А М Куц, В М Кошова - Технологія бродильних виробництвконспект лекцій - страница 11

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17 

При переробці у спирт меляси підготовка її зводиться до гомогенізації (усереднення складу), підкислювання, антисептування, внесення поживних ре­човин для дріжджів і розведення водою. Мелясу, яка сильно інфікована мікро­організмами, піддають тепловій стерилізації, а при виробництві спиртових дрі­жджів як хлібопекарських ще і очищують від завислих домішок.Залежно від способу переробки меляси - одно- чи двопотокового готують мелясне сусло однієї чи двох концентрацій сухих речовин відповідно 22 % чи 12 і 32 % відповідно.

Однопотоковий спосіб використовують на заводах, які виробляють одночасно спирт і хлібопекарські дріжджі. Після зважування всю мелясу підкислюють, анти­септують і збагачують поживними речовинами для дріжджів у спеціальному змі­шувачі, розводять водою до концентрації сухих речовин 35-40 %, очищують від за­вислих домішок у кларифікаторі і, нарешті, розводять до концентрації 22 %. Підки­слення меляси і мелясних розсиропок соляною або сірчаною кислотами проводять не тільки з метою антисептування, а також для створення оптимального для життє­діяльності дріжджів рН середовища. Кислотність меляси в цьому випадку досяга­ється 1,8-2,2°, а суслі після розбавлення його водою вона буде в межах 0,4-0,5°, що відповідає рН 4,8-5,2. Підкислену мелясу витримують протягом 8-24 год. Так само готують дріжджове сусло при двопотоковій схемі.

Використовують також антимікробні препарати некислотного походження, які повинні мати високу бактерицидну дію, не впливати негативно на життєдія­льність дріжджів і якість спирту, не бути токсичними для тварин. Нормативні витрати антимікробних препаратів (кг на 1000 дал спирту для кожного окремо): хлорного вапна - 11,0, 40 % формаліну - 5,0, сульфоналу - 2,13. При одержанні хлібопекарських дріжджів виділенням їх з мелясно-спиртової бражки норма витрат хлорного вапна може бути збільшена до 20-25 кг. Хлорне вапно викори­стовують у вигляді водного розчину. Застосовують також сучасні антисептики Полідез, Фріконт, Комаран та ін.

Так як меляса не містить достатньої кількості речовин, необхідних для живлення дріжджів, передбачається її джерелами азотного і фосфорного жив­лення (карбамід, ортофосфорна кислота і т.п.).

Так само готується дріжджове сусло при двохпотоковій схемі, яка передбачає поділ меляси на дві частини: на одній (12 % СР) вирощують виробничі дріжджі, другу частину без підготовки розбавляють водою до 32-34% СР і це основне сусло змішують в головному апараті з дріжджами. Двохпотокова схема дозволяє викори­стовувати для розведення виробничих дріжджів мелясу кращої якості, зниженням концентрації сусла (12 % СР проти 24 %) створювати більш сприятливі умови для розмножування дріжджів, в результаті відбувається більш повне зброджування цу­крів, в зрілій бражці накопичується на 25-30 % менше гліцерину, менше вищих спиртів, альдегідів та тощо. В наслідок цього, підвищується вихід спирту на 1,5 дал з 1 т умовного крохмалю. Але стійкість при зберіганні в дріжджів, одержаних при двохпотоковій схемі нижча.

УкрНИИСПом, спільно з Лужанським експериментальним заводом, роз­роблений вдосконалений спосіб двохпотокового зброджування, при вирощу­ванні виробничих дріжджів на 8 % СР суслі та введенні основного сусла кон­центрацією 43-45 % СР в перші три бродильних апарата. Це дозволяє вести бродіння більш інтенсивно, менше зброджувати сухі речовини меляси, менше накопичувати вторинних та побічних продуктів, але ускладнюється апаратурне рішення, регулювати процес складніше.Зброджування мелясного сусла з рециркуляцією дріжджів дозволяє зме­ншити витрати сухих речовин на біосинтез дріжджів та відповідно збільшити вихід спирту, але збільшується ризик інфікування батареї.

