Проект відділення зброджування сусла крохмалевмісної сировини

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний університет "Львівська політехніка"

Інститут хімії та хімічних технологій

Кафедра технології органічних продуктів

Пояснювальна записка

до курсового проекту з дисципліни "Технологія галузі"

Проект відділення зброджування сусла крохмалевмісної сировини

Проектувала студентка:

гр. ХР - 41 Пахомова О.С.

Керівник:

кандидат тех. наук, доц. Шевчук Л.І.

Проект захищено з оцінкою

Львів 2017



Зміст

Вступ

1. Техніко-економічне обґрунтування

2. Науково-теоретичні основи проекту

3. Характеристика сировини, напівпродуктів, готової продукції, допоміжних матеріалів та енергетичних засобів

4. Опис технологічної схеми

5. Розрахунок продуктів

6. Тепловий баланс

7. Норми витрати основних видів сировини, матеріалів, енергетичних ресурсів

8. Характеристика побічних продуктів, промислових викидів і відходів виробництва

9. Технохімічний і мікробіологічний контроль виробництва

Висновки

Список використаної літератури



Вступ

сировина напівпродукт дріжджі технохімічний

Спиртова промисловість Ї галузь харчової промисловості, що виробляє етиловий спирт - сирець і спирт - ректифікат з харчової сировини (зерна, картоплі, меляси тощо). Спирт застосовують у лікерно-горілчаному виробництві, для зміцнення вин, у парфумерно-косметичній і кондитерській промисловості, для виготовлення оцту, а також у вітамінному виробництві, у медицині й техніці. На спиртових заводах одержують хлібопекарські й кормові дріжджі, рідку вуглекислоту, кормові вітаміни тощо.

Технологія виробництва спирту пов'язана з використанням дріжджів та каталізаторів (ферментів), що мають біологічне походження. При належному підході виробництво спирту є безпечним і безвідходним: у виробництві крім спирту отримують діоксид вуглецю, барду, ефіроальдегідну фракцію, сивушні масла.

Використання ферментних препаратів в спиртовій промисловості суттєво спрощує технологію виробництва спирту, дозволяє відмовитися від трудомісткого і тривалого процесу солодорощення, який є джерелом інфікування виробництва, інтенсифікувати процес отримання спирту і зменшити його собівартість.

Спиртова промисловість України повністю задовольняє внутрішні потреби держави у спирті для виготовлення лікеро-горілчаних виробів, використовуючи лише 30-35% своїх загальних потужностей. Такий показник є підставою для пошуку нових ринкових можливостей і розвитку стратегічних ініціатив, формування нових (або розширення існуючих) потреб для повнішого використання виробничого потенціалу на засадах диверсифікації, у першу чергу - спорідненої, а також вертикальної інтеграції. Основна мета курсового проектування - набуття і реалізація студентом практичних навичок технологічного проектування.



1. Техно-економічне обгрунтування

Зброджування сусла з крохмалевмісної сировини

Сусло, окрім тієї частини, що йде на приготування дріжджів, перекачують у бродильні апарати і цукор сусла зброджується дріжджами у спирт. При зброджуванні сусла з крохмалевмісної сировини відбувається також дооцукровування декстринів. Сусло, що бродить називають бражкою, а зброджене сусло - зрілою бражкою.

Розрізняють три періоди бродіння: розброджування, головне бродіння і доброджування. В умовах спиртових заводів розброджування не так помітне, тому що використовується значна кількість засівних дріжджів.

Існує кілька способів зброджування сусла з крохмалевмісної сировини: періодичний, безперервно-приточний, проточно-рециркуляційний та циклічний способи.

Періодичний спосіб

При періодичному способі всі операції від початку до кінця проводять у одному апараті. Виробничі дріжджі вносять у бродильний апарат, який потім поступово заповнюють суслом. Кількість виробничих дріжджів становить 8-10 % від об'єму сусла, яке зброджується. Сусло з дріжджами залишають на бродіння протягом 72 годин.

Тривалість наповнення одного бродильного апарата не повинна перевищувати 8 годин. Нормальна тривалість бродіння 72 год, при недостатньому об'ємі бродильних апаратів на деяких заводах тимчасово допускається тривалість бродіння 48 годин.

Початкова температура сусла ("складки") залежить від тривалості бродіння: чим вона більша, тим нижча температура (18-20 °С при 72 год). При 48-годинному бродінні початкова температура сусла 24-25 °С. Під час головного бродіння підтримують температуру 29-30 °С, у процесі зброджування - 27-28 °С. При нестачі цукру дріжджі погано бродять. Крім того, при більш низькій температурі зменшується закисання бражки.

Бродіння вважають, закінченим, коли вміст незброджених цукрів (редукуючих речовин - РВ) у бражці досягає 0,2-0,3г/100мл, а видимий та дійсний вміст сухих речовин не змінюється протягом останніх 2-3 год. Якщо відсутня йодо-крохмальна реакція зрілої бражки, відбулося повне оцукрювання розчиненого крохмалю. Після кип'ятіння нефільтрована бражка з йодом при наявності крохмалю дає синє забарвлення, що свідчить про наявність непророслих зерен, погане подрібнення солоду і зерна.

Якщо необхідно загальмувати бродіння в зв'язку з зупинкою брагоректифікаційної установки, бражку охолоджують у кінці головного бродіння до 15-20 °С При більш тривалому простої зрілу бражку асептують формаліном (40 мл 40%-ного формаліну на 10 дал бражки).

Під час бродіння бродильні апарати з'єднують із спиртовловлювачем для конденсації спиртових парів, які виносяться газами бродіння.

