Использование побочных продуктов и отходов спиртового производства

На  зерно-картофельных бардах выращивают чистые культуры дрожжеподобных грибов Candida tropicalis СК-4 или Candida arboreae, на мелассных — Candida utilis Л-35, Torulopsis-pinus Л-30, Trichosporon cutaineum Л-52. Candida tropicalis и Candida arboreae могут применяться вместе. Их выращивание из чистой культуры ведут раздельно и смешивают только в дрожжерастильном чане. Candida utilis и Torulopsjs pinus на начальных стадиях, включая АЧК, выращивают раздельно. Они хорощо растут и совместно в дрожжерастильных чанах. Trichosporon cutaneum рекомендуется применять при двухстадийном выращивании дрожжей (на II стадии), размножение культуры на стадиях до дрожжерастильного чана ведут раздельно or других грибов.

Питательной средой для колб и АЧК-1 в условиях заводов, использующих мелассу, является подкисленное мелассное сусло с добавлением в него диаммонийфосфата (0,3 % по мелассе) или ортофосфорной кислоты (Р,2 %) и карбамида (0,1 %). Средой для АЧК-2, дрожжанок и дрожжегенераторов является барда.

В дрожжевых  цехах спиртозаводов, работающих на зерно-картофельном сырье/размножение  чистой культуры из пробирки в колбе 0,25 лив колбах 0,75 л ведут на стерильном заторном сусле. Среда в АЧК-1 содержит: грубый фильтрат 0,3 м³, сульфат аммония 1,2 кг, мелассу 6 кг или сахар 3 кг, или грубый фильтрат затора 10 л; в АЧК-2 — грубый фильтрат 2,5— 3 м³, сульфат аммония 12 кг, мелассу 30 кг или сахар 15 кг, или грубый фильтрат затора 100 л. Засевные дрожжи из АЧК-2 в дрожжерастильный чан вносят не реже 1 раза в сутки. Засев в АЧК-1 чистой культуры, полученной в лабораторных условиях,, производят через каждые 5—10 сут.

Выращивание товарных кормовых дрожжей. Процесс осуществляется в дрожжерастильных чанах в аэробных условиях непрерывно-поточным способом. Приток питательной среды в чан соответствует отбору дрожжевой бражки.

На мелассной барде дрожжи выращивают при концентрации среды 6,8—7,2 % СВ, при рН 4—4,5, температуре 32—35 °С и непрерывной эрлифтной аэрации с расходом воздуха 55— 60 м³/(м³/ч). Время пребывания среды в аппарате 7 ч.

Для разбавления барды до концентрации 6,8—7,2 % СВ в нее добавляется лютерная вода. Подкисление барды осуществляют серной и соляной кислотами. Из цистерн  для хранения кислоты 1 раз в смену  насосом подаются в мерник, из которого самотеком поступают в аппараты чистой культуры, дрожжегенераторы, дрожжерастильные аппараты и чан-смеситель для подкислеиия барды до рН 4,0.

На зерно-картофельной барде выращивание дрожжей ведут при концентрации сухих веществ в грубом фильтрате 4—6 %, рН 43—5,5 в зимнее я 4,5—5,0 в летнее время, температуре 35-С, рН поддерживают с помощью серной кислоты, задаваемой непосредственно в чан из мерника. Расход воздуха составляет 55—60. Время выращивания 8 часов. Выделение и термолиз дрожжей. Дрожжевая бражка на выходе из дрожжерастильного чана представляет собой газожидткостную эмульсию, содержащую ²/з пены и 1/з жидкости. Дрожжевые клетки, флотированные на пузырьках газа (пене), при сепарировании уносятся с оттоком, что приводит к большим потерям. В связи с этим на выходе из дрожжерастильного чана разрушают (деэмульгируют) пену механическим путем, для чего устанавливают разделительные насосы, механические пеногасители и т. п. 

