Курсовая работа (т): Технологическая схема производства спирта

Технологическая схема производства спирта

Содержание

Введение

1. Выбор, обоснование и описание технологической схемы производства

1.1 Способы осахаривания разваренной массы

1.1.1 Одноступенчатое осахаривание

1.1.2 Двухступенчатое осахаривание

1.1.3 Осахаривание с одноступенчатым вакуум-охлаждением

1.1.4 Осахаривание с двухступенчатым вакуум-охлаждением

1.1.5 Трехступенчатое вакуум-охлаждение

1.1.6 Двухпоточное осахаривание

1.1.7 Периодическое осахаривание

1.2 Способы сбраживания зерно-картофельного сусла

1.2.1 Непрерывно-поточное сбраживание

1.2.2 Проточно-рециркуляционное сбраживание

1.2.3 Циклическое сбраживание

1.2.4 Периодическое сбраживание

1.3 Описание технологической схемы производства

2. Расчет продуктов спиртового производства

3. Расчет и подбор технологического оборудования

4. Расчет расхода воды, пара и электроэнергии

4.1 Расчет расхода воды

4.2 Расчет расхода пара

4.3 Расчет потребляемой электроэнергии

5. Учет и контроль производства

6. Мероприятия по технике безопасности и охране окружающей среды

Заключение

Список использованных источников

Введение

Спиртовая промышленность Республики Беларусь является одной из крупнейших отраслей пищевой индустрии.

В спиртовой промышленности достигнуты значительные успехи в повышении всех технико-экономических показателей, расширении ассортимента вырабатываемых продуктов и улучшении качества спирта, в разработке и освоении рациональных методов комплексного использования сырья.

Технология получения спирта основана на ферментативном гидролизе крахмала, содержащегося в растительном сырье, и сбраживании образующихся сахаров дрожжами в спирт, т.е. является биохимической технологией. Она складывается из следующих главных процессов: разваривание растительного сырья с водой с целью нарушения его клеточной структуры и растворения крахмала, охлаждение разваренной массы и осахаривание крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов, сбраживание сахаров дрожжами, отгонка спирта из бражки и его ректификация.

Особенностью современного этапа развития спиртовой отрасли страны является увеличение мощности действующих предприятий и повышение качества получаемого этилового спирта.

Постоянный поиск новых технологий, а также внедрение более совершенных технических средств позволяет добиться высоких органолептических характеристик этилового спирта, что способствует повышению конкурентоспособности белорусской алкогольной продукции на внутреннем и внешнем рынках.

Приоритетными направлениями развития спиртового производства на современном этапе являются интенсификация биохимических процессов при производстве этилового спирта и разработка на их основе новых биотехнологий, обусловливающих повышение и стабилизацию качества этилового спирта, снижение себестоимости и повышение рентабельности спиртового производства в целом.

1. Выбор, обоснование и описание технологической схемы производства

1.1 Способы осахаривания разваренной массы

Окончательная стадия приготовления сусла - осахаривание замеса - ферменативный гидролиз крахмала с образованием сбраживаемых дрожжевыми клетками углеводов (глюкозы, фруктозы, мальтозы, мальтотриозы). Основными факторами, обуславливающими полноту процесса осахаривания замеса, являются применяемые осахаривающие средства, технологические режимы ведения процесса, аппаратурное оформление. Осахаривание замеса после водно-тепловой обработки происходит в следующем порядке: охлаждение обработанной массы и смешивание ее с осахаривающими материалами.

Существует периодическое и непрерывное осахаривание замеса. Первый вид осахаривания применяют, в основном, на заводах малой мощности. Непрерывное осахаривание предусматривает несколько способов:

одноступенчатое;

двухступенчатое;

осахаривание с одноступенчатым вакуум-охлаждением;

осахаривание с двухступенчатым вакуум-охлаждением;

осахаривание с трехступенчатым вакуум-охлаждением;

двухпоточное осахаривание;

осахаривание с использованием пластинчатых теплообменников.