Зрілу бражку з бродильного апарата прямо або через проміжний резервуар насосом перекачують у брагоректифікаційний цех. Після випорожнення бродильний апарат миють водою, обризкують усередині розчином хлорного вапна, витримують 15-20 хв, після чого хлорне вапно змивають водою і пропарюють 30 хв. при температурі 100 °С. Витрати пари- 10-12 кг на м3 об'єму апарата.

Для миття бродильних апаратів зручно використовувати спеціальні механічні пристрої, які приводяться у рух рідиною, що подається у них насосом під тиском до 0,4 МПа. Робоча рідина - змішана з антисептиком перегріта вода - розбризкується усередині бродильного апарата.

Безперервно-проточний спосіб

Розвиток техніки бродильних виробництв ще наприкінці XIXсторіччя поставив на чергу вирішення проблеми безперервного спиртового бродіння. Неодноразові спроби ряду авторів здійснити безперервне спиртове бродіння у виробництві спирту з крохмалевмісної сировини закінчувалися невдачами. Аналіз причин цих невдач показав, що вирішальне значення при цьому має наростання кислотності, яке викликане тим, що із свіжопророслим солодом заноситься велика цільність кислото утворювальних бактерій, які швидко адаптуються до умов середовища. Підвищення кислотності бражки супроводжується частковою інактивацією ферментів, погіршенням зброджування цукрів і відповідним зниженням виходу спирту з тонни переробленого крохмалю. Успішне вирішення проблеми безперервного зброджування крохмалевмісної сировини може бути лише за умови пригнічення біологічної інфекції, яка виникає у бродильній батареї. Використання як засобу захисту проти сторонньої мікрофлори сірчаної і соляної кислот (у випадку переробки бурякової меляси і дифузійних соків) неприйнятне, тому що із збільшенням кислотності бражки ферменти частково інактивуються і вихід спирту знижується. Тому безперервні способи зброджування сусла не знайшли розповсюдження у виробництві спирту з крохмалевмісної сировини.

Суть цього способу полягає у безперервному притоці сусла і додаванні дріжджів у головний бродильний апарат бродильної батареї з декількох поступово з'єднаних апаратів і відтоку зрілої бражки з останнього бродильного апарата на перегонку.

У 1953 році В.Л.Яровенко провів досліди з вивчення характеру переміщення рідини у безперервному потоці, які показали нерівномірність переміщення сусла у батареї бродильних апаратів. Так, за один оберт головного апарата, тобто за одну зміну об'єму сусла, у ньому залишається біля 36% первинного (старого) сусла і така ж кількість доданого (нового) сусла виноситься з апарата. Із збільшенням числа обертів кількість затриманого сусла зменшується.

Із збільшенням числа обертів і порядкового номера апарата у батареї зростає тривалість затримки "старого" сусла, а разом з цим і розвиток сторонніх мікроорганізмів, головним чином молочнокислих бактерій.

Повне випорожнення першого бродильного апарата від залишків "старого" сусла настає через 6-7 обертів (один оберт займає 6-7 год.) і шостий апарат батареї повністю звільнюється від "старої" бражки лише через 14 обертів. Поступово створюється осередок інфекції, який неминуче веде спочатку до понаднормативного наростання кислотності, а потім до повного припинення бродіння. Це поглиблюється ще дуже обмеженою кількістю виробничих дріжджів (8-15%), яку використовують при періодичному способі зброджування. При русі бражки з одного апарата в інший виникає нерівномірний розподіл швидкостей, внаслідок чого бражка затримується біля стінок труб і апаратів, що сприяє розмноженню інфекції.

Перевагою періодичного способу є обмеження у часі і від початку до кінця все проводиться в одному апараті, який після завершення циклу стерилізують парою. При безперервно-проточному бродінні у кожному з апаратів відбувається лише частина загального процесу, тривалість якого теоретично не обмежена. Тому запропоновано проводити профілактичну стерилізацію бродильних апаратів послідовно - від головного до останнього через певні проміжки часу. При цьому велике значення має тривалість перебування бражки у апаратах, кількість дріжджових клітин, швидкість притоку середовища, рН, температуру.

Рис. 1. Апаратурно-технологічна схема безперервного зброджування сусла



Приточно-рециркуляційний спосіб

У зв'язку з інфікуванням бродіння рециркуляцією відсепаровуванні біомасою дріжджі розробили рециркуляцію зброджуваного середовища з 2, 3 і 4-го апаратів в 1-й апарат батареї. У такий спосіб з апаратів 1-4 створюється рециркуляційний контур, в якому можна створювати потрібну скорість розбавлення 1,5 D-2D (ч-1) і більше і цим впливати на підвищення питомої швидкості росту мікроорганізмів при стабілізації цих показників. Об'єм рециркуляційного зброджуваного середовища складає 100% від початкової притоки сусла в батарею, що дозволяє включити додаткову притоку цього сусла в кількості 40 % основного.

Освоєння цього способу на Мічурінському спиртному заводі показало, що завдяки меншому наростанню кислотності в процесі бродіння можна подовжити період міжстерилізації з двох до трьох діб, підвищити продуктивність.

До переваг цього способу відноситься також повторне використання дріжджів, а отже, зменшення витрати цукру на синтез їх біомаси.

Циклічний спосіб зброджування

Циклічний спосіб є різновидом напівбезперервних способів, в якому головне бродіння протікає безперервно, а доброджування - періодично.

Для здійснення способу необхідно мати 2-3 механізовані дріжджанки, один зброджувач і 6-7 бродильних апаратів, сполучених між собою трубами із замикаючими дисками для їх ізоляції під час стерилізації, і насос для підняття відбирання молодої браги і накопичення біомаси дріжджів.