Для разрушения пены пользуются также непрерывным добавлением к бражке в деэмуиьгаторе химических пеиогасителей: соапстока, олеиновой кислоты, фосфатидов, фузов, смешанных с 5—10-кратным количеством воды (табл. 7—2). При сильном пенении деэмульгатор задают в дрожжерастильный чан.

Дрожжи  выделяют из бражки путем сепарирования. Для удаления сорных примесей из бражки и промывной воды перед сепараторами устанавливают ситчатый фильтр с  отверстиями диаметром 0,25—0,3 мм.

Для выделения  дрожжей, выращенных на мелассной барде, устанавливают три ступени сепараторов  и в процессе сепарирования производят, две промывки дрожжей. На последней  ступени суспензия сгущается до содержания дрожжей 450— 500-г/л (10—15% СВ). Содержание сухих веществ в дрожжевом концентрате, полученном в цехах СКД спиртозаводов, использующих зерно-картофельное сырье в результате сепарирования, составляет 8—10 %.

Фугат отсепарированной дрожжевой суспензии на заводах, работающих на зерно-картофельном cыpьe напpaвляeтcя в сборник вторичной барды, где смешивается и идет на корм скоту. На заводах, использующих мелассу не сбрасывается на поля фильтрации или упаривается.

Дрожжевой концентрат перед высушиванием подвергают выдержке при 70—75 °С в течение 45 мин, в результате которой дрожжевые клетки биологически обезвреживаются (отмирают).

Сушка. Кормовые дрожжи высушивают на распылительных и вальцовых сушилках до влажности.не более 10 %. В распылительных сушилках сушка при температуре 90—95 °С осуществляется при непосредственном контакте распыленной дрожжевой суспензии и встречной смеси топочных газов с воздухом (конвективный способ сушки). В вальцовых сушилках влага из. дрожжевой суспензии удаляется за счет испарения на поверхности барабана, изнутри нагреваемого паром (кондуктивный способ сушки). Вальцовые сушилки устанавливают на заводах малой производительности.

Упаковку  сухих кормовых дрожжей производят в крафт- мешки массой 20—40 кг. В последнее время внедряется гранулирование дрожжей на специальных прессах (диаметр гранул 8—12 мм, длина 10—18 мм), что обеспечивает бестарное (на- сыпью) хранение и транспортировку. Дезинфекция. Дрожжерастильные чаны после полного их освобождения промывают и обрабатывают формалином, затем пропаривают в течение 1 ч. На спиртовых заводах, работающих на зерно-картофельном сырье, дезинфекция проводится зимой 1 раз в 2—3 мес, летом —через 15—30 сут; на заводах, работающих на мелассе, дезинфекция проводится по мере необходимости.

Утилизация последрожжевой барды

Разработаны и применяются следующие способы  использования последрожжевой барды: в качестве удобрения полей путем полива их разбавленной бардой; упаривание барды с применением концентрата в производстве» цемента, бетона, удобрений, в гидролизной и других отраслях промышленности; для выработки "витамина В1₂ с одновременным получением метана,, сжигаемого затем как топливо в котельной.

Большинство спиртовых заводов, перерабатывающих мелассу, последрожжевую барду в количестве 120 м³ на 1000 дал спирта сбрасывают на поля фильтрации. Под полной фильтрации при суточной производительности спиртового завода 1000 л требуется 7—8 га сельскохозяйственных угодий. Утилизация барды таким способом является весьма обременительной для народного хозяйства. Окружающая атмосфера сильно загрязняется продуктами распада барды.

Упаривание  последрожжевой барды. Упаривают барду на двухкорпусных (Лужанский спиртовой завод) и четырехкорпусных (Черновицкий завод и др.) выпарных установках. Двухкорпусная выпарная установка соединена с брагоректификационной установкой (БРУ).

Греющий пар подается только в первый корпус. Для обогрева последующего корпуса  используется вторичный пар, полученный в предыдущем. Вторичный пар от двухкорпусной установки полностью  обеспечивает потребность БРУ. Обогрев  колонн БРУ осуществляется через  выносные кипятильники (теплообменники).

