Проект реконструкции дрожжевого цеха

 

Наибольшее распространение получила двухкорпусная вакуум-выпарная установка, работающая по непрерывному способу с принудительной циркуляцией. Принцип работы выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией обеспечивает лучшие условия и большие скорости циркуляции упариваемой жидкости, а следовательно, и более высокий коэффициент теплопередачи. Установка состоит из выпарных аппаратов с выносными трубчатыми подогревателями, испарителей, связанных между собой соединительной и циркуляционной трубами, барометрического конденсатора, вакуум-насоса для создания вакуума в выпарной системе и насосов для принудительной циркуляции дрожжевой суспензии. Аппараты с выносными подогревателями легкодоступны для чистки или ремонта.

 

Для получения сухих дрожжей, пригодных к длительному хранению и перевозкам, применяются различные способы сушки. На заводах малой производительности, работающих преимущественно на спиртовой барде, используются вальцовые сушилки с испарительной способностью до 1 т влаги в час. На заводах большой мощности применяются более производительные распылительные сушилки с испарительной способностью от 4 до 15 т влаги в час. Сушка дрожжевого концентрата должна происходить в условиях, в которых не разрушались бы содержащиеся в дрожжевых клетках аминокислоты, витамины и другие ценные вещества [2].

 

Дрожжи, высушенные на вальцовых сушилках, имеют вид тонких, хрупких, полупрозрачных листочков желтого или коричневого цвета. В таком виде они имеют небольшую объемную массу, что затрудняет их упаковку. Поэтому сухие дрожжи подают в мельницу, измельчающую их до состояния муки. Недостатком вальцовых сушилок является также то, что дрожжи в процессе сушки на поверхности барабана подвергаются действию температуры 150-160 0С, что приводит к частичному разложению белка, аминокислот и витаминов. В производстве кормовых дрожжей наибольшее распространение получили распылительные сушилки. Процесс сушки основан на тонком распылении дрожжевого концентрата в камере, заполненной горячим воздухом. Мелкие капли дрожжевого концентрата в этих условиях быстро высыхают и в виде светло-желтого порошка падают на дно сушилки.

 

В некоторых сушилках дрожжевой концентрат распыляется при помощи форсунок. В распылительных сушилках белок и аминокислоты лучше сохраняются от термического разложения, и выход белка возрастает на 5% по сравнению с выходом пи сушке на вальцовых сушилках.

 

Для упаковки сухих кормовых дрожжей применяют клапанные или открытые бумажные мешки. Открытые мешки после загрузки зашивают на строчной машине или завязывают, а для клапанных эта операция исключается. В бумажные мешки загружают 20-30 кг дрожжей [3].

 

В настоящее время большое внимание уделяется вопросу витаминизации кормовых дрожжей, так как эффективность их применения в сельском хозяйстве зависит от содержания не только белка, но и витаминов. Основным способом обогащения их витамином D2 в производственных условиях является облучение живых дрожжей ультрафиолетовыми лучами перед сушкой. Благодаря облучению содержащийся в дрожжах провитамин эргостерин превращается в витамин D2. Облучение происходит в витаминизаторах или облучателях различной конструкции через стенки кварцевых трубок, по которым циркулирует дрожжевая суспензия, или прямым воздействием на дрожжи ультрафиолетовых лучей [2].

 

1.5 Очистка сточных вод

 

Получение различных продуктов гидролизного производства связано с потреблением больших количеств воды. В процессе производственного использования вода меняет свои физико-химические свойства, загрязняется, нагревается и удаляется с завода. Такая вода носит название сточной. Основным загрязняющим стоком гидролизно-дрожжевого производства является отработанная культуральная жидкость.

 

В сточные воды гидролизных заводов поступает спиртовой и фурфурольный Лютер, последрожжевая бражка, сивушные, эфиро-альдегидные и скипидарные фракции, мертвые дрожжи, выводимые из бродильных чанов, вода с охладительных установок. Значительное количество сточных вод получается при мытье заводского оборудования и производственных помещений.

 

До последнего времени ряд гидролизных заводов спускал производственные сточные воды в естественные водоемы. В этом случае в водоемах активно развиваются аэробные микроорганизмы − минерализаторы, окисляющие органические вещества сточной воды и превращающие их в минеральные − нитраты, нитриты, фосфаты, карбонаты, сульфаты, углекислоту и воду. В результате солевой состав водоемов, в них преобладают соли кальция. Такие изменения в составе водоемов наносят большой вред флоре и фауне. Наблюдается сокращение видимого состава водорослей, фитопланктона, развитие нитчатых бактерий которые обволакивают икру и жабры рыб, а также мелких беспозвоночных кормовых организмов и вызывает их гибель. Спуск неочищенных сточных вод в водоемы приносит большой вред рыбному хозяйству, вызывая заболевания и гибель рыб, сокращая места пастбищ и нереста. Окраска промышленных стоков и их запах ухудшают качество речной воды. Поэтому сточные воды перед спуском в естественные водоемы должны подвергаться очистке и обезвреживанию, в результате чего концентрация загрязнителей должна снизится до нормы [1].

