Проект реконструкции дрожжевого цеха

 

Для концентрирования дрожжей рекомендуются пневматические флотаторы конструкции ВНИИСинтезбелок. В отличие от других флотаторов в данной конструкции предусмотрены узлы для интенсивного диспергирования воздуха. Напорные флотаторы относятся к перспективным флотаторам для выделения активного ила и дрожжей. Электрофлотаторы на современном этапе проходят стадии полупромышленных и промышленных испытаний. После решения ряда проблем могут эффективно использоваться при выделении микроорганизмов[8].

 

2.4 Виды сепараторов

 

Дальнейшее концентрирование дрожжевой суспензии проводят на двух ступенях сепараторов: концентрация на первой ступени 200-300 г/л, на второй 500-600 г/л. Разработаны конструкции сепараторов производительностью 60-80 м3/ч с системой безразборной мойки с автоматическим регулированием степени сгущения концентрата. В зависимости от назначения сепараторы бывают разных конструкций. В дрожжевой промышленности применяют сепараторы открытого типа, полугерметичные и герметичные [2].

 

Открытые сепараторы имеют приемный сосуд, в который бражка свободно сливается из трубопровода. Под напором столба жидкости бражка, пройдя фильтрующую сетку, свободно поступает в распределительную трубу сепаратора. Отработанная жидкость выбрасывается через отверстие в верхней части барабана в верхнюю приемную камеру, откуда самотеком сливается через штуцер в открытый лоток, в воронку или сборник. Дрожжевая суспензия выводится из барабана через отверстия в мундштуках, собирается в нижней приемной камере и также самотеком через штуцер выводится в лоток.

 

У полугерметических сепараторов подача готовой бражки и отвод отработанной жидкости осуществляется под напором, а дрожжевая суспензия выводится самотеком. У таких сепараторов отсутствует приемный сосуд, а готовая бражка поступает из трубопровода, непосредственно присоединенного к распределительной трубе сепаратора. У этих сепараторов отсепарированная бражка выводится без напора, производительность данных сепараторов составляет 35000 л/ч.

 

У герметических сепараторов ввод готовой бражки, а также вывод отсепарированной жидкости и дрожжевой суспензии осуществляется под напором. Герметические сепараторы обеспечивают более стерильные условия сепарирования, исключают выделение влаги и углекислоты в рабочее помещение и не требуют обязательного расположения их над сборниками дрожжевой суспензии. Разработана конструкция сепаратора, который рассчитан на производительность до 80 м3/ч. При работе сепаратор под давлением до 0,2-0,3 Мпа выбрасывает дрожжевую суспензию и отработанную жидкость, в связи с чем не требуется установки промежуточных емкостей между отдельными группами сепараторов.

 

После первой ступени сепарации производят промывку водой в водоструйном насосе. Промывка проводится с целью удаления продуктов метаболизма и красящих веществ, улучшается качество выпускаемой товарной продукции.

 

После сепараторов дрожжевая суспензия поступает на плазмолиз для снижения пенообразования в испарителях выпарных аппаратов, а также для исключения образования сгустков дрожжей, отрицательно влияющих на процесс упаривания. Дрожжевая суспензия выдерживается около часа в теплообменнике труба в трубе при температуре 120 0С. При этом разрушается клеточная оболочка и жидкость вытекает, т.е. дрожжевые клетки погибают. Снижается вязкость дрожжей, что обеспечивает лучшие условия работы в вакуум-выпарных аппаратах

 

Широко используются сепараторы СОС-501 К-3, которые представляют собой сепараторы-сгустители непрерывного действия тарельчатого типа с непрерывным центробежным сопловым выводом из барабана сгущенной суспензии и свободным сливом отработанной культуральной жидкости. Однако существенным недостатком сепараторов данной конструкции является быстрая засоряемость мундштуков и межтарельчатого пространства механическими включениями и мертвыми дрожжами[3].

 

2.5 Виды вакуум-выпарных аппаратов

 

Далее дрожжевая суспензия поступает на вакуум-выпарные аппараты. Для снижения интенсивности термического распада витаминов дрожжевой массы выпарку проводят под вакуумом при температуре не выше 80-85 0С. С целью экономии тепла упаривание проводят на двух- или трехкорпусных вакуум-выпарных батареях, концентрация дрожжей при этом повышается от 12-15% до 20-25% по абс. сухим веществам. Схема двух- или трехкорпусной выпарки дает возможность сократить расход пара на испарение влаги при упаривании дрожжевой суспензии. Для предотвращения образования осадков необходимо обеспечить интенсивную циркуляцию упариваемой суспензии в выпарных аппаратах, а также в других аппаратах и коммуникациях. При упаривании вязких растворов эффективны выпарные аппараты с принудительной циркуляцией жидкости.

