Проект дрожжевого цеха

Курсовая работа: Проект дрожжевого цеха

Реферат

Расчётно-пояснительная записка  содержит 34 с., 1 табл., 10 литературных источников.

ДРОЖЖИ, ФЕРМЕНТАЦИЯ, ДРОЖЖЕРАСТИЛЬНЫЙ АППАРАТ, ФЛОТАЦИЯ, СЕПАРАЦИЯ, ВАКУУМ-ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА, ШЛАМ, СУСЛО, СУШИЛКА.

Объектом курсового проекта  является дрожжевой цех по получению  белковых кормовых дрожжей.

Цель работы – расчет материального  баланса цеха по получению белковых кормовых дрожжей. Подбор и расчет количества основного технологического оборудования.

В курсовом проекте приведен аналитический обзор литературы, приведено описание технологической  схемы цеха по получению белковых кормовых дрожжей, приводится обоснование  выбора данной схемы, описывается и  обосновывается выбор основного  технологического оборудования.

В данном проекте приведен материальный расчет цеха по получению  белковых кормовых дрожжей. Произведены  расчеты необходимого количества основного  и резервного оборудования.

Графическая часть включает:

− технологическая схема  − 1 лист А1;

− изображение вакуум-выпарной установки − 1 лист А4.

 

Введение

В связи с сокращением  запасов ископаемого органического  сырья в последние годы во всем мире уделяется серьезное внимание вопросам химической и биотехнологической переработки биомассы растительного  сырья (фитомассы) – древесины и сельскохозяйственных растений. В отличие от ископаемых источников органического сырья запасы фитомассы возобновляются в результате деятельности высших растений. Ежегодно на нашей планете образуется около 200 млрд. т. растительной целлюлозосодержащей биомассы. Биосинтез целлюлозы – самый крупномасштабный синтез в прошлом, настоящем и будущем.

В следующем столетии основными  видами органического сырья будут  древесина, сельскохозяйственные растения и каменный уголь, в свою очередь  имеющий растительное происхождение.

По ориентировочным оценкам  мировые разведанные запасы нефти  примерно равны запасам древесины  на нашей планете, однако ресурсы  нефти быстро истощаются, в то время  как в результате естественного  прироста запасы древесины увеличиваются. Значительным резервом повышения ресурсов древесного сырья является увеличение выхода целевых продуктов из древесины. В недалеком будущем нас ожидает  переход от нефтехимического производства к биохимической и химической переработке древесины и других видов растительного сырья. Переработка  биомассы растительного сырья базируется в основном на сочетании химических и биохимических процессов.

Под биотехнологией обычно понимают промышленный биохимический синтез ценных веществ и переработку  продуктов биологического происхождения. Производственной основой современной  биотехнологии является микробиологическая промышленность, включающая гидролизные  производства. Эти производства основаны на реакции гидролитического расщепления  гликозидных связей полисахаридов биомассы одревесневшего растительного сырья с образованием в качестве основных продуктов реакции моносахаридов, которые подвергаются дальнейшей биохимической или химической переработке, либо входят в состав товарной продукции.

Гидролиз растительного  сырья – наиболее перспективный  метод химической переработки древесины, так как в сочетании с биотехнологическими  процессами позволяет получать кормовые и пищевые продукты, биологически активные и лекарственные препараты, мономеры и синтетические смолы  топливо для двигателей внутреннего  сгорания и разнообразные продукты для технических целей.

В настоящее время гидролизная  промышленность занимает ведущее место  в мире по выработке основных видов  продукции: кормовых дрожжей и технического этанола.

Комплексная программа развития гидролизной промышленности предусматривает  увеличение производства всех видов  выпускаемой продукции за счет: освоения всеми действующими предприятиями  проектных мощностей, введение новых  мощностей на ряде действующих предприятий  при их реконструкции, строительства  и ввода в эксплуатацию новых  предприятий, технического перевооружения предприятий на основе принципиально  новой техники и технологии.

Промышленное производство микробной белковой биомассы организовано на основе переработки углеводного  и углеводородного сырья. Кормовые дрожжи вырабатываются с использованием следующих видов углеводного  сырья: гидролизатов древесины и растительных отходов сельскохозяйственного производства и обесспиртованной барды гидролизно-спиртового производства, сульфитных щелоков и предгидролизатов сульфатно-целлюлозного производства.

Микроорганизмы также  культивируют на углеводородном сырье: белково-витаминном концентрате (паприне), полученном при выращивании аспорогенных дрожжей на эмульсии н-парафинов в воде, бактериальной микробной биомассе (гаприне), выращиваемой на природном газе, пропускаемом через ферментатор с культуральной жидкостью.

