Производство этилового спирта марки «Экстра» из крахмалистого сырья

 

 

Оглавление

 

 

Реферат

 

Дипломный проект: Производство этилового спирта марки «Экстра» из крахмалистого сырья.

Стр. 184, рис. 7, табл. 55, библиогр. назв. 38.

 

 

 

ЭТАНОЛ, СПИРТ, КРАХМАЛ ДРОЖЖИ, ФЕРМЕНТЫ, БРОЖЕНИЕ, РЕКТИФИКАЦИЯ, ЭПЮРАЦИЯ, БАРДА, ТЕХНОЛОГИЯ, ТЕХНО-ХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ.

 

Составлен аналитический обзор по свойствам, области применения и методам получения этанола из крахмалистого сырья. Описан технологический процесс получения этанола, разработанный на основе существующего на ОАО «Талицкий спиртовый завод».

Внесены предложения по усовершенствованию процесса гидроферментной обработки зерна – использование новой схемы низкотемпературного осахаривания с использованием комплексного препарата «Дестамил»ТМ, позволяющей полностью отказаться от использования острого пара на стадии разваривания зернового замеса; на стадии осахаривания, для повышения выхода глюкозы, уменьшения времени процесса и расходных норм сырья, вместо отечественных ферментных препаратов Амилоризина Пх и Глюкаваморина Гх-466 использовать комплексные ферментные препараты «Альфазим» и «Глюкогам» китайского производства.

Произведен расчет материального баланса производства, выполнены технологические и тепловые расчеты основного оборудования. Составлена технологическая схема производства спирта и дано описание технологического процесса. Предложены мероприятия по автоматизации производства, безопасности и экологичности проекта, энергосберегающим технологиям.

Технико-экономические расчеты показали, что усовершенствования, внесенные в действующее производство, позволяют снизить себестоимость продукции на 3,2% и получить годовой экономический эффект 8,3 млн. руб.

 

Перечень листов графических документов

 

№ п/п	Наименование  документа	Количество листов	Обозначение документа	Формат
1	Технологическая схема	4	240901 91 8118 000 ТС	А1
2	Дрожжанка	1	240901 91 8118 000 СБ	А1
3	Ректификационная колонна	1	240901 91 8118 000 СБ	А1
4	Теплообменник	1	240901 91 8118 000 СБ	А1
5	Технико-экономические показатели производства	1	240901 91 8118 000 ТП	А1

 

 

Перечень условных обозначений, символов, единиц и сокращений

 

Б/р – безразмерная

В-во – вещество

Дал – декалитр (10 литров)

Масс – массовые (проценты)

МИ – материальный индекс

Об – объемные (проценты)

отн. – относительных (процентов)

р.м. – реакционная масса

р-р - раствор

 

Введение.

 

Производство алкогольных напитков человеком зародилось несколько тысячелетий назад в Древнем Египте и Шумере, однако бродильное производство именно с целью получения спирта началось значительно позже. Первые письменные упоминания пришли из Багдада IX века, в них врач городского госпиталя Рагез описал метод изготовления крепких спиртовых растворов, а чистый спирт впервые был получен в Италии в XIII веке. В XIX веке разработаны схемы получения спирта из картофеля и древесины, а в XX получили синтетический спирт из этилена. До конца XIX практического применения чистый спирт не имел, однако ситуация резко изменилась в XX когда по достоинству были оценены свойства спирта, как прекрасного растворителя и пищевого консерватора.  До 40-х годов XX спирт был единственным сырьем для получения синтетического каучука. Постоянно растет потребность в спирте в алкогольной промышленности.

В настоящее время процесс производства этилового спирта переживает бурное развитие, особенно в связи с использованием этанола как компонента топлива. Процесс получения этанола из растительного сырья является наиболее экологичным и выгодным с точки зрения энергозатрат. Спиртовые предприятия активно сотрудничают с научно-исследовательскими лабораториями, перенимая и внедряя последние разработки в области новых ферментных препаратов, новых высокопродуктивных штаммов микроорганизмов.

Основная задача, стоящая на сегодняшний момент перед спиртовой промышленностью – увеличение выхода спирта с единицы объема оборудования, снижение энергозатрат и расхода сырья, уменьшение времени процесса и повышение качества продукции.

Цель данного дипломного проекта на основе существующего спиртового производства разработать новое производство с внесением усовершенствований, позволяющих выполнить некоторые из обозначенных задач.