Робота батареї за циклічним способом починається з періодичного розмноження дріжджів в дріжджанках і подальшому їх накопиченні у зброджувачі до 25-30% від місткості головного бродильного апарату батареї. Кислотність сусла в дріжджанках 0,9-1,2° і у зброджувачі 0,5- 0,6° встановлюється додаванням розчину сірчаної кислоти. В дріжджанках дріжджі розмножують на суслі, додатково оцукреному протягом 40-60 хв, пастеризованому при температурі 75-78 °С протягом 20-30 хв. і охолодженому.

На початку роботи батареї головний апарат одночасно наповнюють дріжджами і суслом. З цього апарату бродяче сусло з дріжджами безперервно послідовно заповнює 2, 3, 4, 5 і 6-ою бродильні апарати приблизно за 25-30 год, після чого проводять те, що періодичне доброджування сусла при температурі не вище 30 °С протягом 32-38 год. Рекомендується мати 2-3 батареї з 6-7 апаратів кожна. Після заповнення першої батареї сусло і дріжджі переводять на наповнення другої батареї, поки її наповнюють, закінчується те, що доброджує сусла в першій батареї. Звільняють батарею від браги починаючи з кінцевого апарату у напрямку до головного.

При правильній організації циклічного бродіння скорочується загальна тривалість процесу на 15%, збільшується знімання спирту з 1 м бродильних апаратів до 2,3 дал/добу замість 2,0 дал/добу при періодичному бродінні, цукор зброджується повніший, декілька поліпшуються технологічні показники зрілої браги, але вони завжди гірші, ніж при безерервно-приточним бродінням [2].

Порівняльна характеристика способів бродіння

Способи бродіння	Тривалість бродіння, год	Вихід спирту, дал/т крохмалю	Спиртозйом дал/(м3добу)	Видимі сухі речовини,%	Дійсні сухі речовини,%	НезбродженіРР,г/100мл	Нерозчинний крохмаль,г/100мл	Титрована кислоність, град	pH	Міцність
Рециркуляційно-проточний	51	65.6	4.1	-0.2	3.1	0.17	0.05	0.40	4.5	8.5
Безперервно-проточний	56	65.4	3.0	-0.1	3.3	0.23	0.08	0.40	4.5	8.4
Циклічний	66	64.9	2.3	0.2	3.4	0.35	0.10	0.53	4.3	8.2
Періодичний	72	64.7	2.0	0.35	3.6	0.45	0.12	0.40	4.5	8.0



Зданих наведених в таблиці можна зробити висновок, що періодичний спосіб бродіння є одним не з найкращих способів через тривалість та порівняно низький вихід спитру. Проте його використовуть на більшості спиртових заводів України, котрі виготовляють спирт з крохмалевмісної сировни,тому що він є найбільш економічно вигідним, адже не потребує великої кількості обладнання, а також в періодичному способі бродіння найнижчий шанс розвитку інфікування, тому що після кожного зливу бродильний чан стерилізують, що є не можливим у безперервному способі.

2. Науково-теоретичні основи проекту

Спиртове бродіння - біохімічний процес ферментації, при якому цукри такі як глюкоза і фруктоза, розкладаються під дією ферментів з виділенням енергії і утворенням етилового спирту та вуглекислого газу. Дозволяє отримати два моль АТФ моль глюкози в анаеробних умовах. Загальне рівняння спиртового бродіння:

C6H12O6 + 2 АДФ >+ 2 Фн 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 АТФ + 2 H2O

Цей метаболічний шлях характерний для багатьох грибів, водоростей та деяких бактерій. Спиртове бродіння здавна використовується людиною у процесі хлібопекарства та виготовлення алкогольних напоїв. Однією із нових галузей застосування цього метаболічного шляху є виробництво етанолу як відновного і відносно недорого біопалива [4].

Під час спиртового бродіння розщеплення глюкози починається гліколітичним шляхом. Угліколітичних реакціях глюкоза розщеплюється і окиснюється до двох молекул пірувату, відбувається субстратне фосфорилювання двох молекул АДФ із утворенням АТФ, а також відновлюються до НАДH дві молекули НАД+. За аеробних умов НАДH знову окиснюється віддаючи електрони через ряд посередників на молекулярний кисень, і тоді знову може бути використаний у процесі, який називають гліколізом. В анаеробних умовах регенерація НАД+ відбувається у кінцевих етапах бродіння, під час яких акцептором електронів є сам піруват або його похідні: у випадку спиртового бродіння - ацетальдегід.

Ацетальдегід утворюється із пірувату шляхом декарбоксилювання (відщеплення вуглекислого газу), яке каталізується піруватдекарбоксилазою. Цей фермент потребує обов'язкової присутностіMg2+ та містить ковалентно приєднаний кофермент тіамін пірофасфат.Наступним кроком є відновлення ацетальдегіду до етилового спирту завдяки перенесенню гідрид іона із НАДH, утвореного у гліколізі.

Реакція відбувається за участі ферменту алкогольдегідрогенази, що містить в активному центрі іон цинку, який поляризує карбонільну групу субстрату полегшуючи приєднання гідриду.

Отже кінцевими продуктами спиртового бродіння на одну молекулу глюкози є дві молекули етилового спирту, дві молекули CO2, та дві молекули АТФ. В підсумку не відбувається ні окиснення ні відновлення глюкози (співвідношення C:H однакове для вихідних речовин (глюкоза) і продуктів (етанол + вуглекислий газ) і становить 1:2).