Упаривание  последрожжевой барды ведут при  температуре в первом корпусе  не выше 140°С. При более высоких  температурах происходит разложение компонентов  барды (сахаров, аминокислот и др.). Температура в первом корпусе  двухкорпусной установки составляет 130—135 °С, во втором — 120—122 °С. Температура  в первом корпусе четырехкорпусной установки 112°С, во втором — 98 в третьем — 85, в четвертом — 65 °С.

Упаренная последрожжевая барда содержит 45% СВ и отправляется потребителям в железнодорожных  цистернах.

Получение витамина В12. Витамин В12 является кроветворным средством, стимулирует рост, катализирует биосинтез аминокислот и белка в организме животного. В растительных кормах он отсутствует и синтезируется только в желудке животных под действием микроорганизмов, а в других средах — метанообразующими бактериями.

Витамин B1₂ в комплексе с рядом других витаминов группы В (тиамин, рибофлавин, пиридоксин и/др.) и аминокислот получают из последрожжевой мёлассной барды в виде кормового концентрата КМБ-12. В одном килограмме КМБ-12 его содержится 50 мг. 

На выработку КМБ-12 используется барда после первой и второй сепарации дрожжевой бражки с содержанием 5,5— 6 % СВ, рН 4,5—5,5 и зольностью/ не более 30 % (на сухое вещество). Барда нагревается до 55—57 °С в теплообменнике и подается через приемные камеры в нижнюю часть метантенков. С поступающей свежей бардой в метантенки добавляют диаммонийфосфат (0,01 %) и хлорид кальция из расчета 5 кг на 1 кг витамина В12. Барду подкисляют только соляной технической кислотой.

Схема углекислотной установки  УВЖС-500:

1— скруббер; 2 — водокольцевой компрессор; 3 — водоотделитель; 4 — компрессор ЗУП-500;5, 10, 12, 18, 15— влагомаслоотделители; 6 — газосборвик; 7 — смеситель га- . зовый; 8— адсорбер угольный; 9 — адсорбер силикагельный; И, If— холодильники; f 16 — фильтр высокого давления; 17 — конденсатор; 18 — ресивер высокого давления; 19 — пост наполнения баллонов; 20 — разделитель фаз; 21 — сосуд-хранилище

Барду сбраживают группой метанообразующих бактерий в анаэробных условиях при температуре 55—57°С. Эта температура поддерживается за счет периодического перекачивания бродящей жидкости через теплообменник и поступления свежей барды. Брожение ведется непрерывным способом при одновременной и одинаковой подачей свежей барды в аппарат и отборе из него культуральной жидкости. Ежесуточно в метантенки (емкости для брожения барды) добавляется 10—15 % свежей барды. В начале производства (после капитального ремонта) метанообразующие бактерии размножают в метантенках доливным периодическим методом, используя в качестве засевного материала метановую бражку от прошлого производственного сезона (оставляют примерно 7/з объема метантенка). После накопления культуры метантенки переводят на непрерывный процесс.

Если  метантенки не требуют ремонта, то находящуюся в них жидкость охлаждают ниже 20 °С и хранит в течение 2—3 мес. В начале сезона ее нагревают до 55 °С, открывают приток свежей барды с питательными добавками, доведя, его до нормы через 5—6 сут.

Брожение  осуществляют в две фазы. В первой происходит превращение углеводсодержащих веществ барды, в том числе сахаров и аминокислот, в органические кислоты (кислотная фаза). Во второй фазе органические кислоты сбраживаются с образованием метана, и других продуктов. Для осуществления второй фазы требуются нейтральная среда и низкий окислительно-восстановительный потенциал, что противоречит условиям первой фазы. Это противоречие основная причина медленности метанового брожения. Метановое брожение протекает нормально при рН 7,5—8,5.

При брожении из 1 м³ последрожжевой барды выделяется 20—25 м³ газа, ²/з которых составляет метан. В 1 м³ метановой бражки накапливается 1,2—2,0 г витамина Вм.