1.1.1 Одноступенчатое осахаривание

По этому способу охлаждение разваренной массы, смешивание с солодовым молоком (микробной культурой) и осахаривание ведут в одном аппарате - осахаривателе, а сусло охлаждают в теплообменнике.

Рисунок 1 - Осахариватель непрерывного действия

Осахариватель (рисунок 1) представляет собой цилиндрический котел 12 со сферическим или коническим днищем, снабженный пропеллерной мешалкой 11, приводимой во вращение от электродвигателя 8 через редуктор 7. Частота вращения мешалки 120-270 об/мин. Сверху аппарат закрыт крышкой с вытяжной трубой (не показанной на рисунке) для удаления выделяющихся паров. Для организованного движения массы при перемешивании внутри установлен диффузор 10 с раструбом внизу. Вверху диффузор переходит в улиткообразный патрубок, через который масса выбрасывается в пространство между диффузором и корпусом аппарата. Масса охлаждается водой, подаваемой в змеевик 7, составленный из труб диаметром 50-70 мм, площадью около 2 м² на 1 м³ вместимости аппарата.

Разваренная масса поступает в аппарат по трубе 3, имеющей кран 4, солодовое молоко - через штуцер 9, выводится сусло по трубе 13. Равномерное поступление разваренной массы и постоянство ее объема в аппарате обеспечиваются автоматически поплавковым регулятором уровня 6, соединенным рычагом 5 с краном подачи разваренной массы. Для контроля за температурой в гильзе 2 установлен манометрический дистанционный термометр.

Аппарат заполняют массой на 75-80% от общего его объема. Продолжительность пребывания сусла в аппарате 20-25 минут. Расход воды температурой 10-15°С - 0,8-1 м на 1 м³ сусла.

В начале производства в чистый и стерилизованный осахариватель подают часть осахаривающего средства и воду для покрытия лопасти мешалки. Приводят во вращение мешалку и из паросепаратора спускают разваренную массу до полного покрытия змеевика. В змеевик направляют холодную воду, которая затем продолжает поступать непрерывно. При снижении температуры массы до 65°С вводят осахаривающее средство, что снижает температуру до 57-58°С. Когда масса в аппарате осахарится, начинают непрерывную подачу разваренной массы, осахаривающих средств и непрерывное выведение сусла из аппарата.

Поступление осахаривающих средств из расходного сборника регулируется дозатором, работающим синхронно с плунжером насоса, откачивающего сусло. Температура осахаривания поддерживается автоматически регулирующим клапаном на линии подачи воды в змеевик: 57-58°С при использовании солода, поверхностной культуры плесневых грибов, а также смеси солода и поверхностной культуры; 55-56°С при применении глубинной культуры плесневых грибов.

Сусло из осахаривателя плунжерным насосом перекачивают через теплообменник в бродильный чан.

Рисунок 2 - Теплообменник типа "труба в трубе"

В теплообменнике типа "труба в трубе" (рисунок 2) сусло движется по внутренней трубе сверху вниз, вода - по кольцевому каналу между внутренней и внешней трубами снизу вверх. Сусло охлаждается до начальной температуры брожения (складки): 25-26°С при двухсуточном и непрерывном брожении, 18-20°С - при трехсуточном брожении. Температура охлаждающего сусла поддерживается автоматически, для чего у выхода его из теплообменника находится гильза для установки манометрического дистанционного термометра, связанного с исполнительным механизмом на трубе, подающей воду в теплообменник.

В зависимости от времени года (начальной температуры воды) охлаждение продолжается 5-6 минутзимой и 15 минут летом. Вследствие противоточного движения в теплообменнике сусла и воды последнюю можно нагреть до температуры 43-48°С.

1.1.2 Двухступенчатое осахаривание

Этот вид осахаривания отличается от предыдущего варианта тем, что процесс ведут последовательно в двух аппаратах с различным количеством осахаривающих средств и при разных температурах.

Осахариватель первой ступени имеет такое же устройство, как и при одноступенчатом осахаривании. Осахариватель второй ступени выполнен в виде длинной трубы диаметром 100-150мм, отдельные отрезки которой на концах соединены "калачами". В верхней части осахаривателя расположены воздушный кран (для удаления воздуха) и трехходовой кран для отъема части сусла на приготовление засевных дрожжей.