Дріжджі- одноклітинні мікроскопічні гриби, які викликають спиртове бродіння цукрі. Рід сахароміцес, або дріжджі - Saccharomyces (рис. 1). Представники роду Saccharomyces не мають справжнього міцелію, існують у вигляді поодиноких клітин, розмножуються брунькуванням. При цьому на поверхні клітини утворюється невелика брунька, яка з часом збільшується у розмірах, відривається від материнської клітини і, у свою чергу, знову може починати брунькуватись. У сприятливих умовах (достатня кількість цукру, оптимальна температура, аерація) брунькування відбувається настільки швидко, що клітини не встигають відокремлюватись одна від одної та утворюється ланцюжок міцелію.

Рід Saccharomyces об'єднує як вільноіснуючі види природної мікрофлори, так і «культурні» (або виробничі), існування яких тісно пов'язане з бродильною промисловістю. У практичній діяльності людини найширше використання мають S. cerevisiae - цукрові дріжджі. Вони є збудниками бродіння, їх різні штами застосовуються у хлібопекарській та кондитерській промисловості, а також у пивоварінні.

Анаеробне дихання часто називають бродінням. Багато мікроорганізмів отримують більшу частину свого АТФ за рахунок анаеробного дихання. Для деяких бактерій кисень, навіть у звичайних присутніх в атмосфері кількостях, взагалі згубний, так що вони змушені жити там, де немає кисню. Такі організми називають облігатними анаеробами.

Відомі й інші організми, наприклад дріжджі і паразити кишкового тракту, які можуть існувати як без кисню, Так і за його присутності. Їх називають факультативними анаеробами: при необхідності вони переходять на анаеробне дихання, проте в присутності кисню використовують аеробний шлях. Деякі клітини, тимчасово відчувають нестачу кисню (зокрема, м'язові клітини), також мають здатність до анаеробного дихання.

Першою фазою анаеробного дихання теж є гліколіз. Він дає в результаті на кожну молекулу глюкози дві молекули піровиноградної кислоти, Дві молекули АТФ і дві молекули відновленого НАД. При аеробному диханні приєднався до НАД водень після низки реакцій, що йдуть з вивільненням енергії, передається в кінці кінців кисню і окислюється до води. При анаеробному диханні це виявляється неможливим, оскільки кисню немає. Замість цього водень знову приєднується до піровиноградної кислоти, так що частина енергії, укладеної в молекулі глюкози, так і не витягується (залишається в кінцевому продукті бродіння). Нижче ми докладніше розглянемо, як це відбувається у грибів і в тваринних клітинах.

Анаеробне дихання у грибів, наприклад у дріжджів:

Піровиноградна кислота > Ацетальдегід + СО 2

Фермент: піруватдекарбоксилази

Ацетальдегід + НАД * Н + Н >+ Етанол + НАД +

Фермент: алкогольдегідрогеназа

Разом: Піровиноградна кислота > Етанол + СO 2

Тут наведено кінцеві етапи процесу, який носить назву спиртового бродіння. АТФ при спиртовому бродінні утворюється тільки на ранніх його етапах - при розщепленні глюкози до піровиноградної кислоти. Спиртове бродіння використовується у виробництві пива, вина та інших спиртних напоїв. Кінцевий продукт спиртового бродіння - етанол - містить ще досить багато енергії. Однак за відсутності кисню енергію з етанолу витягти не можна.

Загальний вихід АТФ при спиртовому бродінні становить дві молекули АТФ на одну молекулу глюкозу.

Традиційно гліколіз поділяють на дві стадії: підготовчу, що передбачає вклад енергії (п'ять перших реакцій), та стадію віддачі енергії (п'ять останніх реакцій).

3. Характеристика сировини, напівпродуктів, готової продукції, допоміжних матеріалів та енергетичних засобів

Основиною сировиною здійснення процесу виробництва етилового спирту етилового ректифікованого є крохмалевмісна сировина, а саме: кукурудза згідно з ДСТУ 4525:2006 Кукурудза. Технічні умови.

Таблиця 1. Технічні вимоги до якості сировини, матеріалів і напівпродуктів[3]

Назва	Параметр, який контролюють	Назва параметру	Метод контролю
Зерно, що поступає на виробництво	Колір, запах	Властивий зерну	Органолептично, ГОСТ 13586-83 «Зерно. Правила приема и методы отбора проб»
	Домішки сміття та зерна, %	Не більше 5	Зважування на техн.. вагах ГОСТ 30483-97
	Вологість, %	Не більше 15	Висушування при 130°С, з наступн. зважуван. на лаборант.вагах ГОСТ 13586-93
	Зараження шкідниками	Не допускається	ГОСТ 13586-83
	Кохмалистість, % - пшениці - ін. зернових культур	Не регламентується	ГСТУ 460952003 Полярометрично хлоркальцієвим методом. Поляром. З гідролізом соляної кислоти.
Ферментніпрепарати	Зовнішній вигляд, колір, запах	Рухлива рідина від жовтого до жовто- коричневого кольору, запах кукурудз. екстракту	Органолептично,ГОСТ 20264,1-89
	Амілолітична активність, од/см3	Згідно якісних показників	СОУ 15,9-37-241:2005 Колориметрично, ФЕК
	Глюкоамілазна активність, од/см3	Згідно якісних показників	Поляриметр ГОСТ 20264,4-89
Вода	Колір, запах, смак	Немає	Органолептично, ГОСТ 2874-73 та ДсанПін 2.2.4-171-10
	рН	4,5-5,5	рН-метром, ДСТУ 4077-2001
	Твердість	7 мг-екв/л	Комплексоно метрично, ГОСТ 4151-72
	Сухий залишок	Не більше 1000 мг/дм3	Висушув. До постійної маси, ГОСТ 18164-72
	Ступінь окислення	Не більше 2,0 мгО2/дм3	ДСТУ 7525:2014
Сірчана кислота	Норма витрати на кг/1000 дал спирту	22.8	ГОСТ 2184-77, ГОСТ 667-73
Хлорне вапно	Норма витрати на кг/1000 дал спирту	25.0	ГОСТ 1692-85
Диамонійфосфат	Норма витрати на кг/1000 дал спирту	2.0	ГОСТ 8515-75

