Производство спирта

      Меласса из железнодорожных цистерн 47 сливается самотеком в заглубленные приемные резервуары 46 и 45 соответственно для дефектной и здоровой мелассы. Через ловушки механических примесей 48 и 44 дефектную мелассу насосом 49 и здоровую мелассу насосом 43 выкачивают в соответствующие мелассохранилища 40 и 39. Остродефектную (сильно инфицированную) мелассу насосом подают в контактную головку 36, где открытым паром мгновенно нагревают до температуры стерилизации. Стерилизованную мелассу охлаждают водой в пластинчатом теплообменнике 35, после чего ее направляют на усреднение в гомогенизатор 42, в который из мелассохранилища 40 через ловушку механических примесей 38 насосом 37 подают в здоровую мелассу. Смешивание мелассы в гомогенизаторе достигается путем перекачки ее насосом 41 из нижней части емкости в различные по высоте участки гомогенизатора. Усредненную мелассу подают на весы 8.

      Минеральные кислоты из железнодорожных цистерн  выкачивают насосом в сборники 4, 3, из которых насосами 1 и 2 направляют в мерники 12 и 10. Раствор мочевины готовят в баке-декантаторе 5, смешивая ее с 5...6-кратным количеством воды, а затем насосом 6 перекачивают в мерник 11. Антисептик из сборника 7 передают в мерник 9.

      Взвешенная  меласса в смесителе 13 смешивается с кислотами, питательными веществами и антисептиком, поступающими из соответствующих мерников. Из смесителя мелассу направляют в 2 или 3 сборника 14 асептированной мелассы, общая вместимость которых рассчитана на суточный запас. В этих сборниках меласса дополнительно перемешивается циркуляционным насосом высокой производительности. Асептированная меласса через ловушку для механических примесей 34 насосом 33 перекачивается в напорный сборник 32, из которого она под постоянным напором поступает в смеситель 31, где разбавляется холодной и горячей водой из сборников 17 и 18 до концентрации около 40 %.

      Разбавленную  мелассу освобождают от взвешенных примесей и частично от микрофлоры на осадочных центрифугах-кларификаторах 30. Под действием давления на выходе из кларификатора (0,35...0,40 МПа) осветленный раствор поднимается в напорный сборник 15, из которого он поступает в смеситель 16 для окончательного разбавления водой до концентрации 22...24 %. Осадок (шлам), полученный при осветлении мелассы, выгружают в сборник 29, промывают водой для извлечения сахара и после отстаивания декантируют в сборник 28. Поскольку при промывке шлама из него вымывают значительное количество микроорганизмов, полученный раствор асептируют и только чистый возвращают в производство, используя для приготовления  мелассного сусла. Промытый шлам выбрасывают.

      Из  смесителя 16 мелассное сусло с концентрацией сухих веществ 22...24 %, титруемой кислотностью 0,4...0,7" и температурой 22...24 *С непрерывным потоком поступает в дрожжегенера- торы 22. Чистая культура дрожжей размножается на стерилизованном мелассном сусле в аппаратах чистой культуры 19, 20 и 21. Из большого аппарата чистой культуры 21 ее подают в дрож- жегенераторы. В дрожжегенераторах дрожжи выращивают при температуре 28...30 "С и постоянных аэрации и притоке сусла. При этом видимое содержание сухих веществ в производственных дрожжах должно составлять 16... 17 %, содержание спирта 3...2,5' об. %, количество дрожжевых клеток 100... 120 млн/мл и кислотность должна быть 0,4...0,7". Аппараты чистой культуры и дрожжегенераторы оснащены коммуникациями для подачи пара, воды, воздуха и мелассного сусла.

      Производственные  дрожжи при помощи специальных воронок непрерывно отводят через наклонный коллектор в головной аппарат бродильной батареи 27, состоящей из 9... 11 аппаратов. Бродящее сусло по переточным трубам последовательно проходит все бродильные аппараты, и зрелая бражка через механические фильтры 26 насосом 25 подается на сепарацию в цех хлебопекарных дрожжей. Обеэдроженную бражку подают в ректификационное отделение.

      Газы  брожения после освобождения от спирта в спиртоловуш- ках 23 и 24 из дрожжегенераторов выбрасывают в атмосферу (так как содержание диоксида углерода в них небольшое), из бродильных аппаратов направляют в цех по получению жидкого диоксида углерода. Водно-спиртовой раствор из спиртоловушек присоединяют к зрелой бражке.

      При двухпродуктовом производстве спирта и хлебопекарных дрожжей В. К. Янчевский, А. Д. Коваленко предложили усовер- шенствованный однопоточный способ сбраживания мелассы. Его сущность заключается в понижении концентрации дрожжевого мелассного сусла до 16...17 % СВ и рециркуляции 20 % зрелых производственных дрожжей в головной дрожжегенератор с анаэробным сбраживанием в бродильной батарее и подачей неразбавленной мелассы (20...25 % от общего количества) на стадии главного брожения.

      Особенность дрожжебродильной установки — последовательное соединение дрожжегенераторов с вводом в них 75...80 % количества мелассы в виде сусла концентрацией 16...17 % СВ. Производственные дрожжи выращивают при дифференцированном аэрировании. Зрелые производственные дрожжи из последнего дрожжегенератора направляют в головной бродильный аппарат. Неразбавленную мелассу непрерывно подают через расходомеры в два головных бродильных аппарата, в которых поддерживают концентрацию сухих веществ бражки 20 и 22 %.

