Удосконалення технологічної схеми виробництва біоетанолу на цукровому заводі м. Узин

На сьогодні, на розглядаємому  об’єкті( Узинський цукровий завод) відпрацьована барда не утилізується, внаслідок цього забруднює навколишнє середовище. Тому першочерговим є питання утилізації барди або її подальшої переробки. Дане завдання спрямоване на вдосконалення існуючої технологічної схеми отримання біоетанолу[6].

Побічні продукти виробництва біоетанолу повинні або утилізуватися або  перероблюватися на інші продукти. Частіше всього з них виготовляють висушену дробину з розчинними речовинами барди, - багатий білками і поживними речовинами корм для  свиней та птиці. Також отриману біомасу можна використовувати як паливо для виробництва електричної та теплової енергії або як сировину для виготовлення другого біопалива - метану.

З одного боку, барда - це відхід виробництва спирту, який може забруднювати навколишнє середовище, тому скидання барди у водойми або каналізацію  без попередньої переробки заборонено Законом України «Про державне регулювання виробництва і обігу етилового спирту, алкогольної і спиртовмісної продукції»; отже, вже з однієї цієї причини барду необхідно переробляти .

З іншого боку, барда, завдяки  високому вмісту білків, клітковини, вуглеводів і мікроелементів, є цінною сировиною  для виробництва кормів, отже, переробка  барди у кормові гранули вологістю  до 10% може істотно збільшити прибутковість  виробництва біоетанолу.

Пропоновані технології переробки  барди можна умовно розділити  на чотири основні технологічні схеми [7].

 

 

6.1. Схеми з випарними станціями

 

 

Технологія «упарювання  фугату» у випарних станціях найпоширеніша  у світі. Приваблива простота технічного оформлення залишає, однак, ряд проблем: вартість випарних станцій і допоміжного устаткування досить висока, процес випарки вимагає значних енергетичних витрат, а утилізація одержуваного конденсату постає окремою проблемою , вирішення якої всередині технології  не закладено. У той же час, під дану технологію випускається серійне обладнання. Накопичено багатий досвід його експлуатації. Склався ринок з реалізації та застосуванню в сільському господарстві кінцевого продукту.

У Україні повний цикл переробки  барди реалізований на невеликій кількості заводів та цехів. На ряді спиртових заводів реалізований усічений цикл переробки барди. У цьому випадку переробляється тільки тверда фаза барди - «кек», а «фугат» зливається (даних про його утилізацію немає) [8].

 

 

 

 

 

6.2. Схеми з аеробною мікробіологічної переробкою рідкої фази з отриманням кормових дріжджів

 

 

З другої половини XX століття в якості кормової добавки у тваринництві стали широко застосовуватися кормові  дріжджі. Вони істотно підвищують біологічну цінність кормів, насамперед за рахунок  вмісту в них незамінних амінокислот  і вітамінів.

В даний час отримання  кормових дріжджів обмежено дрібними місцевими виробництвами в різних господарствах.

Істотне зниження вартості обладнання з одночасним зниженням  експлуатаційних витрат при переробці  післяспиртової барди можна отримати, якщо застосувати замість випарювання  технологію аеробної мікробіологічної переробки рідкої фази з отриманням концентрованих кормових дріжджів. У  Україні побудовано ряд заводів  з випуску сухих кормових дріжджів, що працюють на післяспиртової барді (ГУП  «Берегівської спиртзавод», ТОВ  «Калинівський спиртзавод»).

Всі подібні підприємства використовують вкрай неефективне обладнання, що потребує витрати величезних енергетичних ресурсів і серйозних експлуатаційних витрат [9].

 

 

6.3. Схеми з метантанком з отриманням біогазу

 

 

Схеми з отриманням біогазу  не знайшли широкого застосування ні за кордоном, ні в Україні. Технологія переробки барди на біогаз заснована на анаеробному бродінні (бродінні без доступу кисню). Барда подається в спеціальні ємності, в які вводяться анаеробні бактерії. Бактерії, що живляться поживними речовинами,що містяться в барді, виробляють біогаз.