 

1. Аналитический обзор литературы.

 

1.1 Применение этанола

Пищевая промышленность

Наряду с водой, является необходимым компонентом спиртных напитков (водка, виски, джин и др.). Также в небольших количествах содержится в ряде напитков, получаемых брожением, но не причисляемых к алкогольным (кефир, квас, кумыс, безалкогольное пиво и др.). Содержание этанола в свежем кефире ничтожно (0,12 %), но в долго стоявшем, особенно в тёплом месте, может достичь 1 %. В кумысе содержится 1−3 % этанола (в крепком до 4,5 %), в квасе — от 0,6 до 2,2 %. Растворитель для пищевых ароматизаторов. Применяется как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности.

Топливо

Этанол может использоваться как топливо (в т. ч. для ракетных двигателей).

Химическая промышленность

Служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, уксусная кислота, хлороформ, этилацетат, этилен и др.; Широко применяется как растворитель (в лакокрасочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии и многих других областях); Является компонентом антифриза.

Медицина

Этиловый спирт используется как антисептик, как обеззараживающее и подсушивающее средств, наружно; растворитель для лекарственных средств, для приготовления настоек, экстрактов из растительного сырья и др.; консервант настоек и экстрактов (минимальная концентрация 18 %) При инфаркте, в отсутствие других средств можно принять однократно 50-100 мл водки внутрь.

Парфюмерия и косметика

Является универсальным растворителем различных душистых веществ и основным компонентом духов, одеколонов и т. п. Входит в состав разнообразных лосьонов [1].

 

 

1.2 Сырье, использующееся  в современной спиртовой промышленности

 

Различают крахмалистое и сахаристое сырьё. В последнее время большое значение приобретают и другие виды углеводсодержащего сырья, например, молочная сыворотка.

На спирт может быть переработано любое зерно, в том числе и непригодное для пищевых и кормовых целей. В настоящее время около 50 % зерна, перерабатываемого на спирт в странах СНГ, составляет пшеница, 20% - ячмень и незначительная часть – кукуруза.

Спиртовой промышленностью используется в первую очередь зернопродукты, непригодные для продовольственных и фуражных целей.

Зерно состоит из трех основных анатомических частей: зародыша, эндосперма и оболочки. Внешнюю оболочку зерна образуют плодовая и семенная оболочки, далее лежит алейроновый слой, богатый белками и жиром. Под ними расположен эндосперм (крахмалистая часть зерна) и зародыш.

Зерна пшеницы, ржи и кукурузы не содержат цветочных пленок и относятся к голозерным культурам [2].

Базисная кондиция пшеницы, используемой в спиртовом производстве, и средний химический состав, приведены в таблице 1.1

 

Таблица 1.1

Характеристика пшеницы

 

Натура, г/л	730-755
Содержание сорной примеси, %	1
Содержание зерновой примеси, %	2
Влажность, %	15,2
Белки, %	13,2
Жиры, %	2,0
Углеводы, %	66,1
Клетчатка, %	1,8
Зола, %	1,7

 

Содержание сухих веществ в зерне колеблется от 83 до 90 %, влаги в полностью высушенном зерне – от 10 до 14 %, у средне сухого – от 14 до 15,5%, у влажного – от 15,5 до 17%, сырое зерно содержит более 17% влаги.

Больше всего крахмала в кукурузе, меньше всего в овсе, остальные культуры занимают промежуточное положение. Азотистых веществ в зерне около 11 %, пектиновых веществ – до 9%, жира – до 3%.

В химическом составе картофеля, по сравнению с зерном, гораздо больше воды (25% сухих веществ и 75% воды). Около 40% азотистых веществ картофеля составляет небелковый азот, в том числе аминный, амидный, аммиачный. Он хорошо усваивается дрожжами в процессе брожения.

Сахарная свекла, ввиду высокого содержания сахаров, может быть хорошим сырьем для производства спирта. По химическому составу свекла имеет близость с картофелем, но вместо крахмала она содержит сахарозу 13-18%. Содержание сухих веществ – 20-25%, влаги – 75-80%, в том числе свободной – около 78%.

Яблоки являются наиболее распространенным в России фруктовым сырьем, пригодным для производства спирта. Из общего количества сухих веществ сахара занимают первое место, а среди них половина принадлежит фруктозе.

