Виробництво етилового спирту із зернової сировини

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Кафедра біотехнології 
 
 
 

КУРСОВА РОБОТА

(пояснювальна  записка)

з дисципліни «Загальна біотехнологія біотехнологічних виробництв»

Тема: «Виробництво етилового спирту із зернової сировини» 
 
 
 

                                               Виконав:

Перевірив:  
 
 
 
 
 

Київ 2011

НАЦІОНАЛЬНИЙ  АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІНСТИТУТ  ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ 

Кафедра біотехнології

Дисципліна  Загальна біотехнологія біотехнологічних виробництв

Спеціальність Біотехнологія біологічно активних речовин

Курс _____IV_____ Група ______404______ Семестр ____VII______ 
 
 
 

ЗАВДАННЯ

на  курсову роботу студента

_________________ 

^{(прізвище, ім'я, по батькові  студента в родовому  відмінку)}

1. 1. Тема роботи Виробництво етилового спирту із зернової сировини.

2.  Строк здачі студентом закінченої роботи:  „_____”___грудня__2011р.

3. Зміст пояснювальної записки (перелік питань, які підлягають розробці:

1) Технологія виробництва етанолу із зернової сировини.

2) Проектний  розрахунок спиртового заводу потужністю 100 дал/доб. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Календарний план

№ пор.	Назва етапу	Термін виконання	Відмітка про  виконання
1.	Видача  теми курсової роботи	20.10.2011
2.	Опрацювання і пошук літератури	16.10.2011 – 1.11.2011
3.	Написання основної частини	1.11.2011 – 15.11.2011
4.	Пошук схем	16.11.2011 – 20.11.2011
5.	Редагування та доповнення пояснювальної записки	20.11.2011 – 1.12.2011
6.	Захист  курсової роботи	15.12.2011

 
 
 

Дата  видачі завдання: “__“ жовтня  2011 р. 

Керівник  курсової роботи (проекту) _____________

                                                               ^{(підпис керівника)                (П.І.Б.)} 

Завдання  прийняв до виконання _________________                                                   ^{(підпис студента)                                   (П.І.Б.)} 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

     Пояснювальна  записка до курсової роботи : “ Виробництво етилового спирту із зернової сировини „

     Об’єкт  дослідження – технологія виробництва етилового спирту  із зернової сировини.

     Мета  роботи – ознайомитися з технологією отримання етилового спирту,вимог до сировини у виробництві, виконати проектний розрахунок спиртового заводу потужністю 100 дал/добу, привести апаратурно-технологічну та принципово-технологічну схеми отримання етанолу із заданої сировини.

     Методи  дослідження – опрацювання технічної  літератури, аналіз, порівняння, математичний розрахунок виробництва. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Зміст

     Вступ

     1. Сировина і додаткові матеріали ………………………………………7

     2. Технологія виробництва спирту………………………………………10

       2.1. Прийом і підготовка зерна………………………………………....10

       2.2. Розварювання сировини……………………………………………12

       2.3. Зброджування………………………………………………… …....14

       2.4. Відгонка спирту з бражки і його ректифікація……………………16

     3.Продуктовий  разрахунок виробництва спирту  ………………………19

       3.1. Розрахунок продуктів до перегонки………………………………19

       3.2. Розрахунок продуктів браго ректифікації…………………………32

       3.3. Тепловий розрахунок браго ректифікаційної установки………..39

     Висновок

     Список  використаної літератури

     Додатки 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Вступ

     Етиловий  спирт - основний продукт, що знаходить  широке застосування в харчовій, мікробіологічної, медичної та інших галузях промисловості.

     У харчовій промисловості спирт використовують при виготовленні лікеро-горілчаних виробів, плодово-ягідних вин, харчових ароматизаторів і т.д.

