Производство этилового спирта марки «Экстра» из крахмалистого сырья

 

Кроме того, снижение температуры разваривания позволит снизить расход острого пара для гироферментативной обработки зерна.

2. На стадии осахаривания замеса заменить отечественные ферментные препараты на комплексные препараты «Альфазим» и «Глюкогам» (пр-во Китай) обладающие более высокой активностью, позволяющие более полно осахаривать крахмалистую массу.

 

2. Описание технологического процесса

 

2.1 Характеристика готовой  продукции

 

Готовым продуктом данного производства является спирт этиловый ректификованный (этанол) марки «Экстра» ГОСТ Р-51652-2000.

 

С2Н5ОН

 

Молекулярная масса:   46,08.

Температура кипения безводного этилового спирта при давлении 101,3 кПа:   +78,3 °С.

Температура замерзания:   -115°С.

Температура самовоспламенения:   +426 °С.

 

По органолептическим и физико-химическим показателям спирт этиловый ректификованный должен соответствовать требованиям ГОСТ Р-51652-2000.

 

Внешний вид: прозрачная бесцветная жидкость без посторонних частиц.

 

Объёмная доля этилового спирта – не менее 96,2 %.

Массовая концентрация уксусного альдегида, в пересчете на безводный спирт не более 4 мг/дм3.

Массовая концентрация сивушного масла (1-пропанол, 2-пропанол, спирт изобутиловый, 1-бутанол, спирт изоамиловый), в пересчете на безводный спирт, не более 8 мг/дм3.

Массовая концентрация сложных эфиров, в пересчёте на безводный спирт, не более 15 мг/дм3.

Объемная доля метилового спирта, в пересчете на безводный спирт, не более 0,05 %.

Массовая концентрация свободных кислот (без СО2), в пересчете на безводный спирт, не более 15 мг/ дм3.

 

2.2 Характеристика сырья, материалов и полупродуктов

Таблица 2.1

 

Характеристика сырья, материалов и полупродуктов

 