 

Широко распространена конструкция аппаратов с выносной греющей камерой, так как обладает рядом преимуществ перед выпарными аппаратами со встроенными в корпус трубчатыми подогревателями. Аппараты с выносными подогревателями и принудительной циркуляцией обеспечивают лучшие условия и большие скорости циркуляции упариваемой жидкости, а следовательно, более высокий коэффициент теплопередачи и возможность свободного доступа к трубчатому подогревателю для чистки или ремонта. Принцип работы выпарных аппаратов с естественной циркуляцией, обусловленный только разностью удельных весов жидкости в испарителе и подогревателе, имеет большое применение при упаривании невязких жидкостей. Таким образом, для данной технологической схемы выбираем выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и с выносной греющей камерой [2].

 

2.6 Виды сушилок, применяемых для высушивания дрожжей

 

Далее дрожжевой концентрат направляется в сушилку для высушивания дрожжей до остаточной влажности менее 10 %. 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 от 2 до 6 т влаги в час. 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.

 

В данной технологической схеме будем использовать распылительную сушилку, которая получила наибольшее распространение. 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. Производительность распылительных сушилок по испаряемой влаге равна 4-25 т/ч. Для стабильной и безопасной работы распылительных сушилок необходима правильная организация процесса сушки, обеспечивающая высыхание капель жидкости до достижения стенок сушилки.

 

Высушенные дрожжи из конической части сушилки пневмотранспортом подаются в циклоны, где происходит двухступенчатая очистка отработанного воздуха, затем в бункер дрожжей и далее на упаковочно-взвешивающую машину производительностью 2т/ч [3].

 

Таким образом, процесс производства белковых кормовых дрожжей будем поводить по следующей схеме: стадия ферментации осуществляется в дрожжерастильном аппарате с эрлифтной системой воздухораспределения; флотация проводится в одноступенчатом пятисекционном флотаторе с производительностью 100 м3/ч; дальнейшее концентрирование дрожжевой суспензии проводится на двух ступенях сепараторов СОС-501К-3; плазмолиз осуществляется в теплообменнике труба в трубе; далее дрожжевая суспензия поступает на выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и с выносной греющей камерой; высушивание дрожжевой суспензии до 10%-ой влажности осуществляется в распылительной сушилке СРЦ-12,5/1100 НК производительностью 6000 кг/ч.

 

 

3 Описание технологической схемы

 

Подготовленное к биохимической переработке сусло подается в дрожжерастильный аппарат 1. Для разбавления сусла до концентрации редуцирующих веществ, равной 2,2%, подается последрожжевая бражка. В этот же аппарат поступает аммиачная вода для поддержания оптимального pH и засевные или подсевные дрожжи для поддержания в среде определенной культуры дрожжей, а также необходимой концентрации их. Процесс выращивания дрожжей происходит в дрожжерастильном аппарате 1 с эрлифтной многозонной системой воздухораспределения. Непрерывный процесс дает возможность поддерживать постоянные условия культивирования и отбора биомассы. Производительность аппарата 46,4 т в сутки товарных дрожжей. Дрожжерастильный аппарат представляет собой вертикальный стальной цилиндр. Внутри аппарата установлено четыре диффузора, которые создают четыре циркулирующих потока. Через коллектор сжатый воздух подается в вертикальные трубы каждого диффузора. Внизу эти трубы оканчиваются конусом и кюветой. Удельный расход воздуха на 1 кг товарных дрожжей составляет 32 кг. В кювету по трубе меньшего диаметра подается разбавленное сусло, Сусло, переливаясь через край кюветы, смешивается с мелкодисперсным воздухом, выходящим через щели под кюветой. Образовавшаяся пена поднимается вверх по диффузору и , разрушаясь, стекает вниз. Таким образом достигается многократная циркуляция жидкости в аппарате. Выращивание дрожжей происходит при интенсивной подаче воздуха, в пенной среде, способствующей их быстрому размножению и росту. При работе дрожжерастильного аппарата температура жидкости в нем поддерживается в пределах 34-37С0. При выращивании дрожжей выделяется значительное количество тепла, составляющее от 12250 до 15680 Дж на 1 кг абс. сухих дрожжей, и температура среды может подняться выше допустимой. Отводят тепло путем подачи воды в змеевик двухстенного диффузора и орошения водой наружной поверхности аппарата [3].

 

Полученная дрожжевая cуспензия с концентрацией 35 г/л прессованных дрожжей непрерывно самотеком отводится из нижней части дрожерастильного аппарата в одноступенчатый флотатор 2. В последнем методом флотации осуществляется выделение дрожжей из бражки и их сгущение до концентрации 120 г/л. Частично сгущенная дрожжевая суспензия через газоотделитель 4 центробежным насосом 5 откачивается в сборник 6. Последрожжевая бражка передается из флотатора насосом 5 в сборник 3, откуда частично направляется на разбавление сусла, а остальная часть − для сгущения на первую группу сепараторов 8. Из сборника 6 дрожжевая суспензия насосом 5 подается на первую ступень сепараторов 8, где сгущается до содержания дрожжей 400 г/л. Последрожжевую бражку из этой группы сепараторов направляют в сборник 7.