Дріжджі. Використовують дріжджі виду Saccharomyces cerevisia рас ХІІ, ХІІ-Т, М, К-81 тощо. Вони добре переносять підвищену кислотність середовище, потребують для розвитку біотин та пантотеневу кислоту. Штам ХІІ-Т - термотолерантний, 36-38°С; штами ХІІ і ХІІ-Т - осмофільні, стійкі до спирту, можутьнакопичувати до 12-13% об. cпирту[3].

Головним енергоносієм на певному заводі являється природний газ. Для розрахунківвитратенергоресурсів при переробці крохмалевмісної сировини використовуємо дані наведені в "Нормах споживання паливно-енергетичних ресурсів по підприємствах концерну "Укрспирт". Фактично досягнуті показники по енергоносіях на підприємстві складають на 1 дал спирту:

Природний газ - 5,9 м3

Тепло енергія - 43 М кал

Електроенергія - 2,0 кВт.

4. Опис технологічної схеми

Культивування дріжджів проводять у механізованому дріжджовому чані, який має два змійовика:перший-для стерилізації, в який подають пару,потоком 2, а виводять конденсат, потоком 1к; другий-для охолодження середовища та підтримки постійної температури. Для приготування виробничих дріжджів в промиту продезінфіковану дріжджанку (1) поступає сусло, потоком 4, концентрацією 15-18% СР, куди одночасно задають, потоком 5, мінеральне живлення 2-6 кг карбаміду; потоком 6, 1,0-3,0 л розчину диамоній фосфат та, потоком 7, задають ферменти: 2-6л глюкоамілази, 100-200 мл протеази, також сюди потоком 8 задають 15-20 г антисептика. Підкислюють до рН 3,8-4,2 сірчаною кислотою. В кінці заливу задають 1,0-3,0 кг сухих дріжджів для розведення “матки”.В процесі дріжджогенерування слідкують, щоб температура не перевищувала 35 оС, за допомогою змієвика в який, потоком 1х, подають холодну воду,а з змієвика потоком 1 виводять воду.

Дріжджі вважаютьсяз рілими, якщо концентрація сухих речовин складе 1/2-1/4 відпочаткової. 1/3 частина зрілих дріжджів подається в проміжну дріжджанку для проведення наступного циклу дріжджогенерування. 10-12 генерацій можна проводити з однієї дріжджової “матки”. Після того як вміст брунькуючих клітин буде менше 60%,а вміст паличкоподібних бактерій, в одному полізору, більше однієї то проводять розведення нової чистої культури дріжджів влабораторних умовах.

В вимитий бродильний апарат (4), за допомогою насоса(12), поступає охолоджене сусло, потоком 4х, яке попередньо охолоджують в пластинчастому теплообміннику (2) в який, потокм 1х, подається холодна вода, а потоком 1, виводиться вода, з відділення ГФО сировини з температурою скадки 25-28 оС. Після заповення конусної частини апарату, вносять концентрований оцукрюючий ферментний препарат, потоком 11, з розрахунку 0,8-1,4 л на тону умовного крохмалю, а також задають, потоком 8, антисептик 1-2г/м3. В підготовлене середовище вносять зрілі дріжджі, за допомогою насоса(3) потоком 10, в розрахунку 10-15% від об'єму сусла, потім закривають верхній люк і одночасно відкривають засувку на газові комунікації, решту об'єму аппарату доводять суслом. Всі операції здійснюються при ввімкнутій мішалці. Температура під час головного бродіння підтримують в межах 30-33 оС, при доброджуванні 27-30 °С, за допомогою змієвика. Бродильний аппарат перемішується в автоматичному режимі. Зріла бражка, насосом (5), перекачується в передаточний апарат(6). Гази бродіння, потоком 12, проходять через піновловлювач (7) та спирто вловлювач (8), сюди ж для абсорбції спирту подають воду, потоком 1, в такій кількості, щоб вміст спирту в водно-спиртовій рідині був в межах 2,5-7 об.%. З спиртовловлювача, потоком 15, виводиться СО2, а водно-спиртова рідина, потоком 16,подається в збірник водно-спиртової рідини(9). Із збірника водно-спиртоварідина, потоком 16, подається за допомогою насоса (10) в передаточний аппарат(6),(або нею змивають бродильний апарат, що пішов на згонку ) з якого разом із зрілою бражкою, потоком 18, за допомогою насоса (11) перекачується на брагоректифікаційну установку.

Таблиця 2. Норми технологічного режиму

Назва і позиція апарата	Назва технологічних показників
	Температура,°С	Тиск, МПа	Тривалість процесу, год	рН
Дріжджанка, дріжджогенерування	30-35	0,1	18-20	3,8-4,2
Бродіння, бродильні чани	30-33	0,1	56-60	4,6-5,5
Доброджування, бродильні чани	27-30	0,1	16-20	4,6-5,5

5. Розрахунок продуктів

Розрахунок проведений на 100дал спирту.