Наименование	Обозначение НТД	Сорт или артикул	Показатели, обязательные для проверки	Примечание
1	2	3	4	5
Зерно	-	-	Содержание крахмала не менее 52,3 масс %	Для производства бражки
Ферментный препарат α-амилазы Альфазим	-	-	рН 5,8; Удельная плотность, г/см3 1,21; Амилолитическая активность по ГОСТ 20264.4-89, ед.АС/см3 2200; Протеолитическая активность по ГОСТ 20264.2-88, ед. ПС/см3 2,0	Для осахаривания крахмала (гидролизует внутренние α -1,4-глюкозидные связи крахмала, декстринов и продуктов их последовательного расщепления)
Ферментный препарат глюкоамилазы Глюкогам	-	-	pH 4,4; Удельная плотность, г/см3 1,1; Глюкоамилазная  активность по ГОСТ 20264.4-89, ед.АС/см3 6500	Для осахаривания  частично расщепленных полимерных молекул (гидролизует α-1,4- и α-1,6-глюкозидные связи крахмала, декстринов, олигосахаридов)
Комплексный препарат «Дестамил»ТМ	-	-	Запатентован, препарат на основе неорганических соединений.	Дестамил, обладая свойствами деструктуратора молекул крахмала (амилозы и амилопектина), способствует снижению эффективной температуры клейстеризации пшеничного  крахмала и, тем самым, приводит к снижению температуры разваривания водно-зерновых замесов
			Продолжение таблицы 2.1
1	2	3	4	5
Вода	-	-	Температура не более 550С, рН не менее 5,0, жесткость не выше  9,0 мг экв/л. Не допускают присутствия в ней солей тяжелых металлов, ртути, бария, и др., а также солей азотистой кислоты и аммиака.	Для приготовления замеса
Серная кислота	ГОСТ 2184-77, ГОСТ 667-73	-	Должна быть проверена на содержание моногидрата	Для подкисления дрожжей
Диаммонийфосфат	ГОСТ 8515-75	-	Массовая доля аммиака не менее 23%	Используют в качестве азотсодержащего питательного вещества при выращивании дрожжей
Карбамид	ГОСТ 2081-92	-	-	Используют в качестве азотсодержащего питательного вещества при выращивании дрожжей
Бражка	-	-	Объёмная доля этилового спирта, %, от 7 до 9, рН 4,2 до 4,9	Для производства ректификованного спирта
			Продолжение таблицы 2.1
1	2	3	4	5
Бражной дистиллят	-	-	Объемная доля этилового спирта, %, от 40 до 45.   Массовая концентрация альдегидов, в пересчете на уксусный в безводном спирте, г/дм3, от 0,1 до 0,5.   Массовая концентрация эфиров, в пересчете на уксусно-этиловый в безводном спирте, г/дм3, от 0,3 до 0,7.   Объемная доля метилового спирта, в пересчете на безводный спирт, не более 0,13 %.   Массовая концентрация сивушного масла, в пересчете на смесь изоамилового и изобутилового спиртов (3:1) в безводном спирте, г/дм3, от 2,4 до 5,0.	Для производства ректификованного спирта
			Продолжение таблицы 2.1
1	2	3	4	5
Эпюрат	-	-	Объемная доля этилового спирта, %, от 30 до 40. Массовая концентрация альдегидов, в пересчете на уксусный в безводном спирте не более 2 мг/дм3. Объемная доля метилового спирта, в пересчете на безводный спирт, не более 0,07 %.	Для производства ректификованного спирта
Непастеризованный спирт	-	-	Объемная доля этилового спирта, %, от 96,4 до 97.   Массовая концентрация альдегидов, в пересчете на уксусный в безводном спирте не более 20 мг/дм3.   Массовая концентрация эфиров, в пересчете на уксусно-этиловый в безводном спирте, не более 40 мг/дм3.   Объемная доля метилового спирта, в пересчете на безводный спирт, не нормируется.	Для производства ректификованного спирта
			Продолжение таблицы 2.1
1	2	3	4	5
Фракция головная этилового спирта	ОСТ 10-217-98	-	Объемная доля этилового спирта не менее 92 %.   Массовая концентрация альдегидов, в пересчете на уксусный в безводном спирте не более 35 г/дм3.   Массовая концентрация кислот, в пересчете на уксусную в безводном спирте, не более 2 г/дм3.   Массовая концентрация эфиров, в пересчете на уксусно-этиловый в безводном спирте, не более 60 г/дм3.   Массовая концентрация сивушного масла в безводном спирте не более 2,5 г/дм3.   Объемная доля метилового спирта, в пересчете на безводный спирт, не более 6,0 %.	На реализацию
			Окончание таблицы 2.1
1	2	3	4	5
Масло сивушное	ГОСТ 17071-91	-	Температурный предел перегонки при давлении 101,325 кПа не менее 120 °С. Объемная доля сивушного масла не менее 50 %. Плотность при 20 °С не более 0,837 г/см3.	На реализацию
Концентрат головных примесей этилового спирта	ТУ 9182-478-00008064-2002	-	Объемная доля этилового спирта, %, от 40 до 75.   Массовая концентрация альдегидов, в пересчете на уксусный в безводном спирте не менее 5 г/дм3.   Массовая концентрация метилацетата, в пересчете на безводный спирт, не менее 10,0 г/дм3.   Массовая концентрация этилацетата, в пересчете на безводный спирт, не менее 30 г/дм3.   Объемная доля метилового спирта, в пересчете на безводный спирт, не менее 10,0 %.	Направляют на дальнейшую переработку для использования в химической и лакокрасочной промышленности, и на другие технические цели
Барда зерновая	ТУ 9296-248-00008064-96	-	Массовая доля сухих веществ не менее 6 %, рН от 4,2 до 4,9	Перерабатывают на барду упаренную, сухую, обогащенный кормопродукт, а также используют в натуральном виде в рационах животных

 

Химическая схема получения этанола

 

 

[C6H10O5]n

крахмал (эмпир.формула)

М.м.(мономер) 162,16

 

H2O

 α-амилаза

    глюкоамилаза

 

      С6H12O6

глюкоза (эмпир.формула)

       М.м. 180,18

  

    дрожжи  Saccharomyces cerevisiae  CO2↑

раса IX

 

 

C2H5OH

этиловый спирт

М.м 46,08

 

Блок-схема технологического процесса производства спирта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    на стадию  ТП.3                     на стадию ТП.4    

 

             

 

        со  стадии ТП.2

 

на стадию ТП.5

 

 

 

 

со стадии ТП.4

 

на хранение и реализацию

 

2.3 Описание технологического  процесса

 

Расчет годовой производительности бродильного отделения. Производственная мощность завода 3000 дал 100 % спирта в сутки. Плотность 100 % этилового спирта ρусл.спирт = 0,7893 кг/л. Получаем Gсут = 3000*10*0,7893 = 23697 кг спирта в сутки. С учетом массовой концентрации этанола в спирта «Экстра» равной  94,13 % масс. суточное количество ректификованного спирта «Экстра» составит 23697 / 0,9413 = 25174,89 кг Массовая концентрация спирта в бражке 8,30%. Получаем, что суточная производительность бродильного отделения составляет 23697/0,083 = 285506 кг/сут или 285,5 т/сут.