Біогаз може утилізуватися  в заводських котельнях, а випадаючий осад може бути використаний як добавки  до кормів або для виготовлення високоякісного добрива.

Перевагою даного методу переробки  є відносні низькі експлуатаційні витрати. Однак, в даному способі переробки  барди необхідні величезні метантанки (а, значить, і значні земельні ділянки), тому що процес переробки барди анаеробними  бактеріями вкрай повільний. Іншим  недоліком методу є досить тривалий період виходу на режим - до 6 місяців [19].

 

 

6.4. Комбіновані схеми

 

 

 В їх основу покладені  відомі і вже успішно зарекомендовані   технологічні прийоми - поділ  рідкої і твердої фази на  центрифугах, вирощування кормових  дріжджів на субстраті, сушка  продукції.

Порівняно недавно розроблена технологія передбачає переробку післяспиртової барди в сухий дріжджовий кормовий концентрат (ДКК). ДКК - це суміш твердої  фази барди, з вирощеними на основі фугату кормовими дріжджами. Введення дріжджів в якості біологічно активної добавки в «кек» дозволяє отримувати готовий кормовий продукт, значно перевершує за біологічної цінності і засвоюваності  DDGS.

Запропонована схема дозволяє в значній мірі економити енергоресурси  в процесі переробки барди. Економія енергоресурсів проводиться, в основному, за рахунок «механічного» виділення  води з фугату та застосування для  сушіння роторно-трубчастих сушильних  печей, які мають енергоспоживання в 4-6 разів нижче, ніж розпилювальні сушарки [20].

РОЗДІЛ 7

УДОСКОНАЛЕННЯ ІСНУЮЧОЇ ТЕХНОЛОГІЇ

 

 

Для того, щоб утворена в  процесі виробництва біоетанолу барда  не забруднювала навколишнє середовище, потрібно налагодити її переробку на сухі кормові добавки, використовуючи нерозчинну (суху) фракцію барди в якості кормового продукту, необхідного для нормального росту худоби. Багато спиртових виробництв на території України вже мають технологічні лінії для утилізації барди з метою отримання сухих кормових добавок для худоби [21].

 

 

7.1. Особливості  переробки барди на кормові  добавки

 

 

Переробка барди для отримання сухих кормових добавок включає наступні стадії :

- механічне розділення вихідної барди на рідку фракцію ("тонка барда") і осад ("концентрат") шляхом центрифугування,

- випарювання рідкої фракції для отримання сухого залишку ("уварений концентрат") і технічного конденсату,

- поєднана сушка осаду ("концентрату барди"), отриманого в результаті механічного поділу вихідної барди, і сухого залишку ("увареного концентрату"), отриманого після випарювання рідкої фракції [27]

Нормативи виходу сухого корму складають на 1000 дал біоетанолу при переробці барди не менше 6 000 кг.  Отже, для Узинського заводу продуктивністю 3000 дал біоетанолу на добу річний випуск сухих кормових добавок складе приблизно 5 тис. тон, що дає можливість отримати додатково продукції птахівництва та тваринництва на 20-25 млн грн.

Найважливішою особливістю  процесу сушки є повна відсутність  нагароутворення, що властиво іншим  технологіям. А це, в свою чергу, забезпечує стабільність режимів та роботи обладнання, низькі енергетичні витрати, високу якість продукції [22].

Отже, для Узинського заводу:

• Використовувана електроенергія – 100 кВт на годину
• Споживання газу – 130-160 м³ на годину
• Габаритні розміри цеху (Д;Ш;В ) – 18-24;12;13 м
• Кількість робочих днів у році – 300
• Режим роботи – 24 години 7 днів на тиждень
• Чисельність робочого персоналу – 6-10 чол.

 

 

7.2. Характеристика отриманих кормових добавок

 

 

Виготовлений з барди  корм містить значну кількість сирого протеїну - до 28%, який по ефективності використання і харчовій цінності рівний протеїну з соняшникових відходів. Також в сухій барді містяться такі вітаміни як В₁, В₂, В₃, В₄, В₅, В₆, В₁₂; Н (біотин істиний), Вс (фолієва кислота), пара-амінобензойна кислота і каратиноїди, а також близько 17 амінокислот, сумарний вміст яких в перерахунку на абсолютно суху речовину сягає 35,54% (такі амінокислоти як лізин, глутамінова кислота, гліцин, валін, лейцин, ізолейцин, пролін та ін). Окрім того, в сухій барді містяться такі мікроелементи як залізо, цинк, марганець, мідь [26].