 

Существует несколько методов очистки сточных вод: механический, физико-химический, химический и биологический. В основе биологического метода лежит жизнедеятельность аэробных микроорганизмов − минерализаторов, под влиянием которых происходит биохимическое окисление органических веществ. Так как сточные воды гидролизных заводов содержат большое количество органических загрязнений, доступных биохимическому окислению, то для их очистки наиболее рациональным и подходящим оказался биологический метод. Эффективность очистки стоков биологическим методом составляет 95%. Кроме растворенных, тонкодиспергированных органических веществ, которые в процессе жизнедеятельности микроорганизмов минерализуюся, в сточных водах содержатся взвешенные вещества − гипс, песок, известь, лигнин, опилки, мелкая щепа, мертвые дрожжи и другие примеси. Сброс производственных сточных вод в водоемы допускается при минимальном содержании в них взвешенных веществ. Часть из них оседает на дно очистных сооружений, отрицательно влияя на их работу и деятельность микроорганизмов. Для освобождения от взвешенных веществ производят механическую очистку сточных вод [1].

 

1.6 Защита атмосферы от промышленных выбросов

 

Для гидролизных предприятий характерны постоянные и периодические выбросы. В связи с несовершенством технологических процессов и оборудования в атмосферу поступает аэрозоль, содержащий воздух, неконденсирующиеся газы, пары воды и органических примесей, мелкодисперсные капли жидкости и твердые частицы исходного сырья, лигнина, дрожжей, золы.

 

Отрицательное влияние парогазовых выбросов в окружающую среду в первую очередь связано с наличием фурфурола. На санитарное состояние атмосферы также влияет выброс из ферментаторов с отработанным воздухом живых клеток продуцента (аспорогенных дрожжей) и продуктов белковой природы в отработанном воздухе после распылительных сушилок. Повышенное содержание этих примесей в воздухе может привести к аллергическим заболеваниям человека.

 

Помимо выбросов основных производственных цехов существуют выбросы котельных. По количеству загрязнений выбросы котельных составляют 60% от всех выбросов, в том числе 20-25% приходится на нетоксичную пыль и столько же на диоксид серы, 10-15% на диоксид углерода и 3-5% на оксид углерода, Выброс золы составляет в среднем 8,5 кг/т абс. Сухого сырья.

 

Для снижения отрицательного влияния газовых выбросов на окружающую среду необходимо уменьшить их выход при совершенствовании технологии производства и аппаратуры, а также их эффективную очистку от вредных примесей. В настоящее время эффективной очистке подвергается 60-70% выбросов, что недостаточно для защиты атмосферы от загрязнений. Широкое использование методов сухой и мокрой очистки выбросов с высокоэффективными пылегазоулавливающими установками является необходимым при создании малоотходной и безотходной технологии гидролизных производств [6].

 

 

2 Выбор и обоснование технологической схемы производства

 

2.1 Основные стадии производства кормовых дрожжей

 

Технологическая схема производства белковых кормовых дрожжей включает две основные стадии:

 

ферментация − выращивание дрожжей, накопление биомассы;

 

концентрирование.

 

Концентрирование в свою очередь включает в себя сепарацию, плазмолиз − разрушение живых клеток, вакуум-выпаривание и сушку.

 

Процесс биосинтеза (ферментация) требует создания наиболее благоприятных условий для размножения продуцируемой культуры микроорганизмов. Как правило, в субстрате существует ассоциация культур, в которых кроме главного, наиболее урожайного, штамма входят другие штаммы, а возможно и штаммы других родов. Эти спутники обеспечивают главную культуру недостающими для жизнедеятельности компонентами. В процессе образования и подготовки субстрата возможно его заражение, содержащейся в воздухе "дикой" микрофлорой. Чтобы исключить это явление и обеспечить постоянство состава микроорганизмов в технологическую систему вводят непрерывно или периодически основную монокультуру, специально выращенную в отделении "чистой культуры". Наращивание чистых культур" проводится в емкостях нарастающего объема, после лабораторной стадии "чистая культура" поступает в дрожжанку, а далее в дрожжерастильный аппарат. Дрожжевая суспензия передается в основной производственный поток и через 7 суток процесс получения "чистой культуры" вновь воспроизводится с лабораторной стадии[1].

 

 

2.2 Стадия ферментации

 

Качественные показатели процесса накопления биомассы определяются рядом факторов. Система воздухораспределения в аппаратах должна обеспечить такое его диспергирование, в результате которого достигается глубокий контакт клеток с растворенным кислородом. В настоящее время существуют аппараты с барботажной системой воздухораспределения. Аппараты этого типа имеют сравнительно небольшую вместимость и производительность и в настоящее время применяются на установках по получению чистых культур микроорганизмов, а также в цехах по получению пищевых дрожжей на мелассной основе. К аппаратам барботажного типа относятся также аэротенки, которые используются при биологической очистке сточных вод.