С помощью специального дозатора-делителя 30% осахаривающих средств поступает в осахариватель первой ступени, 70% - в трубопровод перед насосом, перекачивающим сусло из осахаривателя первой ступени в осахариватель второй ступени. Температуру поддерживают в первом осахаривателе 60-61°С, во втором 57-58°С (температура снижается в связи с добавлением осахаривающего средства). Продолжительность осахаривания соответственно 10 минут и от 2 до 5 минут. В остальном, двухступенчатое осахаривание идентично одноступенчатому.

1.1.3 Осахаривание с одноступенчатым вакуум-охлаждением

При этом способе разваренную массу до поступления в одноступенчатый осахариватель охлаждают до 62-63°С в вакуум-испарительной камере, затем в осахаривателе смешивают с осахаривающим средством, в результате чего температура снижается до 57-58°С.

В осахаривателе отсутствуют теплообменная поверхность и диффузор, пропеллерная мешалка расположена сбоку, а на крышке установлен фильтр для сообщения верхней части аппарата с атмосферой и предотвращения попадания в сусло микрофлоры.

Из паросепаратора 1 (рисунок 3) разваренная масса по трубе 2 поступает в испарительную камеру 3, в которой поддерживается разрежение 0,08 МПа. Вследствие самоиспарения воды температура почти мгновенно понижается до соответствующей этому разряжению и равной 62°С. Вакуум в камере создается в результате конденсации выделяющегося пара водой в конденсаторе 4. Смесь воды, конденсата и неконденсирующихся газов откачивается мокровоздушным насосом 5 типа РМК.

Охлажденная масса по барометрической трубке 6 стекает в осахариватель 7. Одновременно по трубе 8 в трубу 2 засасывается 10-15% сусла из осахаривателя, вследствие чего снижается вязкость массы, облегчается отделение пара и уменьшается унос с ним крахмала. После добавления к разжиженной массе осахаривающего средства из расходных бачков 9 с помощью дозатора 10 температура ее снижается до 57-58°С и сохраняется на этом уровне все время. Продолжительность осахаривания не менее 10 минут.

Уровень массы в осахаривателе поддерживается автоматически посредством поплавкового регулятора, связанного рычагом с заслонкой на продуктовой трубе. Солодовое молоко дозируется в зависимости от скорости откачивания сусла насосом 11 в теплообменник 12. Для задержания песка перед насосом установлена ловушка 13.

Рисунок 3 - Схема непрерывного осахаривания с одноступенчатым вакуум-охлаждением разваренной массы

1.1.4 Осахаривание с двухступенчатым вакуум-охлаждением

Сущность способа заключается в том, что не только разваренную массу перед осахариванием, но и сусло охлаждают до температуры брожения в результате создания вакуума в испарительных камерах первой и второй ступеней. Разрежение в испарительной камере второй ступени образуется пароэжекторным вакуум-насосом. При этом способе полностью исключаются громоздкие теплообменники и появляется возможность вторичного использования воды для охлаждения.

спирт биохимический осахаривание сусло

Рисунок 4 - Схема непрерывного осахаривания с двухступенчатым вакуум-охлаждением

Разваренная масса поступает из паросепаратора 1 (рисунок 4) в испарительную камеру 3, в которой постоянно поддерживается разрежение 0,08 МПа при помощи барометрического конденсатора 2 и суховоздушного вакуум-насоса 4. Барометрическая вода сливается в сборник 12, а охлажденная масса температурой 62-63°С по барометрической трубе 9 направляется в осахариватель 13, снабженный мешалкой. Одновременно из расходных бачков 10 через дозатор 11 поступает осахаривающее средство, и температура снижается до 57-58°С Продолжительность осахаривания не менее 10 минут.