Кількість крохмалю для отримання 100дал спирту:

Витрати кукурудзи для отримання 100дал спирту:

Склад сировини що використовується

Найменування	Вміст, %	Кількість,кг/100дал
Сухі речовини: Зброджувані Не зброджувані	55 31,5	1526 874
Всього сухих речовин	86,5	2400
Вода	13,5	374,5
Разом	100	2774,54

Приготування замісу

Для приготування замісу використовують воду та помел зерна. Співвідношення кількості води то помелу в даному прикладі приймаємо 3:1. Витрата води на приготування замісу для отримання 100дал спирту становить:

Мв=2774,54*3=8323,62 кг

Загальна кількість замісу:

Мз=2774,54+8323,62 =11098,16 кг

Температура кукурудзи після обробки приймається за 20°C.

Кількість тепла,введеного в заміс з помелом(Q1) та водою (Q2)

Q1=2774,54*1,5*20=83236,2кДж,

де 2774.54-кількість помелу,кг; 1.5-теплоємність помелу,кДж/кг*К; 20-температура помелу, °C.

Q2=83236,2 *4,2*55=1922756,2кДж;

де 4.2-теплоємнісь води кДж/кг*К; 55-температура води, °C.

Qзам=Q1+Q1

Qзам=83236,2+1922756,2=2005992,4кДж

В даному розрахунку для розрідження замісу на стадії його приготування задають всю нормативну кількість розріджую чого ферменту Терміал SCDS. Отже в збірник для приготування замісу необхідно додати розчин ферменту (розведений в співвідношенні 1до9 частин води)в кількості:

Мф.п.=0,5*1,2*1,526*10=9кг

Кількість замісу з додаванням розчину ферменту

11098,16 +10=11108,16кг

Вміст сухих речовин в замісі:

Теплоємність замісу:

Сзам=1,5*0,216+4,2*(1-0,216)=3,6 кДж/кг*К

Температура замісу в змішувачі:

50,2 °С

Термоферментативна обробка

Витрати гострої пари при тиску 0.3МПа необхідної для нагрівання замісу в контактній голівці від 55 °С до 95 °С становлять:

Мп=781,3кг,

де 2739 - ентальпія пари при 0.3МПа, кДж/кг*К; 398 - ентальпія конденсату пари при 95 °С, кДж/кг*К.

Кількість замісу в апараті термоферментативної обробки (ТФО):

11108,16+781,3=11889,46 кг

Оскільки при знаходженні маси в апаратах ТФО можливі втрати тепла(коливання температури в межах 90-95 оС)для підтримання температури маси 95 оС необхідні додаткові витрати пари з тиском 0.3МПа в кількості:

кг

Кількість замісу, що виходить з апарату ТФО:

кг

Охолодження та оцукрення під вакуумом

В залежності від технологічної схеми заводу охолодження сусла може здійснюватися як у теплообмінниках різної конструкції , так і за рахунок зниження тиску з одночасним оцукренням у вакуум-оцукрювачі.

Маса в апараті ТФО знижується з 95 °С до 54-56 °С, що є оптимальною температурою для дії ферментного препарату Глюколад СЛ і її витримують на цьому рівні.

Кількість вторинної пари, яка конденсується в випарній камері при перепаді температури середовища від 95 °С до 56 °С:

де 95 - початкова температура маси, °С; 56 - кінцева температура маси в оцукрювачі, °С; 2368.1 - теплота пароутворення, кДж/кг*К.

Витрата води на конденсатор:

208598,24 кг

Кількість маси що залишається в оцукрювачі:

-=10477,21 кг

Витрата концентрованого ФП Глюколад СЛ на отримання 100 дал спирту 1,98 м3, а розбавленого водою в 9 разів - 19,8 кг.

Мф.п.=0,5*1,2*1,526*10=9 кг

Кількість розчину Каморану (розведення 1:200, яку вносять в вакуум-оцукрювач в розрахунку 0,5кг/т маси при вказаному розведенні)

Кількість сусла що виходить з вакуум-оцукрювача:

+19,8+5,2=10502,25 кг

З цієї кількості сусла відбирають 10-12% сусла для приготування виробничих джруджів:

10502,25*0,12=1260,3 кг

На охолодження до температури “складки”надходить сусла:

10502,25-1260,3=9241,95 кг

Охолодження сусла до температури “складки”

Кількість тепла, що відводиться від сусла при зниженні температури до 26 °С:

Qох=9241,95*3,6(56-26)=999130,6 кДж

Витрата охолоджуючої води:

23788,82 кг

де 20 і 10-температура охолодження води ,відповідно на вході і на виході, °С.

Приготування виробничих дріжджів

Витрата вуглеводів на спиртоутворення і накопичення біомаси дріжджів при вирощуванні:

де 1476.3 - кількість сусла, взятого на дріжджі, кг; 1.1 - коефіцієнт, що враховує збільшенн маси в дріжджанці за рахунок внесення засівних дріжджів; 16 - початкова концентрація сухих речовин сусла,%мас; 5 - концентрація сухих речовин після вирощування виробничих дріжджів, %мас.

При вирощуванні дріжджів виділяється діоксин вуглецю:

де 1,002 - коефіцієнт, що враховує витрати спирту при перегонці бражки; 0,7893 - густина безводного спирту,кг/дм3; 0,9554 - вихід діоксиду вуглецю,кг/кг спирту.

Маса виробничих дріжджів дорівнює:

1260,3-67,7=1192,6кг

Зброджування сусла

В бродильне відділення надходить (з урахуванням промивних вод):

9241,95+1192,6+ + =15084,4 кг

де 9241,95 - кількість сусла, кг; 1192,6 - кількість дріжджів,кг; 0.5 - кількість змив очної води для сусла;% 2.5 - кількість змив очної води для дріжджів, %.