     Вітчизняна  спиртова промисловість до 1917 р. була представлена дрібними заводами потужністю близько 22 тис. дал спирту на рік. Радянський період характеризується появою великих підприємств з потужністю 6000 - 12000 дал на добу. У 1980 р. в СРСР діяло близько 400 великих заводів, а виробництво спирту становило 200 млн. дал. Далі виробництво спирту неухильно знижувався, особливо в періоди перебудови та економічних криз. Також зниження виробництво обумовлювалося посилюванням галузевого законодавства, збільшенням вартості ліцензій, встановленням мінімальних порогів по статутному капіталу для виробників спирту, введенням вимоги про повну переробки відходів спиртового виробництва. Але головною причиною зниження є великий тіньовий обіг спирту, що робить легальне виробництво менш рентабельним.

     Ємність ринку спирту в Україні для забезпечення виробництва алкогольних напоїв, ліків,  кондитерських виробів складає 22 млн декалітрів.Спиртова галузь повністю задовольняє потребу країни в спирті та здійснює поставки на експорт.

     Технологія  виробництва спирту відноситься до біотехнології, так як виробництво пов'язане з використанням каталізаторів (ферментів), що мають біологічне походження. При належному підході виробництво спирту є безпечним і безвідходним: у виробництві крім спирту отримують діоксид вуглецю, барду, ефіро-альдегідну фракцію, сивушні масла. 

     1. Сировина і додаткові  матеріали

     Характеристика  зернової сировини. На спирт переробляють будь зерно, в тому числі і непридатне для харчових і кормових цілей. Щорічний обсяг переробки складає (%): пшениці 50 (переважно дефектної), ячменю 20, жита 12, кукурудзи 8, проса 5, вівса 2 і технічних культур (гречку , гороху, рису та ін.) 3. Для приготування солоду вживають кондиційне високоякісне зерно.

     Кукурудза. Із зернових культур кращою сировиною  для виробництва спирту є кукурудза (Zea mays). У ній міститься відносно більше крохмалю, менше клітковини, більше жиру (що підвищує кормову цінність барди). Урожайність кукурудзи в 2 ... 3 рази вище врожайності інших зернових культур.

     У Росії кукурудзу обробляють на Північному Кавказі, Нижній Волзі, у Воронезькій і Курській областях.

     Залежно від форми зерна і ступеня  розвиненості рогоподібних частини  ендосперму кукурудзу поділяють  на 7 ботанічних груп: кремниста, Зубовидна, крохмалиста, восковидна, розлусна, цукрова, луската. Для виробництва спирту краще легко розварюється крохмалиста і Зубовидна кукурудза.

     Жито, пшениця, ячмінь і овес. Жито (Secale), пшениця (Triticum), ячмінь (Hordeum) і овес (Avena) широко обробляються в Росії: жито (переважно озима) - у північних, північно-західних і центральних районах, в багатьох районах Сибіру і Уралу, пшениця - в Західній і Східній Сибіру, Поволжя; ячмінь (переважно ярої) і овес - повсюдно - від субтропіків до Заполяр'я.

     У невеликих кількостях переробляють круп'яні культури - просо, гречку і рис, деякі продовольчі (горох) і кормові (вику).

     Солод і ферментні препарати. Для оцукрювання  крохмалю па спиртових заводах використовується солод і ферментні препарати.

     Солодом називають зерно, яке проросло у  певних умовах. При проростанні в  зерні утворюються амілолітичні, протеолітичні та інші ферменти. Солод па спиртових заводах одержують з ячменю, жита, пшениці, вівса і проса за наступною схемою:

     1) очищення зерна; 

     2) замочування; 

     3) пророщування;

     4) подрібнення; 

     5) змішування з водою. 

     Для оцукрювання крохмалю у спиртовому виробництві крім солоду використовуються ферментні препарати, отримані з  культур міцеліальних грибів і бактерій. Випускаються спеціальними заводами або  спеціалізованими цехами спиртових  заводів ферментні препарати  являють собою або рідини з вмістом сухої речовини не менше 50%, або порошки з певної стандартної ферментативною активністю. Ферментні препарати, які використовуються у спиртовій промисловості, отримують з міцеліальних грибів роду Aspergillus, бактерій Вас. mesentericus, Вас. subtilis та інших. Ці мікроорганізми утворюють а-амілазу, а деякі глюкоамилазу (фермент, що розщеплює крохмаль до глюкози). Застосування ферментних препаратів мікробного походження в спиртовій промисловості замість солоду дозволяє істотно знизити витрату високоякісного зерна на отримання солоду і сприяє підвищенню виходу спирту.