Виноград, являясь основным сырьем для получения вин, может быть также эффективно использован в спиртовом производстве. Для сбраживания на спирт пригодны все сорта винограда, причем для производства спирта можно использовать виноградные ягоды некондиционного состава (заплесневевшие, подпорченные).

В спирт могут быть в принципе переработаны любые сахаросодержащие ягоды и плоды. Они содержат в разных количествах углеводы, азотистые вещества, витамины, микро- и макроэлементы, минеральные вещества, которые переходят при измельчении в соответствующий сок. В зависимости от количества названных веществ в химическом составе ягод и плодов иногда требуется добавлять в сусло при сбраживании сахаров питание для дрожжей.

В последнее время все больший интерес проявляется к топинамбуру, который может рассматриваться как перспективное сырье для производства спирта. Клубни топинамбура содержат растворимый полисахарид – инулин (16-18%), азотистые вещества (2-3%), витамины С и группы В. Топинамбур выгоден тем, что его ботва в свежем и силосованном виде является полезным кормом для скота, в то же время из клубней вырабатывается спирт[3].

 

1.3 Характеристика современных  промышленных способов производства  этилового спирта и основные  направления развития и усовершенствования  этих методов 

 

Технология пищевого этилового спирта из крахмалистого сырья основана на ферментативном гидролизе зернового или картофельного крахмала и сбраживании образующихся сахаров дрожжевыми микроорганизмами, т.е. является биохимической технологией.

Процесс получения спирта включает в себя следующие стадии (рис 1.1)

Рис. 1.1 Схема производства спирта

 

Производство спирта из крахмалистого сырья осуществляется по периодической, полунепрерывной и непрерывной схемой.

Периодическая схема – в настоящее время практически не используется.

Полунепрерывная схема, основанная на использовании периодически действующих аппаратов, внедряется с 50-х гг. XX века. До сих пор по этой схеме работают 20% спиртовых заводов РФ, в том числе и «Талицкий спиртовый завод».

Особенности технологии, связанные с переработкой картофеля не рассматриваются, так как в настоящее время наиболее ценен и востребован на рынке зерновой спирт – главное сырье для ликероводочных заводов[2].

 

 

 

1.3.1 Очистка и подготовка зерна.

Все зерновые культуры, поступающие в производство, очищаются от пыли, земли, камней, металлических и других примесей на зерновых и электромагнитных сепараторах и зерноочистительных машинах, имеющих магнитные устройства. Для подачи зерна из склада на производство применяют нории, шнеки, транспортеры, а так же превмотранспорт.

Измельчение зерна, поступающего на варку, осуществляется на вальцовых станках или молотковых дробилках. Для смягчения режима разваривания и применения низкотемпературного разваривания рекомендуется применять тонкий помол (проход через сито 1 мм 95% зерна). Часто, для обеспечения тонкого помола зерно пропускают через 2 последовательно установленные измельчающие машины, это тем более оправдано, так как на спиртовые заводы часто поступает зерно повышенной влажности, из которого затруднительно получать тонкий помол.

Целесообразно внутри завода иметь емкости для хранения измельченного зерна не менее чем на 8 часов работы завода, что обеспечивает его бесперебойную работу [3].

 

1.3.2 Водно-тепловая обработка сырья.

 

В настоящее время на подавляющем большинстве предприятий водно-тепловая обработка осуществляется непрерывным или полунепрерывным способом. На Талицком спиртовом заводе используется непрерывная система разваривания с мягким температурным режимом.

По полунепрерывной схеме сырье разваривается без измельчения после предварительного нагрева. Нагрев сырья осуществляется в предразварниках, разваривание – в разварниках под давлением, выдерживание в паросепараторах, оборудованных устройством для предотвращения уноса крахмала. Перед развариванием целого зерна его предварительно смешивают с горячей водой в предразварнике при соотношении зерно : вода 1:3, чтобы концентрация сухих веществ в субстрате составляла 16-18% по сахарометру, затем крахмалистую массу нагревают до температуры 90-95°С. Нагретое и набухшее зерно вместе с водой быстро выгружают в разварник. Варку проводят с циркуляцией, повторяя ее через каждые 5-7 мин в течении 1,0-1,5 мин.   Для обеспечения равномерного разваривания и ускорения варки массу в разварнике периодически помешивают, открываю циркуляционный вентиль и с сбрасывая через него пар в паросепаратор. При определенной степени разваривания, контролируемой по цвету массы, ее выдувают в выдерживатель, где она доваривается в течении 40-45 мин, при температуре 102-106°С.