Технология производство спирта

Когда содержание сухого вещества достигнет 5 - 6%, массу подают в первый головной бродильный аппарат, в который одновременно подается охлажденное сусло. При заполнении первого головного бродильного аппарата сбраживаемое сусло на него перетекает, во второй головной аппарат, из него - в третий и т.д. Длительность брожения составляет 60 ч. Из последней, аппарата зрелая бражка подается на перегонку. При брожении в аппаратах поддерживается определенная температура: в первом - 26 - 27 °С, во втором - 27, в третьем - 29 - 30, в последующих - 27 28 °С.

Выделяющийся при брожении диоксид углерода вместе с парами спирта из бродильных аппаратов поступает в специальные ловушки, и которых происходит растворение спирта и отделение диоксида углерода. Водно-спиртовая жидкость из ловушки направляется вместе с бражкой на перегонку, а диоксид углерода - в специальный цех для получения сухого льда или жидкого диоксида углерода.

Зрелая бражка должна соответствовать установленным нормам. Крепость бражки (содержание этилового спирта в объемных процентах) должна находиться в пределах 8,0 - 9,5 об.%: содержание несброженных Сахаров не должно превышать 0,4 - 0,5%; кислотность зрелой бражки не должна превышать 0,5-0,6 град.

Отгонка спирта из бражки и его ректификация. Получаемая в результате брожения зрелая бражка имеет сложный состав. Кроме воды и спирта она содержит различные органические и неорганические соединения: сахара, декстрины, минеральные вещества, летучие соединения (эфиры, спирты, альдегиды, кислоты) и др. Состав и содержание примесей зависит от вида сырья, его качества, режимов его переработки в ходе технологического процесса.

Для выделения спирта из бражки и его очистки применяется ректификация. Ректификацией называется процесс разделения смеси, состоящей из двух или большего числа компонентов, кипящих при разных температурах. При кипении такой смеси компонент с более высокой упругостью пара (более летучий) переходит в паровую фазу в относительно больших количествах, а паровая фаза обогащается более летучим компонентом. Температура кипения этого компонента при постоянном давлении ниже. Поэтому при кипении смеси летучих компонентов паровая фаза обогащается компонентом, имеющим более низкую температуру кипения. В водно-спиртовом растворе упругость паров спирта при любой температуре значительно выше упругости паров воды. Вследствие этого содержание спирта в парах больше, чем в кипящем водно-спиртовом растворе.

Очистка спирта от примесей путем перегонки основана на различии коэффициентов их испарения. Коэффициентом испарения называется отношение концентрации данного вещества в паровой фазе к концентрации в жидкой фазе. Коэффициенты испарения отдельных примесей отличаются один от другого и изменяются в зависимости от содержания этилового спирта. Для определения возможности очистки этилового спирта от примесей необходимо сравнить коэффициент испарения примесей с коэффициентом испарения этилового спирта.

При коэффициенте ректификации, равном единице, перегонка неэффективна, так как дистиллят после нее остается без изменения. Если коэффициент ректификации больше единицы, то в дистилляте больше примесей, чем в первоначальной смеси. Если коэффициент ректификации меньше единицы, то в дистилляте меньше примесей, чем в перегоняемой смеси. Для головных примесей коэффициент ректификации больше единицы, для хвостовых - меньше.

Очистку спирта-сырца от примесей производят в настоящее время преимущественно на ректификационных установках непрерывного действия, в которых спирт-сырец освобождается от примесей в соответствии со значениями коэффициентов испарения. Такие установки используются на ликеро-водочных заводах, где основным сырьем является спирт-сырец.

Ректификованный спирт в настоящее время на спиртовых заводах получают непосредственно из бражки на брагоректификационных установках косвенного действия. В установку входят три колонны: бражная. эпюрациопная и ректификационная. В бражной колонне из бражки выделяют этиловый спирт и летучие примеси, в эпюрационной отделяют головные примеси, в ректификационной получают ректификованный спирт. В состав установки входят две дополнительные колонны - сивушная и окончательная. Сивушная колонна предназначена для выделения фракции высших спиртов (сивушное масло) и их концентрации, а окончательная колонна - для дополнительного освобождения этилового спирта от примесей.