Из  метантенков бражка направляется в напорный сборник участка упаривания, а затем в стабилизатор, где ее для предохранения витамина B₁₂ от разрушения, и снижения количества накипи на выпарной станции подкисляют до рН 5,5—6,0 добавлением 1—1,5 НС1 на 1 м³ бражки.

Подкисленная  метановая бражка подогревается  на двухступенчатом подогревателе  до 95—100 °С и поступает в дегазатор (для предотвращения пенообразования при упаривании, снижающего теплопередачу), откуда насосом подается на упаривание. Упаривание осуществляют на выпарной станции до концентрации 35—40 % СВ. Сушка продукта до влажности менее 10 % производится на распылительной сушилке (конвективным способом). Охлаждение продукта с 80—105 до 30—35 °С происходит при применении пневмотранспорта.

Упаковку КМБ-12 производят в полиэтиленовые мешки, вложенные в трехслойные крафт-мешки.

Производство диоксида углерода

Газы, выделяющиеся при спиртовом брожении, в основном (свыше 99 %) состоят из углекислоты. Примесями являются пары спирта (0,3—0,5 %), эфиры, альдегиды, органические кислоты (0,1 %) и др. Примеси снижают качество углекислоты, отрицательно отражаются на ее производстве, нарушая режим, работы установок, способствуют ^коррозии оборудования. Очистка углекислоты от примесей происходит при контакте газов брожения с водой (большинство из них хорошо в ней растворимы) под воздействием окислителей и адсорбентов. Для поглощения воды используют колонки, заполненные хлоридом кальция, силйкагелем, цеолитом, активным углем, применяют также вымораживание.

Производство жидкой углекислоты (рис. 3). Газы из герметически закрытых бродильных чанов, пройдя пеноловушку (на заводах, работающих на мелассе) и спиртоловушку, поступают в водяной скруббер углекислотного цеха. Скруббер заполнен коксом или кольцами Рашига (для обеспечения эффективного контакта с водой, поступающей сверху навстречу потоку СО2). Из скруббера газ засасывается водокольцевым компрессором низкого давления, где сжимается до 0,08—0,1 МПа и одновременно промывается водой. Отделение влаги производится в водоотделителе.

После этого газ проходит I ступень трехступенчатого компрессора (где сжимается до 0,6—0,8 МПа), влагомаслоотделитель, холодильник 1 ступени типа «труба в трубе» (охлаждение до 26—28°С) и колонку с активным углем. Затем во II ступени компрессора он сжимается до 2,4—2,8 МПа, снова проходит холодильник типа «труба в трубе», влагомаслоотделитель и поступает в III ступень компрессора, в которой сжимается до давления конденсации — 6,7—7 МПа. Сжатый газ охлаждается в холодильнике III ступени (типа «труба в трубе») до 30°С, что несколько выше температуры конденсации при давлении 7МПа, затем снова проходит влагомаслоотделитель и поступает в фильтр высокого давления, заполненный силикагелем.

Очищенный от масла и значительной части  влаги газ подступает в конденсатор (типа «труба в трубе»), а из него уже в сжиженном виде — в  блок ресиверов, после чего направляется или в коллектор станции наполнения баллонов, в сборники жидкой углекислоты, или на производство твердого диоксида углерода.

Отправка  жидкой углекислоты потребителям производится в баллонах или в изотермических транспортных резервуарах.

Производство твердой  углекислоты (сухого льда). Применяют два способа выработки сухого, льда. Первый заключается в получении из охлаждаемой за счет самоиспарений (дросселирования) жидкой углекислоты блоков сухого льда путем намораживания в льдогенераторах. Пары диоксида углерода при этом возвращаются на повторное компримирование (сжатие с помощью компрессора). Второй способ предусматривает механическое сжатие диоксида углерода, охлажденного за счет дросселирования до снегообразного состояния. Получают блоки массой 40—100 кг. Для их хранения оборудуются специальные изотермические камеры. Транспортировку сухого льда осуществляют в изотермических контейнерах.