Зброджування меляси двома культурами дріжджів дозволяє повністю зброджувати рафінозу, що збільшує вихід спирту. Використання гібриду Г-112 дає можливість одержати хлібопекарські дріжджі з високою мальтазною актив­ністю, а дріжджі раси В в якості підсівної культури доброджують цукрові речо­вини меляси. Цей метод потребує встановлення двох ліній АЧК та дріжджеге-нераторів.

Використання високоосмофільних рас дріжджів дозволяє зброджувати мелясне сусло підвищеної концентрації. Технологічний процес заснований на двохпотоковому способі зброджування. На приготування сусла для дріжджів витрачається 45-50 % всієї кількості перероблюваної меляси, так як співвідно­шення дріжджового та основного сусла становить 3:1. Сусло готують концент­рацією 12 % СР з рН 4,1-4,2. Це забезпечить в головному бродильному апараті рН 4,8-5,0. Накопичення біомаси дріжджів в дріжджегенераторах ведуть до 22­24 г/дм . Бродіння проводиться по двохпоковому способу з частковим внесен­ням меляси в перші бродильні апарати. Зброджування здійснюється в безпе­рервно-діючий бродильній батареї з восьми-десяти закритих циліндро-конічних апаратів, з'єднаних переточними трубами поперемінно, по дотичній, що забез­печує додаткове перемішування бражки за рахунок енергії струменя. Основне перемішування здійснюється діоксидом вуглецю через барботери. Таке пере­мішування у порівнянні з механічним дозволяє стримувати розмноження сто­ронньої мікрофлори, так як діоксид вуглецю, як і етиловий спирт, являються інгібіторами для багатьох мікроорганізмів.

Чиста культура дріжджів розмножується на стерильному мелясному суслі в апаратах чистої культури об'ємом 0,5-1, 3-5, 10-15 м . Із останнього найбільшо­го апарата чистої культури її подають в дріжджегенератори 40-80 м . У дріж-джегенераторах дріжджі вирощують при температурі 28-30° С і постійному притоку свіжого сусла та його аерації. Видима концентрація сухих речовин у виробничих дріжджах підтримується в межах 16-17 % при однопотоковому способі і 7-10 % при двохпотоковому, концентрація спирту 3-2,5 об. %, дріж­джів - 100-120 млн. клітин/см3 і кислотність повинна бути 0,4-0,7о. Апарати чи­стої культури і дріжджегенератори оснащені комунікаціями для подачі меляс­ного сусла, повітря, води і пари.

Отримана зріла бражка міцністю 9-14,5 % об. і вмістом незбродженого цу-

33

кру 0,25-0,4 г/100 см та дріжджів 25-40 г/дм , в яку додають водно-спиртову рідину із спиртовловлювачів, направляється на перегонку в БРУ.5.5. Особливості технології біоетанолу

В останні роки промисловість України відчуває гострий дефіцит органіч­ної сировини, до якої належить і спирт етиловий технічний. Будучи одним з найбільших виробників етилового спирту в Східній Європі Україна для техніч­них потреб виробляє його лише 4-5 % від загальної потужності спиртових заво­дів, в той час як в індустріально розвинутих державах на технічні потреби, в т.ч. і на виробництво паливного етанолу, витрачається 80-95 % всієї кількості етанолу, що виробляється.

Законом України „Про внесення змін до деяких законів України щодо сти­мулювання виробництва бензинів моторних сумішевих" передбачено поступове нарощування потужностей по виробництву біоетанолу з обов язковим додаван­ням його до моторних палив.

На виконання Указу Президента України „Про заходи щодо розвитку ви­робництва палива з біологічної сировини" були розроблені енерго- та ресурсо­зберігаючі технології виробництва біоетанолу, які дозволяють на 30-40 % зме­ншити питомі енерговитрати.