По загальній поживності 1 кг кормових добавок на основі сухої барди містить 1,03 -1,16 кормової одиниці та особливо багато перетравлюваного (істиного) білка: 380 - 480 г. Проведені  дослідження та багаторічний досвід показали високу ефективніть використання кормових добавок. Сухі добавки в основному використовуються в комбікормовій промисловості.

Готові сухі кормові добавки містять:

• істинний білок – 44-50%
• клітковина – 5%
• лізин – 3,14 – 3,6%
• метіонін + цистеїн – 1,36%

Технічний конденсат використовують в якості рідкого органо-мінерального добрива.

Утилізація спиртової  барди економічно вигідна з ростом вартості кормів. Кормова цінність барди становить 50 – 80 кормових одиниць  на 1 м³.

Вміст протеїну в барді 180 г на одну кормову одиницю, що задовольняє  середню норму [23].

 

 

7.3. Екологічна доцільність переробки барди

 

 

Даний метод є найбільш доцільним, оскільки він досить економний та прибутковий, тому що не потребує великих затрат на виробництво, а питання виготовлення альтернативних кормів для худоби на сьогодні досить актуальне.

Переробка барди вирішує  проблему охорони повітряного і  водного басейнів шляхом утилізації рідкої і твердої фракцій післяспиртової барди для отримання сухих кормових  добавок [25].

 

 

 

 

 

 

 

 

ВИСНОВКИ

 

 

1. Досліджено світовий  досвід виробництва біоетанолу. Встановлено, що меляса є найпродуктивнішою сировиною для виробництва біопалива (410 літрів біоетанолу з тони меляси).

2. Було проаналізовано  технологію виробництва біоетанолу  на базі цукрового заводу м.  Узин і та визначено потребу  утилізації відходів – барди.  Розглянуто 4 існуючі методики переробки:  схеми з випарними станціями,  схеми з аеробною мікробіологічної  переробкою рідкої фази з отриманням  кормових дріжджів, схеми з метантанком  з отриманням біогазу та комбіновані  схеми.

3. Встановлено, що для того, щоб утворена в процесі виробництва біоетанолу барда  не забруднювала навколишнє середовище, потрібно налагодити її переробку на сухі кормові добавки, використовуючи нерозчинну (суху) фракцію барди в якості кормового продукту

4. Розроблено удосконалену  технологічну схему виробництва  біоетанолу на базі цукрового  заводу м. Узин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

 

 

1. Процеси та апарати харчової промисловості. У 2-х книгах. - М.: "Колос", 2004, 256 с.

2. Технологія спирту / Яровенко В.Л., Маринченко В.О., Смирнов В.А. - М.: "Колос", "Колос - прес", 2002, 142 с.

3. Ринок спирту: історія, перспективи, прогнози / / "Спиртні напої і пиво" журнал / Степанець М., № 7, липень 2006, 61 c.

4. Ректифікаційні установки // "Спиртні напої і пиво" журнал / № 10, жовтень 2008, 35 с.

5. Гаркава К.Г. Біотехнологія. Вступ до фаху : навч. посіб. / К.Г. Гаркава, Л.О. Косоголова, О.В. Карпов, Л.С. Ястремська. – К. : НАУ, 2012. – 296 с.

6. Справочник по производству спирта. Сырье, технология и технохимконтроль / Яровенко В.Л.,Б.А. Устинников, Ю.П. Богданов С.И. Громов/. –М:1981 –336 с.

7. Кузнецов И. Н., Ручай Н. С. Анализ мирового опыта в технологии переработки послеспиртовой барды // Труды БГТУ. Сер. 4, Химия, технология органических веществ и биотехнология. – 2010. – № 18. – С. 294-301.

