Послеспиртовая барда (меласса)

Расход воздуха в дрожжегенераторах 4,5—5 м³/(м³/ч). В бродильных чанах через 1,5—2 ч производится перемешивание бродящей массы в течение 35—45 мин миксерами или же рециркуляцией с помощью насоса. Общая продолжительность брожения (с учетом дрожжегенерирования) при переработке тростникового и дефектного белого сахара с содержанием СВ до 50 % общего количества сбраживаемых веществ смеси составляет 26—28 ч, а при содержании СВ 75 %_ч достигает 30 ч.

При двухпоточной схеме дрожжи разводят на сусле из мелассы (концентрация 12—13% СВ, кислотность 0,8—1,0°Д). В это сусло задают вce требуемое по расчету для процесса брожения азотистое и фосфорное питание. Основное сусло для бродильной батареи готовят из мелассы, оставшейся после приготовления сусла для дрожжей, и сахара.

Санитарный режим дрожжебродильного отделения. Для борьбы с инфекцией в спиртовом производстве осуществляются антисептирование и стерилизация мелассы, обработка воды и воздуха, стерилизация оборудования.

Стерилизацию технологического оборудования рекомендуется проводить следующим образом. Сборники мелассы очищают, моют чистой водой, внутренние их поверхности покрываются раствором хлорной извести. Через трубопроводы прокачивают раствор хлорной извести, после чего они пропариваются не менее 30 мин острым паром. Рассиропники и трубопроводы к ним промываются водой и пропариваются, как и предыдущее оборудование, в периоды профилактической стерилизации дрожжегенераторов.

Подвод пара осуществляется следующим образом: в дрожжегенераторах—в воздухораспределительную систему, в бродильных аппаратах в переточные линии (нижняя часть), а на отдельных заводах —дополнительно в нижнюю часть аппарата. Подвод пара к коммуникациям должен обеспечить прогрев всех участков. Для спуска остатков жидкости и конденсата, образующегося при пропарке, они оборудуются штуцерами в противоположных вводу пара точках.

При переработке нормальной по качеству мелассы дезинфекция и стерилизация технологического оборудования делаются 1 раз в 5—б сут. В случае использования дефектной мелассы или нарастания кислотности в бражке до 0,1° стерилизацию проводят чаще. На заводах, имеющих цехи хлебопекарных дрожжей, оборудование стерилизуют через 2—3 сут.

 

 

2.3 Структурная технологическая  схема производства с точки  зрения образования отходов

 

 

При производстве спирта образуются отходы, которые могут быть использованы для получения разнообразных продуктов, рисунок 3. К отходам спиртового производства относят послеспиртовую барду, головную фракцию этилового спирта, сивушное масло и сивушный спирт, СО₂.

Основным отходом спиртового производства является послеспиртовая барда, выход которой составляет 0,12–0,14 м³/1 дал спирта. Состав барды приведен  в таблице 5.

 

Таблица 5

Состав барды 

 

Показатель	Зерновая		Картофельная		Свекловичная
	в барде	в СВ	в барде	в СВ	в барде	в СВ
СВ, %	6,0–8,0	—	3,2–4,1	—	5,5–6,3	—
Сырой протеин, % СВ	1,8–2,2	26,5–27,5	0,6–0,8	18,7–19,5	1,0–1,2	18,1
Безазотистые вещества, % СВ	2,8–3,2	40,0–50,0	1,8–2,4	56,2–58,5	2,76–2,86	45,2
Жир, % СВ	0,4–0,6	5,97–7,5	0,1–0,2	3,1–3,2	0,03–0,08	0,54
Клетчатка, % СВ	0,9–1,7	12,8–21,2	0,3–0,4	9,4–9,7	1,21–1,37	21,7
Зола, % СВ	0,5–0,7	7,6–8,7	0,4–0,5	12,1–12,5	0,5–0,8	9,1
Кормовая ценность, корм. ед.	—	0,7	—	0,4	—	—

 

Мелассная барда в  натуральном виде на корм животным не идет. В основном ее сбрасывают на пахотные поля фильтрации [19]. Некоторую часть мелассной барды используют для производства кормового концентрата витамина В₁₂, выделения глицерина, глутаминовой кислоты, глутамата натрия, бетаина (ацидина), холинхлорида и других веществ.