Технічний етанол виробляється різними галузями промисловості - гідролі­зною, сульфітно-гідролізною, хімічною та харчовою.

Україна, як індустріальна держава, потребує великої кількості технічного спирту, який використовується в хімічній, біохімічній, целюлозно-паперовій, текстильній, легкій, металургійній, машино- та приладобудівельній, автотранс­портній, оборонній та місцевій промисловості. Загалом, близько 160 вироб­ництв використовують технічний спирт як первинну сировину. Крім того, тех­нічний етанол може бути використаний як моторне паливо - і в чистому виді, і у вигляді добавки до бензину.

В усіх перерахованих вище випадках більш економічно використовувати технічний спирт, а не високоочищений харчовий. Це пов'язано з тим, що сиро­виною для технічного спирту може бути більш дешеве дефектне зерно, меляса, технічні культури - топінамбур, сорго, тапіока тощо, а також побічні спирто­вмісні відходи брагоректифікації та інших виробництв. Значно знижує собівар­тість технічного спирту те, що в багатьох випадках до нього не висувається жо­рстких вимог щодо вмісту органічних домішок і води.

Виробничі потужності спиртової галузі України майже в 3 рази переви­щують потреби лікеро-горілчаних підприємств. Незважаючи на це для техніч­них потреб Україна імпортує значну кількість спиртовмісної продукції. В наш час технічний спирт використовується мікробіологічною промисловістю, під­приємствами органічного синтезу і багатьма галузями промисловості як роз­чинник.

У зв'язку з підвищенням цін на нафтопродукти і нафту і виснаженням па­ливних родовищ технічний етиловий спирт використовується як паливо для двигунів внутрішнього згоряння. Він може бути використаний як добавка до бензину в кількості 10-20 %. В цьому випадку технічні сорти спирту етилового отримали загальну назву біоетанол.Добавка етанолу в бензин поліпшує його якість, тобто забезпечує підвищення октанового числа палива, що дає можливість відмовитись від уведення до бензину екологічно шкідливих антидетонаційних присадок (наприклад на основі тетраети-лсвинцю). Встановлено, що кожні 3 % добавки етанолу до суміші забезпечують підвищення октанового числа на одиницю. Суміш етанолу з бензином знижує то­ксичність відпрацьованих газів і витрату пального.

Використання технічного спирту як моторного пального в найближчому майбутньому стане основним чинником споживання етанолу.

Паливний етанол не вимагає його глибокого очищення від домішок, в зв'язку з чим можливе його одержання в одноколонному брагоперегінному (ти­пу сирцевого) апараті, що дає можливість скоротити питомі витрати пари під час його одержання.

Для одержання паливної суміші "газохолу" (бензин з добавкою до 10 % етанолу) можна використовувати спирт з концентрацією 96 % об. за умови до­давання до суміші речовин стабілізаторів. Для одержання паливних сумішей з великим вмістом технічного спирту потрібно його абсолютувати (зневоднити) для запобігання можливого розшарування бензину та спирту. В разі викорис­тання як моторного палива чистого технічного спирту його абсолютувати непо­трібно.

Біоетанол виробляється з некондиційного зерна, меляси, спиртовмісних побічних продуктів спиртового й виноробного виробництва (головна фракція, сивушний спирт та ін.). Технологія технічного спирту з вуглеводвмісної сиро­вини складається зі звичайних для спиртового виробництва операцій, які про­водяться на існуючому технологічному обладнанні. При переході на виробниц­тво біоетанолу досягається зменшення собівартості товарної продукції у порів­нянні з харчовим спиртом за рахунок зниження енерговитрат на процес ректи­фікації та спиртовмісних відходів виробництва.

Для організації виробництва спирту етилового технічного на спиртовому заводі, який виробляє харчовий спирт, необхідна часткова реконструкція браго-ректифікаційної установки.