317 дней – количество рабочих  дней в году;

рассчитывают:  

Основное время: 305 дней – число полных рабочих дней в году;

Дополнительное время:

     12 суток – планово-предупредительный ремонт – по одному дню в месяц для заводов, работающих на жидком топливе и газе,

      5 суток – время, необходимое для приготовления  дрожжей и бражки.

     Для заводов, работающих  с полной заменой солода ферментами  микробного происхождения, упомянутое выше дополнительное время сокращают на 5 дней.

Определим годовую производительность по бражке бродильного отделения:

Gгод = D* Gсут = 317*285,5 = 90503 т

 

 

ТП 1. Очистка и дробление зерна

Таблица 2.1

ТП 1.Очистка и дробление зерна

 

Загружено		Получено
Сырье и полупродукты	Масса, кг	Продукты, отходы, потери	Масса, кг
1. Зерно	3843,0	1. Очищенное дробленое  зерно   2. Примеси и потери  зерна	3800,84   42,16
Итого:	3843,0	Итого:	3843,0

 

 

Оборудование: бункер Б1, конвейер винтовой КН2, нория НР3, контрольные весы КВ4, зерновой сепаратор ЗС5, магнитный сепаратор МС6, дробилка Д7, нория НР8.

Ход технологического процесса:

Зерно из бункера Б1, через конвейер винтовой КН2 и норию НР3, подают на контрольные весы КВ4. Взвешивают 3843,0 кг зерна. Далее зерно проходит очистку от сорных примесей на зерновом сепараторе ЗС5, от металлических примесей на магнитном сепараторе МС6. Работу очистных сепараторов регулируют таким образом, чтобы в отбираемые отходы не попало более 0,1 % зерна от исходного сырья.

Очищенное зерно поступает в дисковую дробилку Д7, где зерно измельчается лопатками вращающегося ступенчатого ротора о внутренние заменяемые рифленые поверхности отбойных плит. Проход через сито с диаметром отверстий 1 мм не менее 85 % (КТ1).

Потери компонентов зерна не должны превышать 3,8 кг.

Далее производят загрузку 3800,84 кг очищенного дробленного зерна норией НР8 в аппарат хемомеханоферментативной обработки I ступени ХМФО I.

 

ТП 2. Гидроферментативная обработка зерна

 

Таблица 2.2

ТП 2. Гидроферментативная обработка зерна

 

Загружено			Получено
Сырье и полупродукты	Масса, кг	Объем, м3	Продукты, отходы, потери	Масса, кг	Объем, м3
1. Очищенное зерно   2. Горячая вода   3. Раствор «Дестамил»   4.Раствор «Альфазим»   5. Раствор «Глюкогам»	3800,84     11402,54   31,55     22,42     26,56	11,4	1.Осахаренное сусло	15283,91	14,42
Итого:	15283,91		Итого:	15283,91

 

Оборудование: аппараты хемомеханоферментативной обработки первой и второй ступеней ХМФО I и II, капельный смеситель КС9, роторно-пульсационный аппарат типа «S-эмульгатор» РПА11, грязеловушка с магнитным сепаратором Г10, мерник для препарата «Дестамил» М12, мерник для препарата «Альфазим» М13, мешалка типа «Миксер» МИКС14, контактная головка КГ15, смеситель СМ16, осахариватель О17, мерник препарата «Глюкогам» М18.