Часть мелассной барды  возвращается в производство. Использование ее осуществляется по следующим направлениям: возврат барды (цельной или фильтрата) на приготовление замесов при производстве спирта, применение барды в качестве теплоносителя — непосредственно при ее добавлении в затор или пропусканием через теплообменники.

При использовании возврата барды экономится 37 % энергии по сравнению с развариванием при высоком давлении и 21 % — при холодном затирании; вместо 1,2 т воды используется 1,6 т барды/0,4 т пшеницы.

Послеспиртовая барда  используется также в качестве субстрата при производстве кормовых дрожжей.

Выход кормовых дрожжей  на спиртовых заводах составляет, кг/дал: спирта, выработанного из мелассы, — 1,5–2,5, из картофеля — 1,5 и из зерна — 2,5–3,5.

 

 

 

 

Рисунок 3. Схема производства спирта на мелассе с точки зрения

образования отходов

 

Утилизация побочных продуктов ректификации

В процессе ректификации спирта получают побочные продукты: головную фракцию (ГФ), сивушное масло (СМ) и сивушный спирт.

Головная фракция содержит этанол и легколетучие соединения (таблица 6).

Разработана технология получения пищевого уксуса на основе использования в качестве сырья побочного продукта спиртового производства — головной фракции этилового спирта (ЭАФ), вырабатываемой при ректификации спирта-сырца. Выход ЭАФ составляет 1,5–2 % при переработке зерна и картофеля, 3–5 % — при переработке мелассы.

Головную фракцию можно  подвергать разгонке на специальных  ректификационных установках, один из вариантов которых включает колонны: для разгонки ГФ, истощающую, эпюрационную, спиртовую и метанольную. При переработке ГФ получают следующие продукты (дал/100 дал безводной части исходной ГФ): ректификованный спирт (РС) — 90–94, эфироальдегидный концентрат (ЭАК) — 4–7, потери — 2–3. Расход пара на переработку 1 дал ГФ составляет 60–70 кг, воды 0,6–0,7 м³.

ЭАК представляет собой  желто-зеленую жидкость, как правило, только частично смешивающуюся с водой, с резким, удушливым запахом. В его безводной части содержится, масс. %: эфиры — 15–20, альдегиды —  15–45, этанол — 20–45, кислоты — 0,1–0,5.

Таблица 6

Физико-химические показатели головной фракции этилового спирта

 

Показатель	Головная фракция этилового спирта
	из мелассы	из крахмалистого  сырья
Объемная доля этилового  спирта, об. %, не менее	92,0	92,0
Массовая концентрация, г/л безводного спирта, не более
альдегидов в пересчете   на уксусный	35,0	10,0
кислот в пересчете   на уксусную	1,0	1,0
эфиров в пересчете  на уксусно-этиловый	30,0	30,0
высших спиртов  (сивушного масла)	1,0	2,0
Объемная доля метилового спирта, об. %, не более	0,05	1,50

 

Концентрат ГФ может  служить углеродным питанием в производстве кормовых дрожжей. При фракционировании из него могут быть выделены уксусный альдегид, этилацетатный растворитель и др.

Выход СМ обычно составляет 0,25–0,4  масс. % от выхода спирта.

В состав товарного СМ входят, масс. %: этанол — 7–15, вода — 8–15, остальное — спирты С₃, С₄, С₅.  Соотношение спиртов примерно следующее, %: изоамиловый — 40–75, изобутиловый — 18–22, пропиловый — 10–15.

По органолептическим  и физико-химическим показателям  СМ должно соответствовать требованиям, указанным в таблице 7.

СМ используют в основном как сырье для получения чистых высших спиртов, которые применяют в органическом синтезе, при изготовлении медицинских препаратов и душистых веществ, как растворители  в лакокрасочной промышленности, как экстрагенты, флотореагенты и поверхностно-активные вещества.

Для получения высших спиртов может быть использована ректификационная установка, состоящая из пяти колонн: этанольной (экстрактор), обезвоживающей, отгонной, амилольной, бутанольно-пропанольной.