На установке косвенного действия процесс ректификации осуществляется следующим образом. Бражку подогревают до 90°С в бражном подогревателе и подают на верхнюю тарелку бражной колонны, в которую снизу поступает греющий пар. Пары, поднимающиеся из бражной колонны, поступают в конденсатор через бражный подогреватель, где отдают тепло поступающей в бражную колонну зрелой бражке. В конденсаторе пар полностью конденсируется и полученный конденсат крепостью 45 - 55 об.% поступает в эпюрационную колонну.

Аппаратурно-технологическая схема спиртового производства: 1 -- нория; 2 -- весы; 3 -- подвесовой бункер; 4 -- мойка зерна; 5 -- емкость для озонирования зерна; 6 -- установка для озонирования воды; 7 -- винтовой насос; 8 -- аппарат гидротермической обработки; 9 -- сборник жидкой фазы; 10 -- шлюзовой затвор; 11 -- активный смеситель; 12 -- роторно пулъсационный агрегат РПА-50С-СД; 13 -- смеситель; 14 -- роторно пулъсационный агрегат РПА-ЗОС-СД; 15, 18 -- насосы; 16 -- ГДФО-1; 17 -- ГДФО-П; 19 -- спиральный теплообменник

Сусло из осахаривателя с концентрацией сухих веществ 20-22%, охлажденное до температуры складки 24...26 °С, перекачивается на центрифугу 1, где разделяется на две фракции. Жидкая фаза -- осветленное сусло подается в бродильное отделение. Твердая фаза -- дробина спиртовая с влажностью 70-75% поступает в сборник для промывки 2, который снабжен мешалкой. Сюда же подается техническая вода в соотношении 1:5 к массе дробины с температурой 50...55 °С. Смесь пребывает в сборнике 10-15 мин. Вымытый из дробины растворимый белок с промывными водами насосом 11 перекачивается на фильтр 3 для отделения от взвешенных частиц. Очищенный белковый раствор насосом перекачивается на ультрафильтрационную установку 4 с целью выделения и концентрирования белковых фракций до заданной концентрации. Отделенная промытая дробина может быть использована в качестве кормового продукта или компонента для производства комбикормов.

Пермеат из ультрафильтрационной установки направляется в сборник для пермеата 7, а белковый концентрат подается в вакуум-выпарной аппарат 5. Упаренный белковый концентрат стекает в сборник 6, откуда направляется на сушилку 8, где высушивается до влажности не более 10%. Высушенный белковый концентрат поступает в сборник 9, а затем к потребителю.

Жидкая фаза -- осветленное сусло -- подается в количестве 18-20% в час от полного объема в головной бродильный аппарат 10 и далее в бродильные аппараты 12. Диоксид углерода из бродильных аппаратов проходит через спиртоловушку (14).

Температура в первом аппарате 26...27 °С, во втором 28 °С, в третьем 29...30 °С, в последующих 27...28 °С. Продолжительность брожения 52-54 ч.

Зрелая бражка из последнего бродильного аппарата 12 насосом 11 перекачивается в передаточную емкость 13, откуда подается на БРУ. Бражка, предварительно подогретая в дефлегматоре 16, поступает в бражную колонну 15. В холодильнике 17 образуется бражной дистиллят.

Технология переработки послеспиртовой барды

Барда - основной отход производства этилового спирта. В настоящее время на большинстве спиртовых заводов мира барду тем или иным образом перерабатывают, в основном на корма. Перевозить непереработанную барду невыгодно: большое содержание жидкости и довольно низкое - ценных веществ делает транспортировку этих отходов нерентабельной.

Предлагаемые технологии переработки барды можно условно разделить на четыре основные технологические схемы:

· Схемы с выпарными станциями.

· Схемы с аэробной микробиологической переработкой жидкой фазы с получением кормовых дрожжей;

· Схемы с метантанками с получением биогаза.

· Комбинированные схемы. В их основу положены известные и уже успешно зарекомендовавшие себя технологические приемы - разделение жидкой и твердой фазы на центрифугах, выращивание кормовых дрожжей на субстрате, сушка продукции.

Схемы с выпарными станциями

Технология «упаривания фугата» в выпарных станциях самая распространенная в мире. Привлекательная простота технического оформления не снимает, однако, проблем: стоимость выпарных станций и вспомогательного оборудования достаточно высока, процесс выпарки требует значительных энергетических затрат, а утилизация получаемого конденсата становится отдельной задачей.

В России полный цикл переработки барды реализован только на одном спиртовом заводе (ОАО «Татспиртпром» филиал «Буинский спиртзавод»). На ряде спиртовых заводов ФГУП «Росспиртпром» реализован усеченный цикл переработки барды в продукт. В этом случае перерабатывается только твердая фаза барды - «кек», а «фугат» сливается.