Вихід діоксиду вуглецю становить:

789,27*0,9554=754 кг/100 дал

Кількість водно-спиртової рідини,що надходить із спиртовловлювача у бражку:

Кількість зрілої бражки:

15084,4-754+=15009,2 кг

З урахуванням витрати спирту при перегонці(0,2%), його кількість у зрілій бражці буде становити:

100+100*0,002=100,2 дал або 1002*7,8927=790,8 кг

Об'єм дозрілої бражки при густині 1,00993 складає:

14861,62 дм3

Вміст спирту в дозрілій бражці:

Всього бражки надходить на брагоректифікацію з врахуванням розбавлння її водою при промиванні бродильних апаратів:

14861,62+(14861,62*0,5)/100=14935,9 л або 14935,9 *1,0126=15124,12кг

Таблиця 3. Зведена таблиця розрахунку продуктів

Продукт	Кількість продуктів на,кг
	100 кг (100дал)	Річна продуктивність	Годинну продуктивність
1. Сировина
Кукурудза очищена	2774,54	17868037,6	?
Термаміл СS	0,9?	?	?
Глюколад СЛ	1,98?	?	?
2. Заміс
Надходить в змішувач:
Кукурудза	2774,54	17868037,6	?
Тепла вода (25С)	8323,62	53604112,8	?
Розбавлений Термаміл СS	10	64400	?
Всього замісу, що виходить із чанкузамісу	11108,16	715536550,4	?
3. Тепло-ферментативна обробка ТФО(І ступінь)
В 1-шу контактну головку надходить
Заміс	11108,16	71536550,4
Гостра пара	781,3	5031572
Всього маси в 1-ий апарат ТФО надходить	1189,46	76568122,4
На ТФО(ІІ ступінь) надходить
Маса	11889,46	76568122,4
Гостра пара		612250,8
Всього маси надходить в паросепаратор		72148801,2
4. Охолодження маси і приготування сусла у випарник - оцукрювачі
Крохмалиста маса з паросепаратора	10477,21	67473232,4
Розбавлений Глюколад СЛ	19,8	127512
Виділяється вторинної пари		4675568,8
Сусло,що надходить в дріждж. віділення	1260,3
5. Охолодження сусла
Сусло, що надходить на охолодження до теплооб.	9241,95	59518158
Приготування виробничих дріжджів
Витрата вуглеводів на накопичення біомаси дріжджів	178,6	1133440
Маса виробничих дріжджів	1192,6	7680344
6. Зброджування сусла
В брод.віділ. надходить
Сусло(з пром.водами)	? 9241,95
Дріжджі(з пром.водами)	? 1192,6
Всього сусла і дріжджів	15084,4	97143536
7. Зріла бражка
Зріла бражка(з водно-спиртовою сумішшю)	15009,2	96659248
Спирт безводний в зрілійбражці(без втрат)		5092752
СО2(теоретик.вихід)	754	4855760
Всього бражки на брагоректифікцю з врахуванням пром.вод.	15124,12	97399332,8

6. Тепловий баланс

1. Оцукрене сусло з відділення ГФО надходить у теплообмінник з температурою 56 °С. Його охолоджують до температури складки 26 °С.

Отже,рахуємо кількість тепла, що відводиться від сусла при зниженні температури до 26 °С:

Q= Mзам*сзам*?t

Qох=9241,95*3,6(56-26)=998130,6 кДж

Звідси витрата охолоджуючої води:

Gводи=Q/своди*?t, кг



23765 кг,

де 10 і 20 - температура охолодження води ,відповідно на вході і на виході ,оС.

2. Під час бродіння відбувається виділення тепла. Для відведення теплоти, та підримки температури в межах(25-33 °С) в бродильному чані використовують теплообмінник.

При зброджуванні 1кг глюкози виділяється 384,4 кДж/кг тепла. Тоді кількість теплоти що виділяється під час бродіння:

Q=Gк*384,4=586594,4 кДж/100 дал

де Gк - кількість крохмалю, що необхідна для отримання 100дал спирту; 384,4 - кількість тепла, що виділяється при зброджуванні 1кг глюкози.

Звідси витрата води на охолодження:

Gводи=Q/своди*?t, кг

Gвод==27933,1кг

де 20 і 25 -температура охолодження води, відповідно на вході і на виході, °С

3. Після ГФО, оцукрена маса з температурою 58 °С, надходить у дріжджанку, де стерилізується шляхом нагрівання з 58 до 85 °С.

Кількість теплоти на стерилізацію:

Q=1,05Vсc(t2-t1), кДж;

Q=1,05*1260,3*3,6*1087*(85°-58°)=139816699 кДж.

Витрата пари на стерилізацію:



Gпар=, кг;

Gпар==61007,4 кг,

де Іп - (2650) кДж/кг ентальпія пари при температурі 85 °С; Ік - (358,2) кДж/кг ентальпія кондансату при при 85 °С.

після стерилізації заміс охолоджують до температури, яка є оптимальною для подачі дріжджів (27-33 °С).

Q= M*с*?t, кДж;

Q=1260,3*3.6(85-30)=249539,4 кДж.

Витрат води на охолодження:

Gводи=Q/своди*?t, кг;

Gводи=11882,83кг

4. Під час бродіння виділяються гази СО2, які містять незначну частку спирту, тому застосовують спиртопастки, в які подають холодну воду, яка абсорбує спирт.

Кількість тепла, що виділяється:

Q= M*с*?t, кг;

Q=754*0,8(28-20)=4825,6 кДж.