Такий спирт перед відправкою із заводу може піддаватися денатурації шляхом додавання до нього денатуруючих речовин та барвників, які надають стійкого неприємного смаку, запаху і забарвлення. Він повинен відповідати ви­могам наведеним в табл. 5.6.

Для виробництва біоетанолу категорії В найбільш доцільно використову­вати одноколонну сирцеву ректифікаційну установку зі збільшенням флегмово-го числа та кількості тарілок у концентраційній частині колони (до 50 шт.). При цьому передбачається відбір сивушного масла.

Технологія біоетанолу категорії В передбачає також використання типових брагоректифікаційних установок (без включення епюраційної колони та відбо­ру головних домішок).

Денатурація проводиться з метою виключення можливості застосування біоетанолу для виробництва алкогольних напоїв або подальшого перероблення на ректифікований спирт питних кондицій. Технологію біоетанолу категорій А,Таблиця 5.6 - Фізико-хімічні показники біоетанолу за ТУ У 18.510-99

Найменування показників

Характеристика та норма для марок

 

А

Б

В

Г

Д

Е

Зовнішній вид

Прозора рідина без сторонніх часток

Колір

Безбарвна рідина

3 жов-

Безбарвний

Безбарв-

 

 

 

туватим

або світло-

на

 

 

 

відтін-

жовтий

рідина

 

 

 

ком

 

 

 

Запах

Характерний для етилового спирту

Об'ємна    частка етилового

96,0

92,0

96,0

99,0

99,0

99,8

спирту,     за     температури 20

 

 

 

 

 

 

°С, %, не менше

 

 

 

 

 

 

Масова концентрація альдегі-

10

50

500

10

50

10

дів, у перерахунку на оцтовий

 

 

 

 

 

 

альдегід в безводному спирті,

 

 

 

 

 

 

мг/дм3, не більше

 

 

 

 

 

 

Масова концентрація естерів, у

50

200

700

50

200

40

перерахунку на оцтовоетиловий

 

 

 

 

 

 

естер   в   безводному спирті,

 

 

 

 

 

 

мг/дм3, не більше

 

 

 

 

 

 

Масова концентрація кислот, у

20

50

Не

20

50

20

перерахунку на оцтову кислоту в

 

 

норм.

 

 

 

безводному спирті, мг/дм3, не бі-

 

 

 

 

 

 

льше

 

 

 

 

 

 

Масова концентрація сивушно-

10

200

5000

10

200

5

го   масла,   у   перерахунку на

 

 

 

 

 

 

суміш   ізоамілового і ізобутило-

 

 

 

 

 

 

вого спиртів (1 :1) в безводному

 

 

 

 

 

 

спирті, мг/дм3, не більше

 

 

 

 

 

 

Об'ємна частка метилового спир-

0,05

0,20

2,50

0,03

0,1

0,01

ту,  у  перерахунку  на безвод-

 

 

 

 

 

 

ний   спирт,   %, не більше

 

 

 

 

 

 

Масова       концентрація сухого залишку, мг/дм3, не більше

5

10

20

5

10

5

 

 

 

 

 

 

 

Об'ємна частка циклогексану,

-

-

-

0,5

0,5

0,005

%, не більше

 

 

 

 

 

 

Б, В розроблено під керівництвом проф. П.Л. Шияна в Національному універ­ситеті харчових технологій.В УкрНДІспиртбіопрод та НВ ТОВ «Інтермаш» розроблена технологія ви­робництва технічних рідин різного цільового призначення в потоці ректифіка­ції.

Суть технології полягає в тому, що частина флегми спиртової колони та головна фракція етилового спирту з епюраційної колони безпосередньо змішу­ється у потоці в гомогенізаторі з денатуруючими добавками, поверхнево-активними речовинами, барвниками, ароматизаторами, миючими речовинами, антисептиками, лугом, пом'якшеною водою, які дозують в потік флегми та го­ловної фракції етилового спирту, а кінцевий продукт відводять з процесу через облікові прилади. При виробництві змивачів скла фракція головна також відво­диться з процесу через облікові прилади.