Схемы с получением кормовых дрожжей

Со второй половины XX века в качестве кормовой добавки в животноводстве стали широко применяться кормовые дрожжи. Они существенно повышают биологическую ценность кормов, прежде всего за счет содержащихся в них незаменимых аминокислот и витаминов.

В настоящее время получение кормовых дрожжей ограничено мелкими местными производствами в различных хозяйствах.

Существенное снижение стоимости оборудования с одновременным снижением эксплуатационных затрат при переработке послеспиртовой барды можно получить, если применить вместо выпаривания технологию аэробной микробиологической переработки жидкой фазы с получением концентрированных кормовых дрожжейВсе подобные предприятия используют крайне неэффективное оборудование, требующее расхода огромных энергетических ресурсов и серьезных эксплуатационных расходов.

Схемы с получением биогаза в метантанках

Схемы с получением биогаза не нашли широкого применения ни за рубежом, ни в России. Технология переработки барды на биогаз основана на анаэробном брожении (брожении без доступа кислорода). Барда подается в специальные емкости, в которые вводятся анаэробные бактерии. Бактерии, поедая содержащиеся в барде питательные вещества, вырабатывают биогаз.

Биогаз может утилизироваться в заводских котельных, а выпадающий осадок может быть использован в качестве добавки к кормам или высококачественного удобрения.

Достоинством данного метода переработки являются относительные низкие эксплуатационные затраты. Однако, в данном способе переработки барды необходимы огромные метантанки (а, значит, и значительные земельные участки), т.к. процесс переработки барды анаэробными бактериями крайне медленный. Другим недостатком метода является весьма длительный период выхода на режим - до 6 месяцев.

Комбинированная схема переработки барды

Сравнительно недавно разработанная технология предусматривает переработку послеспиртовой барды в сухой дрожжевой кормовой концентрат (ДКК). ДКК - это смесь твердой фазы барды, с выращенными на основе фугата кормовыми дрожжами. Введение дрожжей в качестве биологически активной добавки в «кек» позволяет получать готовый кормовой продукт.

Предложенная схема позволяет в значительной степени экономить энергоресурсы в процессе переработки барды. Экономия энергоресурсов производится, в основном, за счет «механического» выделения воды из фугата и применения для сушки роторно-трубчатых сушильных печей, имеющих энергопотребление в 4-6 раз ниже, чем распылительные сушилки.

Сухая барда содержит порядка 90% сухих веществ, состав которых входят: сырой протеин, безазотистые экстрактивные вещества, жир, клетчатка, зола, витамины и микроэлементы.

Хранение барды летом в течение более одних суток приводит к разложению белка, что вызывает закисание барды и снижение ее кормовых качеств.

Производство спирта из мелассы

Технология получения этилового спирта из мелассы основана на ферментативном сбраживании сахаров дрожжевыми микроорганизмами и включает следующие основные процессы:

· подготовка мелассы к сбраживанию;

· приготовление мелассного сусла;

· приготовление чистых культур спиртовых дрожжей;

· дрожжегенерирование;

· сбраживание сусла;

· перегонка бражки.

Подготовка мелассы к сбраживанию. Процесс подготовки мелассы включает ряд операций, таких, как тепловая обработка, химическое антисептирование, подкисление, внесение питательных веществ, кларификация, гомогенизация и выдержка.

Меласса может быть заражена посторонними микроорганизмами, жизнедеятельность которых приводит к нарушению технологии сбраживания, нерациональным потерям сахаров, ухудшению качественных показателей продукции.

Наиболее эффективным для обеззараживания мелассы являются химическое автисептирование и тепловая обработка (стерилизация, пастеризация).

Антисептирование и подкисление. Мелассу обеззараживают и подкисляют добавлением серной или соляной кислоты, хлорной извести, формалина, сульфонола и других химических веществ.

Серную или соляную кислоту добавляют, чтобы обеззаразить мелассу и создать оптимальный для жизнедеятельности дрожжей рН среды в мелассном сусле.

Количество добавляемой кислоты рассчитывают исходя из потребности на нейтрализацию щелочных меласс и дополнительного расхода для подкисления сусла до рН 5,1--5,3 при однопоточной схеме сбраживания и рН 4,8--5,1 при двухпоточ-ной схеме. Кислоты перед добавлением в мелассу разбавляют 4--5-кратным количеством воды.