Кормовую микробную биомассу можно также получить при использовании  в качестве сырья окисленных углеводородов, в первую очередь метанола и этанола.

Кормовые дрожжи вырабатываются на специализированных гидролизно-дрожжевых  заводах производственной мощностью 5-60 тыс. т дрожжей в год, а также  на заводах спиртодрожжевого, фурфурольно-дрожжевого и ксилитно-дрожжевого профилей.

Белково-витаминные кормовые дрожжи являются продуктом биохимической переработки моносахаридов, получаемых при гидролизе полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок различных растительных отходов.

Гидролизные дрожжи вследствие высокого содержания в них полноценных, хорошо усвояемых белков, биологически активных веществ − витаминов, ферментов, гормонов и микроэлементов применяются  в качестве корма для домашних животных и птиц. Добавка кормовых дрожжей к растительным кормам, богатым  углеводами, значительно улучшает их качество и повышает биологическую  ценность. Белковые кормовые дрожжи по питательности и усвояемости  не уступают кормам животного происхождения. В дрожжах содержится 46-55 % белка, который в свою очередь содержит все жизненно необходимые аминокислоты. В золе кормовых дрожжей содержатся также ценные для животных и птиц макро- и микроэлементы.

Таким образом, кормовые дрожжи, выращенные на гидролизных средах, богаты многими витаминами, входящими  в состав различных ферментативных систем и участвующими в белковом и углеводном обмене, окислительно-восстановительных и других биохимических процессах. Содержащиеся в дрожжах ферменты, гормоны и другие продукты микробиологического синтеза играют важную роль в улучшении обмена веществ в организме животных и птиц.

 

1 Аналитический обзор  литературы

1.1 Характеристика сырья

Для химической переработки  основное значение имеет растительная биомасса, продуцируемая в лесах. Общая площадь лесов на земном шаре составляет 3620 млн. га. Мировые  запасы древесины во всем мире составляют 359 млрд. м3. Заготовка древесины во всех странах мира составляет более 3 млрд. м3. При заготовке древесины  в зависимости от типов применяемых  рубок выход деловой древесины  составляет 50-85%, дровяной 10-25% и лесосечных отходов 15-20% от древесной биомассы. Примерно 30% от заготовленной древесины  используется в народном хозяйстве  без переработки, остальная часть  направляется на лесо- и шпалопиление, в фанерное, спичечное и тарное производство, на получение древесноволокнистых и древесностружечных плит, в целлюлозно-бумажную, гидролизную и лесохимическую промышленность. Химическими методами перерабатывают около 15% заготовленной древесины.

В гидролизном производстве в качестве сырья используют отходы лесопиления и деревообработки, а также низкокачественную стволовую  древесину, непригодную для механической переработки.

Отходами производства называются остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образующиеся в процессе производстве основной продукции и утратившие частично или полностью свою потребительную стоимость [1].

К кусковым отходам лесопиления  и деревообработки относятся  горбыли, рейки, отрезки бревен и  пиломатериалов. Горбыль − это  отпиленная периферийная часть бревна. Рейки получаются при обрезке  и раскрое пиломатериалов по ширине, отрезки − при поперечном раскрое. К мягким отходам относятся опилки, стружка и шлифовальная древесная  пыль. К отходам лесозаготовок, образующимся на лесосеках, верхнем и нижнем складах, относятся малоценная древесина, отходы кроны, а также пни и корни.

При современных объемах  лесозаготовок и переработки  древесины ежегодно образуется около 100 млн. м3 отходов древесины. Используется ежегодно 30 млн. м3 древесных отходов. На распиловку направляется более 30% от общего количества заготовляемой деловой  древесины. Общий выход отходов  в деревообработке зависит от породы, сортности, размеров и влажности  пиломатериалов, характера готовых  изделий и равен 20-85% от объема пиломатериалов [3].

На гидролизных заводах  перерабатывается ежегодно около 7 млн. м3 древесины, в том числе примерно 80% древесных отходов и около 20% дров. На долю хвойного сырья приходится примерно 60% от общего потребления древесины. На новых гидролизных предприятиях большой производственной мощности в качестве основного сырья используется щепа, получаемая при измельчении  древесины лиственных пород −  березы и осины.

Обеспечение сырьем крупных  предприятий представляет непростую  задачу. В

частности, на заводе мощностью 60 тыс. т дрожжей в год потребность  в сырье составляет 720 тыс. м3 древесины. Общая потребность гидролизной  промышленности в древесном сырье  составляет около 2% от общего объема лесозаготовок, т.е. около 8 млн. м3.