Під назвою денатурований спирт розуміють етиловий спирт, який різними добавками роблять непридатним для харчових цілей. Розрізняють загальну та спеціальну денатурацію.

Загальній денатурації піддають водно-спиртові розчини, які використову­ють у побуті як пальне в нагрівальних приладах, спиртівках а також для потреб зооветеринарії.

Денатурований спирт загальної денатурації має назву денатурат. Денатурат забарвлюють з метою зробити його відмінним від харчового спирту. Денатурат має обмежене застосування і потреба в ньому досить незначна.

Етиловий спирт спеціальної денатурації (СЕД) має широке технічне при­значення і залежно від галузі його застосування та вимог споживача вибирають денатуруючі речовини - денатуранти.

У різних країнах використовують різні денатуранти залежно від вимог споживачів. Денатуруючі добавки та їх композиції повинні:

надавати спирту неприємного відштовхуючого смаку; бути дешевими і не підвищувати вартість спирту;

ефективно діяти у незначних дозах і легко відчуватися у денатурованому спирті та його розчинах;

легко визначатись у фальсифікованих напоях;

бути такої природи, щоб вилучення їх із спирту або інактивація були еко­номічно недоцільними;

не повинні погіршувати технологічні властивості спирту і негативно впли­вати на його подальше використання.

Як денатуруючу речовину загальної денатурації застосовують: піридинові основи, гас, кетонове масло, скипидар, відходи скипидарного виробництва і так званий розчинник М. Розчинник М - це суміш кетонів з деякими вищими спир­тами (метилетилкетоном, метилпропілкетоном, пропіловим спиртом, ізопропі-ловим спиртом та ін.). Денатурат забарвлюють різними барвниками, що нада­ють йому потрібного забарвлення для відмінності від питного спирту (напри­клад, основний фіолетовий).

Для технічних потреб денатурацію етилового спирту проводять спеціаль­ними денатуруючими речовинами, які не заважають технологічному процесу, в якому використовують технічний спирт.Основними денатуруючими речовинами в країнах ЄС та СНД є: петролей­ний ефір, толуол, діетиловий ефір, діетилфталат, етилацетат, кротоновий альде­гід, пропіленгліколь, етиленгліколь, бітрекс та інші.

У разі, коли барвник погіршує технологічні властивості спирту і негативно впливає на його подальше використання, барвник в денатурований спирт спе­ціальної денатурації не задається.

Денатуруючі речовини спеціальної денатурації додаються до біоетанолу у кількості до 15 %.

Крім спирту-сирцю, ректифікованого і технічного спирту, спиртова промисло­вість виробляє так званий абсолютний спирт з концентрацією 99,5-99,8 % об. Слід не сплутувати поняття безводний (100 %-й) і абсолютний спирт, що містить до 0,2­0,5 % об. води. Безводний спирт промисловістю не виробляється.

Основні показники безводного етанолу такі: густина при 20 °С -

3

0,78927 кг/дм ; питома теплоємність при 20 °С - 2,39 кДж/(кг><К); теплота зго­рання Н - 27 МДж/кг; температура кипіння ік (за тиску 101,3 кПа) - 78,33° С.

Очищений абсолютний спирт у невеликих кількостях виробляють для нау­ково-дослідних робіт і для органічного синтезу. Виробництво технічного абсо­лютного спирту як добавки до моторного палива останнім часом розвивається великими темпами. В своєму складі такий спирт містить усі леткі домішки (ес­тери, альдегіди, вищі спирти та ін.)

Спирт можна абсолютувати (зневоднювати) зв'язуванням води твердими або рідкими матеріалами (наприклад, негашеним вапном, гліцерином) та рек­тифікацією під вакуумом або в присутності солей, при цьому азеотропна точка зміщується у бік більшого вмісту спирту. Ці способи одержали деяке розпо­всюдження у лабораторній практиці.

