этой температуре разваривания масса проходит трубчатый стерилизатор 20 и через регулирующий клапан 19 выдувается в паросепаратор 25.

    Разваривание  в аппарате происходит при температуре 140— 142° С в течение 40—45 мин. Разваренная масса из паросепаратора сливается в осахариватель 23. Осахаривание производится ферментами солода или ферментами плесневых грибов, которые подаются из чанков 22.