8. Кузнецов И. Н, Ручай Н. С., Лембович А. И., Сазановец М. А. Изменение состава послеспиртовой барды при анаэробной и ферментативной обработке // Труды БГТУ. Сер. 4, Химия, технология органических веществ и биотехнология. – 2011. – № 19. – С. 289-295.

9. Кузнецов И. Н., Ручай Н. С., Лембович А. И. Исследование процесса анаэробной переработки послеспиртовой барды // Материалы, технологии, инструменты. Т. 16. – 2011. – № 2. – С. 85-89.

10. Fungal Databases Nomenclature and Species Banks Online Taxonomic Novelties Submission [электронный ресурс]. – Mode of access: http://www.mycobank.org (дата обращения 2.04.2012).

11. Бабьева И. П., Голубев В. И. Методы выделения и идентификации дрожжей. – М.: Пищевая промышленность, 1979. – 120 с.

12. Под ред. Н.С. Егорова. Промышленная микробиология: Учеб. пособие для вузов по спец. «Микробиология» и «Биология». – М.: Высш. шк., 1989. – 688 с.: ил.
13. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Издание седьмое. – М.: Государственное научно-технологическое издательство химической литературы, 1961. – 831 с.
14. Под ред. К.А. Калунянца. Оборудование микробиологических производств. – М.: Агропромиздат, 1987. – 389 с.
15. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 1. – М.: Машиностроение, 2001. – 920с.
16. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1991. – 352с.
17. Альтернативные виды топлива // URL: http// www.rokf.ru//oddities/3950.html
18. Анискин В. Н., Голубкович А.В. Перспективы использования растительных отходов в качестве биотоплив // Теплоэнергетика. 2004., №5. С 60-65. 
19. Балалаева И. Новые дизельные топлива // Автомобильный транспорт. 2004. №8. С 41-42.
20. Биодизель- все новости о топливе //URL: http// www.biodiesel.com.u
21. Биодизель (оборудование для биодизеля) //URL: http// www.neftebaza.info/ forum_ontzy.php?id=4839
22. Биодизель. Биодизельное топливо. Производство. //URL: http// www.biodiesel. dp.ua
23. Боровков В.М., Зысин Л.В., Сергеев В.В. Итоги и научно-технические проблемы использования растительной биомассы и органосодержащих отходов в энергетике // Известия РАН. Энергетика. 2002. №6. С 13-19.
24. Диденко А.Н. Методика получения жидкого топлива из углей // Известия РАН. Энергетика. 2002., №5. С 115-117.
25. Кириллов Н.Г. Моторное топливо XXI века // Энергия. 2007. №8. С 2-5.
26. Кричко А.А., Лебедев В.В., Фарберов И.Л. Нетопливное использование углей // URL: http// www.xumuk.ru/encyklopedian/174.html
27. Напольский Б., Доманов В. Альтернативные виды топлива //URL: http// www.oilworld.ru/news.php?view=3020
28. Орлов П. Без бензина // Огонёк. 2006. №4. С 22-23.
29. Сайт ГлобалОмск.ру - Омские новости //URL: http// www.globalomsk.ru/news
30. Утилизация и переработка ТБО с целью получения биогаза // URL: http// www.solidwaste.ru/dictionary/2.html&view=A
31. Фёдоров М.П. Вторичные ресурсы // Известия РАН. Энергетика. 2002. №6. С 7-11.
32. Фёдоров М.П., Донченко В.К. Экологическая безопасность энергетики как направление интеграции науки и высшего образования //Доклад III всероссийской научно-практической конференции «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности». СПб.: Изд-во РАЕН, 1999. Т.1. 342 с.
33. Фёдоров М.П., Елистратов В.В. Использование ресурсов малой и нетрадиционной энергетики в Ленинградской области // Научно-технические ведомости СПбГТУ. 1998. №4(14), 53 с.
34. Шамонина А.В, Макаров В.В. Спирты как добавки к бензинам // Автомобильная промышленность. 2005. №8. С 11-12.
35. Шувалов А.М., Самодуров А.В. Энергетическое использование лузги гречихи // Техника в сельском хозяйстве. 2005. №4. С 19-20.
36. Энциклопедия «Википедия» // URL: http// ru.wikipedia.org/wiki/топливо