Первой стадией разгонки СМ является выделение этанола (Э), которое  осуществляется водной экстракцией. На второй стадии, после отделения от водно-спиртового раствора сивушной фракции в виде верхнего слоя, проводят ее обезвоживание методом азеотропно-экстрактивной ректификации. Суть ее заключается  в том, что в присутствии большого количества амиловых спиртов (около 50 масс. %) вода, образуя азеотропную смесь с ними, ведет себя как легколетучий компонент и выводится через верх колонны; после конденсации смесь расслаивается, и спирты отделяются и возвращаются на орошение обезвоживающей колонны. Водный слой разделяется в отгонной колонне  на воду и амиловые спирты (А), которые направляются в этанольную колонну.

 

Таблица 7

Характеристика сивушного  масла

 

Наименование показателя	Характеристика и норма
Внешний вид	Прозрачная жидкость,  не содержащая механических примесей.  При взбалтывании в ней не должна образовываться муть
Цвет	От светло-желтого   до светло-коричневого
Температурный предел перегонки  при давлении 101,325 кПа, °С, не менее	120,000
Объемная доля сивушного  масла, об. %, не менее	50,000
Плотность при 20 °С, г/см3, не более	0,837
Показатель преломления, , не менее	1,395

 

Обезвоженная смесь  спиртов (амиловые, бутиловые, пропиловые) легко разделяется на чистые компоненты последовательно в амилольной и  бутанольно-пропанольной колоннах.

 

 

2.4 Методы утилизации  отходов производства

 

 

Как было указано выше основным отходом спиртового производства является послеспиртовая барда, выход которой составляет 0,12–0,14 м³/1 дал спирта.

 

Производство кормового  концентрата витамина В12 и метана метановым брожением послеспиртовой барды.

 

 Витамин В12 не содержится в растительных кормах, поэтому его добавляют к ним. Витамин В12 кроветворный, участвует в синтезе незаменимых для животных организмов аминокислот, в частности метионина, способствует вылечиванию злокачественной анемии, росту привеса животных. Витамин синтезируется в рубце жвачных животных под действием микроорганизмов желудка, а также метанообразующими бактериями [20].

Технологическая схема  производства включает в себя следующие  основные стадии и операции: сбраживание  мелассной барды метанообразующими бактериями; подкисление метановой бражки до рН 5,5 ... 6,5; упаривание метановой бражки; высушивание; фасование кормового витамина В12. Барда может быть использована для метанового брожения как среда для культивирования метанообразующих бактерий. При этом в процессе метанового брожения образуются витамины, из которых особое значение имеет витамин В12. Технологическая схема производства кормового концентрата витамина В12 метановым брожением барды приведена на рис. 4.

 

 

1 – теплообменник  пластинчатый; 2 – метантанк; 3 – сборник промежуточный; 4 – сборник для соляной кислоты; 5 – нейтрализатор непрерывный; 6 – подогреватель метановой бражки; 7 – дегазатор; 8 – подогреватели; 9 – корпуса выпарной установки; 10 – вакуум-сборник; 11 – конденсатор барометрический; 12 – сборник упаренной барды; 13 – бункер для наполнителя; 14 – питатель-дозатор; 15 – смеситель; 16 – сушилка; 17 – установка размольная; 18 – автомат расфасовочно-упаковочный

 

Рисунок 4. Технологическая  схема производства кормового концентрата витамина В12 метановым брожением барды.

 

При сбраживании барды  без доступа кислорода, в анаэробных условиях, органические вещества (углеводы, жиры и др.) распадаются на метан, углекислый газ, водород и ряд органических кислот [21]. Метан и водород используются в качестве топлива. Выход водорода составляет примерно 1% по объему, а выход метана — около 10 м3 на 1 м3 сбраживаемой барды с содержанием СО₂ около 27%.

Брожение ведут в  закрытых бродильных аппаратах с  получением на 1 м³ емкости аппарата до 3,5—7 м3 газа в сутки. Для брожения применяют сапрофитные анаэробы и метанообразующие бактерии. Первые разлагают сложные органические вещества барды с образованием кислот жирного ряда (уксусной, муравьиной, масляной и др.), а вторые разлагают жидкость с образованием метана и углекислоты.