У промисловості для абсолютування, як правило, використовують методи сорбції води на молекулярних ситах, або за допомогою ректифікації з утворен­ням потрійних нероздільнокиплячих (азеотропних) сумішей. Така суміш утво­рюється при додаванні до ректифікованого спирту (що містить етанол і воду) третього компонента, наприклад, бензолу, циклогексану, трихлоретану або де­яких інших речовин. На цей час як третій компонент при абсолютуванні спирту найчастіше використовують циклогексан. Циклогексан - вуглеводень (С6Н12), прозора, безбарвна, легколетка рідина з молекулярною масою 84,16, температу­рою кипіння 80,8° С, температурою плавлення 6,6° С, густиною 0,778 кг/дм . Пари циклогексану з повітрям утворюють вибухонебезпечну суміш. Темпера­тура спалаху - 18° С, температура займання - 260° С. Концентраційні межі за­ймання - 1,2-10,6 об. %.

Циклогексан - токсична речовина, гранично допустима концентрація (ГДК) у повітрі робочої зони виробничих приміщень 80 мг/м . Циклогексан у воді нерозчинний, з етанолом розчиняється у будь-яких співвідношеннях. Ра­зом з етиловим спиртом та водою утворює азеотропну суміш, що містить 17 мас. % етанолу, 7 мас. % води й 76 мас. % циклогексану і має температуру кипіння 62,1° С. Сутність процесу зневоднення спирту полягає у наступному. У ректифікаційну колону як живлення вводиться концентрований (95-96 об. %)спирт й додається певна кількість циклогексану. У процесі ректифікації в коло­ні утворюється азеотропна суміш, яка поводить себе як ЛЛК і виходить з коло­ни у вигляді верхнього продукту в пароподібному стані. Вниз по колоні зсува­ється зневоднений етанол, як ВЛК; уся вода, що надійшла до колони із спир­том, виводиться з азеотропною сумішшю.

Пари азеотропної суміші при конденсації дають гетерогенну рідку суміш, яка розшаровується, утворюючи верхній (легкий) шар, що містить 93-94 мас. % циклогексану, 6-7 мас. % етанолу й незначну кількість води, та нижній (важ­кий) шар, що містить 69-.71 мас. % етанолу, 21-23 мас. % води і 6-8 мас. % цик­логексану.

Очищений абсолютний спирт повинен задовольняти такі вимоги: концент­рація етанолу - не менше 99,8 % об., вміст альдегідів - не більше 5 мг в 1 дм спирту, вміст органічних кислот - не більше 10 мг в 1 дм спирту. Спирт не по­винен містити сухого залишку, мінеральних кислот, лугів, фурфуролу. Повинен бути прозорим, безбарвним та не мати сторонніх запаху й смаку.

Абсолютний спирт технічний, що використовується як високооктанова ки­сневмісна добавка (ВКД) до автомобільного бензину, згідно з ТУ У 18.475-98, повинна відповідати таким умовам:

зовнішній вигляд: прозора безбарвна або світло-жовта рідина;

концентрація органічних кисневмісних речовин, об. %, не менше - 99,3;

густина при 20° С, кг/ дм , не більше - 0,79;

20

показник заломлення и0  не менше - 1,3613;

концентрація сухого залишку, мг/дм , не більше -50,0;

концентрація вільних кислот у перерахунку на оцтову кислоту,

мг в 1 дм безводного спирту, не більше - 20,0;

концентрація води, об. %, не більше - 0,2;

концентрація вищих спиртів Сз-С5, мг/дм , не більше - 12000;

концентрація циклогексану, об. %, не більше - 0,5.

Технічний абсолютний спирт можна одержувати з технічного ректифіко­ваного спирту, що містить усі супровідні йому леткі домішки.

5.6. Вихід, облік та зберігання спирту

Теоретичний вихід спирту розраховують за стехіометрічним рівнянням спиртового бродіння:

С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2 + 118 кДж. (5.1)

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17 


Похожие статьи

А М Куц, В М Кошова - Технологія бродильних виробництвконспект лекцій