     Дріжджі. У спиртовому виробництві як збудників  бродіння використовуються дріжджі  сімейства сахароміцетів. Вони продукують комплекс ферментів, під дією якого  цукру сусла перетворюються на етиловий спирт і діоксид вуглецю. У  спиртовому виробництві застосовують раси (різновиди, що відрізняються кількома особливостями) дріжджів верхового бродіння, що володіють високою енергією бродіння. Вони утворюють максимальну кількість спирту, зброджують моно-і дисахариди і частина декстринів. Дріжджі, що використовуються у виробництві спирту з меляси, повинні швидко зброджувати субстрат в середовищі з високим осмотичним тиском (осмофільні дріжджі).

     Спочатку  дріжджі розмножують за методом  чистої культури з однієї дріжджової клітини в стерильних умовах. Спиртові заводи отримують чисту культуру дріжджів і розмножують їх за певною схемою. Далі їх культивують за методом природно чистої культури, при якому створюються оптимальні умови для розвитку дріжджів (температура, рН, аерація та ін.) і несприятливі для сторонніх мікроорганізмів, в першу чергу бактерій.

     В якості живильного середовища для розмноження  дріжджів служить сусло, що містить  речовини, необхідні для їх живлення. Іноді в сусло додають подрібнений  зелений солод в якості джерела  додаткового живлення. Для придушення розвитку сторонніх мікроорганізмів сусло підкисляють сірчаної або молочною кислотою до рН 3,8 - 4,0. Температуру підтримують на рівні 28 - 30 ° С. Розмноження дріжджів здійснюють в апаратах - дрідждогенераторах. Апарат являє собою вертикальний циліндр з конічним днищем, забезпечений двома змійовиками для нагріву та охолодження сусла. Процес розмноження дріжджів ведуть періодичним або напівперіодичним способами. При періодичному сусло з оцукрювач перекачують у дрожжанку, нагрівають до 70 ° С і витримують при цій температурі 20 хв з метою пастеризації. Потім охолоджують до 50 ° С, підкисляють сірчаної кислотою, перемішують, охолоджують до 30 ° С і вносять 10% дріжджів від обсягу сусла. При розмноженні дріжджів підтримують температуру на рівні 30 ° С, регулюючи її шляхом подачі в змійовики дрожжанки холодної води. При зниженні концентрації сусла на 1 / 3 від початкової проводять відбір дріжджів. Тривалість розмноження дріжджів близько 20 ч.

     Напівперіодичний спосіб розмноження дріжджів проводять в установці з двох дрожжанок і пастеризатора, в якому пастеризують, підкисляють і охолоджують сусло. Підготовлене сусло подають в одну з дрожжанок, вводять в неї дріжджі і залишають на 6 - 8 год при 28 ° С. Потім половину обсягу дріжджів переводять у другу дрожжанку і обидві доливають суслом з пастеризатора. Через 6 - 8 год зрілі дріжджі з однієї дрожжанки спускають в бродильний апарат. Вільну дрожжанку миють і стерилізують, після чого половину дріжджів з другої дрожжанки переводять у вільну, доливають обидва апарати суслом з пастеризатора і процес повторюється.

     2. Технологія виробництва спирту

     Технологія  спирту включає в себе такі процеси: підготовка сировини до розварювання, розварювання зерна водою для  руйнування клітинної структури  і розчинення крохмалю, охолодження  розвареної маси і оцукрювання крохмалю ферментами солоду або культур цвілевих грибів, зброджування цукрів дріжджами на спирт, відгонку спирту з бражки і його ректифікацію .