Витрата води становить:

Gводи=Q/своди*?t, кг



Gводи=229,8 кг,

де 18, 25 - температура води, що подається в спиртопастку, °С.

Таблиця 4. Зведена таблиця витрати теплоносіїв і холодоагентів

Назва теплоносія/хо-лодоагенту	Назва технолог.операції, де застосовують теплоносій / холодоагент	Технічна характерис., параметри	Масова (або об'ємна) витрата, кг/год (або м3/год)	Витрата енергії, кДж/год
Водяна пара	ГФО	Гостра
Водяна пара	Стерилізація, дріжджанка	Вторинна
Вода	Охолодження сусла під час бродіння	Холодна
Вода	Охолодження сусла в дріджджанці	Холодна
Вода	Охолодження сусла в теплообміннику	Холодна
Вода	Спиртопастка	Холодна

7. Норми витрати основних видів сировини, матеріалів, енергетичних ресурсів

Таблиця 5. Таблиця витратних коефіцієнтів

Назва сировини, матеріалів і енергоресурсів	Одиниці вимірювання	Витрата на одиницю товарного продукту
Кукурудза	Кг/кг	0,25
Вода	Кг/кг	0,76
Ферментні препарати:
ТермамілСS	Кг/кг	0,009*10-3
ГлюколадСЛ	Кг/кг	0,0198*10-3
Гостра пара, ГФО	Кг/кг	0,08
Витрата води для охолодженняз амісу в теполообміннику	Кг/кг	2,33
Витрата пари на стерилізацію замісу, дріжджанка	Кг/кг	7,75
Витрата води для охолодження і підтримання температури, дріжд. і бродил.	Кг/кг	4



8. Характеристика побічних продуктів, промислових викидів і відходів виробництва

Таблиця 6. Характеристика промислових викидів, побічних продуктів, відходів виробництва[6]

Назва викиду, продукту або відходу. Аппарат або стадія, де утворюється	Агрегатний стан	Кількість		Характер. основних забруднень (орг., мін. речовини, нафтопродукти та ін.), їх кількість, г/дм3	Рекомендації з очищення викидів чи переробки і використання відходів
		на один. готової прод., (на 1 дал)	на добу
		Кг	Кг
Барда	Рідина	85,1	85118	Органічні	На корм худобі
Лютерна вода	Рідина	35,7	35702		Промивання сивушного масла
Вуглекислий газ	Газ			Органічні	Вловлювання і продаж як товарного продукту
Головна фракція	Рідина	21,3	213	Органічні	Викор. як розчинник; Отримання технічних спиртів
Сивушний спирт	Рідина	0,144	144	Органічні
Сивушна олія	Рідина	0,027	27	Органічні	Для отримання технічних спиртів

9. Технохімічний і мікробіологічний контроль виробництва

Таблиця 7. Схема технохімічного контролю виробництва

Об'єкт контролю	Показник, що підлягає контролю	Норма параметру	Періодичність контролю	Метод контролю
Дріжджове сусло	Концентрація	15-22%СР	З кожної дріжджанки	Цукроміром
	Кислотність	0.1-0.8 град		Титруванням
	Величина рН	3.6-4.4		рН- метром
Виробничі дріжджі	Концентрація	15-22%	2-4 рази в зміну	Цукроміром
	Кислотність	0,05-0,25°		Титруванням
	Величина рН	5,0-7,0		рН-метром
	Оцукрювання	корчнево-буре		Візуально по йодній пробі



Висновки

Виконано проект відділення зброджування сусла крохмалевмісної сировини (кукурудзи) продуктивністю 2800 .

Запропоновано технологічну схему зброджування сусла періодичним способом.

Вибрано і підібрано обладнання до технологічної схеми одержання спиртової бражки.

Описано науково-теоретичні основи проекту.

Наведена характеристика сировини, головних і побічних продуктів виробництва.

Складено та описано технологічну схему бродильного відділення спиртового виробництва.

Розраховано матеріальний і тепловий баланси процесу, а також знайдено витратні коефіцієнти сировини, допоміжних матеріалів.

Визначено норми витрат сировини, допоміжних матеріалів, енергетичних ресурсів для одержання 1 дал спирту.

Розглянуто основні методи техно-хімічного контролю виробництва спирту з крохмалевмісної сировини.



Список використаної літератури

1. Гудзь С.П., Кузнєцова Р.О., Кучерас Р.В., Коструба М.Ф., Білінська І.С., Полулях О.В. (1991). Основи мікробіології. Київ: НМК ВО.

2. Мальцев П.М. Технология бродильных производств. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 560 с.

3. Технологічний регламент виробництва спирту етилового ректифікованого державного підприємства “ спиртовий завод”.

4. Демків І.О. Можливості та перспективи розвитку мультипрофільності підприємств спиртової промисловості / І.О. Демків. - 2012. - № 1. - С. 218.

5. Технология спирта. В.Л. Яровенко. В.А. Мариниченко. В.А. Смирнов. М.: Колос, «Колос-Пресс», 2002 -- 464 с.

6. Таблицы спиртометрические. В.К. Янчевский, С.Т. Олийничук. Справочное пособие -- К.: УкрНИИспиртобиопрод, 2002 -- 592 с.

7. Маринченко В.О., Шиян П.Л. Технологія галузі. „Технологія спиртового і лікеро-горілчаного виробництв”: Курс лекцій для студентів спеціальності 7.091700 „Технологія бродильних виробництв і виноробство” денної, заочної та скороченої форм навчання. - К.: НУХТ, 2005.- с.

Размещено на Allbest.ru