Из осахаривателя сусло перетекает через ловушку 14 во вторую испарительную камеру 8, в которой поддерживается разрежение 0,098 МПа, создаваемое барометрическим конденсатором 7 и пароэжекторным вакуум-насосом 6. При этом сусло охлаждается до 20°С и стекает в сборник 15. Барометрическая вода собирается в сборник 18 и частично направляется насосом 17 на пароэжекторную установку, работающую с использованием пара, поступающего из коллектора 5. Конденсат с водой из пароэжекторной установки собирается в том же барометрическом сборнике. Охлажденное сусло из сборника 15 насосом 16 перекачивается в бродильное отделение. Сусло для приготовления дрожжей отбирают непосредственно из осахаривателя при температуре 57-58°С. При температуре воды, охлаждающей конденсатор, около 10-12°С барометрическая вода из сборника 18 может быть использована также для охлаждения конденсатора 2.

1.1.5 Трехступенчатое вакуум-охлаждение

С целью сокращения расхода воды на охлаждение сусла с 57-58°С до 20°С вакуум-испарительную камеру и соответственно конденсатор разделяют на три части (секции) и устанавливают четыре пароэжекторных вакуум-насоса.

Установка (рисунок 5) работает следующим образом: сусло из осахаривателя 4 через песколовушку 5 центробежным насосом 3 подают в верхнюю секцию вакуум-испарительной камеры 9. Затем посредством боковых отводов с гидрозатворами оно стекает в среднюю и, наконец, в нижнюю секцию камеры, по барометрической трубе поступает в сборник 6, а из него насосом 7 направляется в бродильное отделение. Разрежение в вакуум-испарительной камере создается в результате конденсации паров, выделяющихся при самоиспарении воды в трехсекционном конденсаторе 10. Из верхней и средней секций конденсатора неконденсирующиеся газы откачивают головными соответственно 12 и 11 пароэжекторными вакуум-насосами, неконденсирующиеся газы из нижней секции через концевой конденсатор 13 пароэжекторным насосом 15. Нормальное давление на выходе пароэжекторного насоса 15 создается с помощью дополнительных конденсатора 14 и выхлопного пароэжекторного насоса 16.

Барометрическая вода из конденсаторов 10, 13 и 14 стекает в барометрический сборник 1 и откачивается насосом 2. Расход сусла и воды поддерживается с помощью клапанов 8.

При вакуумном охлаждении разваренной массы вследствие его быстроты предотвращается ретроградация амилозы, затрудняющая осахаривание. В результате вакуумного охлаждения как разваренной массы, так и сусла концентрация его повышается примерно на 1% по сахарометру и содержание спирта в бражке на 0,5%, благодаря чему увеличивается съем спирта с единицы бродильной емкости на 5,8%. Кроме того, при этом охлаждении снижаются потери сбраживаемых углеводов в бражке в среднем на 0,3% и соответственно увеличивается выход спирта; уменьшается содержание метанола, фурфурола и других летучих примесей в сусле на 10-12%, что облегчает ректификацию и улучшает качество спирта; снижается обсемененность сусла посторонними микроорганизмами; расход осахаривающих материалов уменьшается на 10-15%, расход воды и электроэнергии - на 30-35%; улучшаются условия труда.

Рисунок 5 - Технологическая схема трехступенчатого вакуум-охлаждения

1.1.6 Двухпоточное осахаривание

Для непрерывно-поточного способа брожения можно проводить двухпоточное осахаривание. Сущность его заключается в том, что разваренную массу делят на два потока, в одном из них в осахаривателе гидролизуется 2/3 всего количества солодового молока (применяют культуры плесневых грибов), в другом - 1/3. Сусло из первого осахаривателя направляют в первый головной чан бродильной батареи, из второго - во второй головной чан батареи.

Непропорциональное распределение осахаривающего материала между потоками сусла приводит к тому, что в первом головном чане при увеличенной дозе солодового молока в единицу времени накапливается большее количество моно - и дисахаридов и дрожжи размножаются и бродят интенсивнее, что положительно сказывается на процессе во всех чанах бродильной батареи. При соединении первого и второго потоков сусла во втором головном чане батареи концентрация ферментов усредняется и становится равной той, которая получилась бы при добавлении всего количества солодового молока ко всему количеству разваренной массы.