Ход технологического процесса:

Сухое очищенное зерно с ТП1 в количестве 3800,84 кг смешивается с горячей дефлегматорной (t = 85°С) и холодной водопроводной водой в соотношении 1:3 в капельном смесителе КС9. По показаниям термометра на щите приборов контролируется температура замеса 70°С (КТ2).  Замес поступает в аппарат хемомеханоферментативной обработки ХМФО I. Далее он подвергается гомогенизации в присутствии разжижающего фермента «Альфазим», поступающего самотеком из мерника М13 (масса раствора фермента 22,42 кг) и раствора препарата «Дестамил» из мерника М12 (масса раствора разжижающего препарата 31,55 кг). Расход ферментных препаратов контролируется через дозирующее устройство. (КТ-3). Обрабатывают замес при температуре 70°С. Далее масса при помощи плунжерного насоса поступает в нижнюю часть вертикального теплоизолированного аппарата хемомеханоферментативной обработки второй ступени ХМФО-II, где подвергается заключительному развариванию при температуре 70°С, которая поддерживается подачей пара р=0,6МПа на змеевик. Для ликвидации застойных зон и придания частицам максимальной траектории витания развариваемая масса в этом аппарате  перемешивается мешалкой типа «Миксер». Контроль температуры осуществляется с помощью термометра на щите приборов (КТ4).  Далее масса насосом подается в смеситель СМ16, который служит дополнительной емкостью выдерживания массы при температуре 70°С. Температура поддерживается подачей пара в рубашку аппарата.  

В единичных случаях при переработке дефектного сырья или в случае аварийного или длительного отключения электроэнергии, разваренная масса может подвергаться тепловой обработке при температуре не выше 102-105°С острым паром 0,6 МПа. В этом случае разваривают паром массу в контактной головке КГ15  и перекачиванием ее плунжерным насосом в смеситель СМ16.

Далее осахаривание затора осуществляется в емкостном осахаривателе О17 в присутствии только одного осахаривающего фермента «Глюкогам», который поступает самотеком из мерника М18 в виде раствора массой 26,56 кг. Расход ферментного препарата контролируют с помощью дозирующего устройства (КТ-9).  Продолжительность процесса 1 ч. Температура в осахаривателе поддерживается подачей пара p=0,6 МПа в змеевик.

Качество осахаривания контролируют по йодной пробе - окрашивание фильтрата должно быть от коричневого до светло-коричневого (КТ 10).

Так же в процесса контролируется температура, концентрация сухих веществ, кислотность и pH (КТ 5 - 8).

Для приготовления дрожжевого сусла производят отбор осахаренной  массы  насосом (10%), которая поступает  в дрожжанку ДЖ19. Оставшуюся часть сусла (90%) подают в бродильный чан БЧ23 через теплообменник ТО19. Подача производится последовательно. Вначале весь объем получаемый объем сусла 15283,91 кг насосом перекачивается в дрожжанку ДЖ19, затем начинается загрузка бродильного чана БЧ22.

 

ТП.3 Приготовление производственных дрожжей

На данной стадии осуществляется переход от непрерывных процессов к периодическим процессам.

Загрузка дрожжанки ДЖ20 суслом осуществляется в течении 90 мин. Масса пребывает в осахаривателе О17 в течении 60 мин. Следовательно за 90 мин. в дрожжанку ДЖ20 поступит 15283,91 * (90/60) = 10189,23 кг сусла

Таблица 2.3

ТП.3 Приготовления производственных дрожжей

 

Загружено			Получено
Сырье и полупродукты	Масса, кг	Объем, м3	Продукты, отходы, потери	Масса, кг	Объем, м3
1. Сусло   2. Серная кислота   3. Раствор карбамида   4.Засевные дрожжи	10189,23   28,83       105,73     1030,49	9,61   15,75 л       106 л     0,96	1.Производственные дрожжи   2.Углекислый газ	10892,05     462,23	10,18     233,44
Итого:	11354,28		Итого:	11354,28

В ТП.7 осуществляется следующая реакция:

                            С6Н1206           =          2С02              +         2С2Н5ОН   (2)

Мольные массы        180,18            =         2*44,01          +          2*46,08

Сбраживается 70% глюкозы сусла

Оборудование: Дрожжанка ДЖ20, Мерники М21,М22

Ход Технологического процесса:

В дрожжанке ДЖ20 сусло расхолаживают до 500С (открыв воду на змеевик дрожжанки), проверяют концентрацию сбраживаемых веществ в сусле (КТ 12, 13) и  при работающей  мешалке задают в дрожжанку из мерника  М-21 самотеком серную кислоту объемом 15,75 л (28,83 кг).

В качестве азотистого питания для  дрожжей в сусло вносят раствор карбамида. Карбамид задают в виде водного  раствора объемом 106 л (105,73 кг), приготовленного в соотношении 1:10, который поступает в дрожжанку самотеком из мерника М21.