 

В дрожжевых цехах в свое время широкое распространение получили ферментаторы с шайбовым воздухораспределением с объемом 150-250 м3, имеющие ряд модификаций. Недостатком работы чанов этой конструкции является неполное использование емкости вследствие образования мертвой зоны под шайбой, недостаточная диспергация воздуха, низкий коэффициент использования кислорода воздуха, значительный расход электроэнергии на приведение во вращение шайбовых устройств. Для выращивания дрожжей применяются также аппараты емкостью 250 м3, в которых механическое распыление воздуха осуществляется с помощью вращающихся перфорированных лопастей в виде полых пропеллеров, имеющих мельчайшие отверстия. Через них воздух входит в жидкость, распыляется в ней и поднимается вверх. В этом случае расход воздуха на 30-40% меньше, чем в случае барботажной системы [2].

 

Особенностью и достоинством дрожжерастильного аппарата с эрлифтной системой воздухораспределения является отсутствие движущихся механизмов, что существенным образом снижает удельный расход электроэнергии, т.е. такие аппараты являются наиболее экономичными. Одним из высокопроизводительных является дрожжерастильный аппарат с эрлифтной многозонной системой воздухораспределения. Большой эффект дают дрожжерастильные чаны с вибрационной системой воздухораспределения, основанной на принципе возбуждения колебаний звуковых и ультразвуковых частот в струе подаваемого в жидкость воздуха. Основным элементом этой системы является наличие в отверстии на выходе воздуха вибрационной пластинки. Под влиянием вырывающегося под давлением через зазор воздуха пластинка вибрирует, производя колебательные движения, способствующие соприкосновению воздуха с питательной средой и лучшему его растворению. В чане емкостью 250 м3 устанавливается 6-8 воздухоподводящих точек, расположенных равномерно по всему чану в виде паука. Такая рассредоточенная по всему днищу чана система воздухораспределения увеличивает поверхность контакта воздушной и жидкостной фаз, улучшает циркуляцию сусла и снабжение его кислородом, а следовательно повышает производительность дрожжерастильных аппаратов. Положительным является также равномерное распределение дрожжевой массы в аппарате, отсутствие застойной зоны, уменьшение расхода электроэнергии.

 

Каждый аппарат снабжен воздуходувкой. Расход воздуха 25 м3 на кг сухих дрожжей. Концентрация дрожжей или биомассы после выращивания составляет 30-40 г/л по прессованным дрожжам (прессованные дрожжи имеют влажность 75% и только 25% сухого вещества).

 

В процессе жизнедеятельности дрожжей выделяются продукты метаболизма, в основном органические кислоты (среда окисляется). Для поддержания Ph подается аммиачная вода. Часть отработанной культуральной жидкости последрожжевой бражки (до 30%) может быть направлена на разбавление сусла вместо свежей воды. Концентрация сухих в суспензии 1%, влажных дрожжей 99%. Необходимо получить дрожжи с влажностью не более 10% [4].

 

В данной технологической схеме будем использовать конструкцию дрожжерастильного аппарата с эрлифтной системой воздухораспрседеления (4-диффузорный) с рабочим объемом ферментатора 1300 м3.

 

2.3 Виды флотаторов

 

Дрожжевые клетки обладают способностью флотироваться в пене, т.е. дрожжевые клетки прилипают к пузырькам воздуха. Жидкость при этом обедняется дрожжами. Флотаторы применяются для сгущения дрожжевой суспензии. Типовой флотатор представляет из себя цилиндрическую емкость с внутренней обечайкой. Кольцевое пространство между стенками цилиндров разделено не доходящими до дна стенками на 5 секций, между первой и пятой секциями сплошная перегородка. Дрожжевая суспензия поступает самотеком в первую секцию, где происходит флотирование основного количества дрожжей. Культуральная жидкость последовательно проходит через остальные секции, где флотационное выделение дрожжей обеспечивается путем подачи воздуха. В флотаторе концентрация дрожжей достигает 100-150 г/л (по прессованным).

 

Существует одноступенчатый пятисекционный флотатор с производительностью 100 м3/ч. Данный аппарат прост по устройству, легко доступен для изготовления и освоения. Недостатком его является смешение дрожжевой пены от различных секций, вследствие чего пена из первой секции, имеющая наибольшее содержание дрожжей, смешивается с пеной из последней секции, имеющей весьма низкую концентрацию. Вследствие этого средний коэффициент флотации составляет обычно 4-6, в то время как в первой секции, где выделяется до 80% общего количества дрожжей, коэффициент флотации доходит до 15-16. В целях получения из флотатора концентрированной дрожжевой суспензии была разработана конструкция флотатора, в котором пена из первой и последующих секций флотации отбирается отдельно.

 

Используются также двухступенчатые флотаторы, в котором обе ступени флотирования совмещены. Основное преимущество данной конструкции заключается в ее компактности в связи с объединением двух ступеней флотирования в одном корпусе аппарата. Однако, недостаточность объема 2-ой ступени флотирования не позволяет значительно снизить потери дрожжей в связи с уносом их с отработанной жидкостью. Также используются цилиндрические и конические флотаторы. Основным преимуществом конического флотатора является то, что его форма улучшает условия отвода дрожжевой пены в стакан [5].