 

Для получения кормовых дрожжей высокого качества в схему включается их промывка. Сгущенная дрожжевая суспензия после первой ступени сепараторов засасывается водоструйным насосом, смешивается в нем с водой, промывается и подается на сепараторы второй ступени 9. Отработанная промывная вода со второй ступени сепараторов для снижения потерь дрожжей возвращается в сборник 6. Там она смешивается с дрожжевой суспензией, а потом смесь подается на первую ступень сепарирования. Сгущенную дрожжевую суспензию с концентрацией дрожжей 580 г/л после второй ступени сепарирования собирают в сборнике 10. Перед поступлением на выпарку дрожжевая суспензия подвергается плазмолизу для снижения пенообразования в испарителях выпарных аппаратов, а также для исключения образования сгустков дрожжей, отрицательно влияющих на процесс упаривания. При плазмолизе дрожжи теряют как свободную, так и связанную воду и становятся текучими. Сгущенная дрожжевая суспензия подается насосом 5 в плазмолизатор-подогреватель 11, в который поступает пар низкого давления, и под его влиянием происходит плазмолиз дрожжей при температуре 120 С0. Плазмолизированные дрожжи подаются через напорный бак 12 на упаривание в двухкорпусную вакуум-выпарную установку. На выпарной установке производится сгущение дрожжевой суспензии до содержания сухих веществ 20-22%. В качестве греющего пара на выпарную установку подается свежий пар или с целью экономии используется вторичный. Частично упаренная дрожжевая суспензия передается в выпарной аппарат 13. Вторичный пар, образующийся при упаривании дрожжевой суспензии поступает в подогреватель второго корпуса выпарной установки. Упаренный дрожжевой концентрат из выпарной установки откачивается насосом 5 в сборник 16. Вторичный пар из второго корпуса через ловушку поступает в барометрический конденсатор 15, конденсируется водой и через барометрический ящик 14 сбрасывается в канализацию. Вакуум в системе создается выкуум-насосом.

 

Из сборника 16 дрожжевой концентрат насосом 5 подается в сушильную установку, состоящую из дисковой распылительной сушилки 17, циклонов 18, вентилятора 19 и другого вспомогательного оборудования [3].

 

Основная масса дрожжей, высушенных до содержания 8-10% влаги, пневмотранспортом подается через циклон в бункер. Отработанный воздух для улавливания уносимых дрожжей из распылительной сушилки 17 подается в циклоны 18, а затем выбрасывается в атмосферу. Осевшие в циклонах дрожжи подаются в общий поток товарных дрожжей.

 

Сухие дрожжи из бункера поступают в упаковочную машину. Упакованные в бумажные мешки товарные дрожжи направляются по транспортеру в склад готовой продукции, а затем потребителям [2].

 

 

4 Расчет материального баланса

 

Исходные данные:

 

Концентрация РВ в сусле − 2,2%.

 

Концентрация дрожжей после ферментатора − 35 г/л (по прессованным).

 

Концентрация после флотатора − 120 г/л (по прессованным).

 

Концентрация после 2-ой группы сепараторов − 580 г/л.

 

Влажность товарных дрожжей − 10%.

 

Количество абсолютно сухих дрожжей [7]:

 

35·25:100=8,75 г/л.

 

Количество полученных дрожжей в сутки 16000:345=46,4 т/сут,

 

где 16000 − годовая выработка дрожжей в т.

 

Количество сусла, поступающего на переработку

 

46400·1:8,75=5303 м3.

 

Расход аммиачной воды на выращивание дрожжей

 

46,4·0,11=5,1 т/сут.

 

Подсев чистой культуры составляет 10% от общей выработки дрожжей

 

46,4·0,1=4,6 т/сут.

 

Общее количество жидкости, поступающей в дрожжерастильный чан

 

5303+5,1+4,6=5312,7 т/сут.

 

Количество получаемых абсолютно сухих дрожжей

 

46,4·0,9:0,95=44 т/сут,

 

где 0,9 − коэффициент, учитывающий влажность дрожжей;

 

0,95 − коэффициент, учитывающий потери дрожжей при выделении.

 

Количество дрожжевой суспензии, поступающей на флотацию

 

44:0,25=176 т/сут,

 

где 0,25 − коэффициент, учитывающий влажность дрожжей.

 

Потери дрожжей при флотации составляют 1%

 

176·0,01=1,76 т/сут.

 

Количество биомассы дрожжей после флотации [7]

 

176-1,76=174,2 т/сут.

 

Количество дрожжевой суспензии, поступающей на первую группу сепараторов: 174,2:0,12=1451,7 т/сут,

 

где 0,12 − концентрация дрожжей в суспензии после флотатора.

 

Количество отработанной бражки после флотатора

 

5312,7-1451,7=3861 т/сут

 

а) на разбавление 150,7 т/сут,

 

б) на биоокисление 3861-150,7=3710,3 т/сут.

 

Количество дрожжевой суспензии после первой группы сепараторов:

 

174,2:0,4=435,5 т/сут,

 

где 0,4 − концентрация дрожжевой суспензии после первой группы сепараторов, т/м3.

 

Количество отработанной бражки после первой группы сепараторов [7]