На предприятиях дрожжевого, ксилитного и фурфурольного профиля в качестве сырья, помимо древесины, используют растительные отходы переработки сельскохозяйственного сырья, к которым относят в основном отходы предприятий пищевой промышленности: хлопковую шелуху и лузгу семян подсолнечника − отходы масложировых комбинатов; стержни початков кукурузы, рисовую и гречневую лузгу − отходы крахмалопаточных и крупяных предприятий и другие виды сырья.

При химической переработке  растительного сырья методом  гидролиза основное значение имеет  углеводный состав сырья. С этой точки  зрения различают два вида сырья: древесину хвойных пород и  пентозансодержащее сырье. К пентозансодержещему сырью относят: древесину лиственных пород, отходы ее механической переработки и одубину − отход получения дубильных экстрактов; растительные отходы переработки сельскохозяйственного сырья; дикорастущие растения; малоразложившийся торф [1].

Пентозансодержащее сырье содержит в 2-3 раза больше пентозанов, чем древесина хвойных пород. Гемицеллюлозы древесины хвойных пород в основном состоят из галактоглюкоманнанов и арабиноглюкуроноксиланов, в то время как для древесины лиственных пород характерны глюкуроноксиланы. По суммарному содержанию углеводов древесина хвойных и лиственных пород примерно равноценна. Теоретически возможный выход моносахаридов при гидролизе составляет 66-72% от абсолютно сухой древесины. На гидролизно-дрожжевых заводах применимо любое сырье. Это связано с утилизацией аспорогенными дрожжами как гексозных, так и пентозных сахаров гидролизата.

В практических условиях на переработку поступают отходы со значительным количеством коры, отличающейся пониженным содержанием полисахаридов. Общее содержание полисахаридов  в технологической щепе и древесных  опилках составляет 55-65%, в связи с чем выход целевых продуктов гидролиза из технического сырья всегда ниже, чем из окоренной древесины соответствующих пород.

Значительная часть древесины  лиственных пород, поступающей на гидролиз, поражена гнилью. С увеличением степени  деструкции древесины содержание полисахаридов  падает. При гидролизе частично деструктированной  древесины отмечено не только снижение выхода общих РВ, но также повышенное содержание в гидролизате редуцирующих веществ неуглеводного строения. Пониженным содержанием полисахаридов отличается тонкомерная древесина лиственных пород от рубок ухода и лесосечные отходы [2].

С технологической точки  зрения основной особенностью пентозансодержащего или ксилансодержащего сырья является возможность получения достаточно высокого выхода пищевого ксилита и фурфурола, который зависит прежде всего от содержания пентозанов в сырье. Наиболее богаты пентозанами стержни кукурухных початков и хлопковая шелуха, а также овсяная лузга.

Для гидролизного производства важное значение имеет показатель активной зольности, который обычно выражают количеством серной кислоты, взаимодействующей с минеральными компонентами сырья. Зольность древесного сырья обычно составляет 0,2-0,5%, в связи с чем дополнительный расход серной кислоты при гидролизе древесного сырья обычно в 2-3 раза ниже, чем при гидролизе растительных отходов сельскохозяйственного производства.

На скорость процессов  гидролиза, на состав промежуточных  и конечных продуктов влияет не только химический состав сырья, но и его  физическая структура, плотность, гранулометрический состав.

1.2 Методы гидролиза

Существует большое разнообразие методов и технологических приемов  гидролиза растительного сырья, что связано со значительным числом факторов, влияющих на кинетику процесса. На скорость реакции гидролитического расщепления гликозидных связей полисахаридов и реальный выход моносахаридов оказывают влияние химическая микрокинетика и макрокинетические факторы , которые связаны с технологической характеристикой сырья, с техническими приемами гидролиза и конструкцией оборудования [1].

Из кинетических факторов на процесс гидролиза основное влияние  оказывают реакционная способность  и агрегатное состояние полисахаридов, активность и концентрация катализатора и температура процесса.

При гидролизе растительного  сырья разбавленными кислотами  процесс гидролиза легкогидролизуемых полисахаридов начинается в гетерогенных условиях и завершается в гомогенных. Гидролиз трудногидролизуемых полисахаридов протекает в гетерогенных условиях, хотя при этом не удается определить границу раздела фаз из-за проникновения раствора катализатора в субмикроскопическую структуру клеточных стенок растительного сырья. Повышение удельной поверхности растительного сырья в результате тонкого механического размола приводит к росту скорости гидролиза полисахаридов. Однако при таком размоле может происходить не только увеличение поверхности, но и активация полисахаридов путем нарушения их надмолекулярной структуры. Перевод полисахаридов в раствор повышает их реакционную способность.