      Применяя  такой способ сбраживания мелассы, можно уменьшить содержание вторичных и побочных продуктов брожения в зрелой бражке: глицерина на 20 %, альдегидов на 47 %, летучих кислот на 37 %, потери с несброженными сахарами на 15 %. В результате этого выход спирта увеличивается на 0,15...0,2 %.

      При градиентно-непрерывном способе  дрожжегенерирования в производстве спирта продуктивность процесса по биомассе дрожжей увеличивается на 15... 16 % благодаря дифференцированному режиму аэрирования производственных дрожжей и их рециркуляции. В этих условиях в производственных дрожжах увеличивается содержание почкующихся и уменьшается количество мертвых клеток дрожжей.

      В зависимости от интенсивности аэрирования среды в дрожжегенераторах выход хлебопекарных дрожжей может быть увеличен до 3,3 кг/дал спирта. При дифференцированном аэрировании — в первом дрожжегенераторе 25 м³/(м³ч), во втором 20, в третьем 15, в четвертом 10 и пятом 5 м³/м³-ч) — выход хлебопекарных дрожжей может быть получен 5...6 кг/дал спирта и больше. 

      Рис. 77. Аппаратурно-технологическая схема  сбраживания мелассы однопоточным способом 

      ДВУХПОТОЧНЫЕ  СПОСОБЫ СБРАЖИВАНИЯ

      Способ  непрерывного сбраживания мелассного сусла в промышленном масштабе впервые был применен С. В. Лебедевым и Д. Н. Климовским в 1937 г. на Монастырищенском спиртовом заводе. Сущность этого способа заключалась в том, что основное сусло сбраживалось в четырех последовательно соединенных аппаратах дрожжами, выделенными из зрелой бражки на сепараторах. Производственные дрожжи из дрожжегенераторов (активаторов) и основное сусло поступали в нижнюю часть 1-го бродильного аппарата, бражка поднималась, переливалась в ниж-нюю часть 2-го аппарата, из него — в 3-й. Два последних аппарата были соединены трубой в верхней части. Зрелую бражку отводили из нижней части 4-го аппарата, где осаждались дрожжи, перед сепарированием ее направляли в декантатор для отделения мертвых дрожжевых клеток и осадков. Нижний слой спускали в сборник бражки, а верхний — сепарировали, направляя бражку в тот же сборник.

      Для получения производственных дрожжей  готовили мелассное (дрожжевое) сусло концентрацией 11... 12 % СВ, подкисляли его серной кислотой до 1,1...1,3° (рН 4), обогащали минеральными питательными солями и непрерывно подавали в два поочередно работающих активатора, в которых дрожжевое сусло смешивалось с дрожжами. В активаторах дрожжевое сусло сбраживалось до 5 % СВ и непрерывно сливалось в 1-й бродильный аппарат, где смешивалось с основным суслом концентрацией 30...34 % СВ в соотношении 1:1. Степень сбраживания основного сусла регулировали его притоком. Видимую плотность бражки поддерживали в 1-м бродильном аппарате 14 %, во 2-м 10, в 3-м 6,5 и в 4-м до 6,1 %. Крепость зрелой бражки была 8,8...9,0 об. %.

      Основной  принцип двухпоточного способа сохранился до настоящего времени. Его особенность — сепарирование дрожжей и возвращение их в начало бродильной батареи для многократного использования, в результате чего снижаются затраты сахара на синтез новой биомассы и повышается выход спирта приблизительно до 2 %.

      При многократном использовании дрожжей, несмотря на высокую концентрацию жизнеспособных дрожжевых клеток, в результате быстрого наступления стадии главного брожения угнетается процесс дыхания и замедляется процесс почкования клеток. Прирост новых дрожжевых клеток уравновешивается отмиранием старых; неактивные клетки восполняются молодыми, физиологически деятельными. Чем выше концентрация жизнеспособных дрожжей и чем меньше остается в сусле питательных веществ, тем слабее идет процесс почкования и размножения; скорость размножения обратно пропорциональна концентрации дрожжевых клеток.

      Многократное  использование возвращаемых дрожжей  ведет к сокращению и устранению лаг-фазы, даже логарифмической фазы, и приводит к повышению интенсивности брожения. Дрожжи все время находятся в стационарной фазе развития. Энергия брожения при 2—4-кратном их использовании повышается.

      В УкрНИИСПе изучали влияние высоких концентраций дрожжей и многократного их использования на процесс сбраживания мелассного сусла. С увеличением концентрации за- севных дрожжей снижается их прирост. С каждым последующим возвратом от сепарированных из зрелой бражки дрожжей для сбраживания сусла увеличивается количество мертвых и уменьшается число почкующихся клеток. При шестикратном возврате дрожжей, выделенных из зрелой бражки, содержание летучих кислот повышается с 350 до 600 мг/л, содержание альдегидов — с 0,0062 до 0,0074 об. %. При сбраживании мелассного сусла повышенным количеством дрожжей, накопленных путем возврата из зрелой бражки, ускоряется процесс брожения, сокращается стадия взбраживания и интенсивнее протекает главное брожение. С увеличением концентрации дрожжей с 30 до 60...80 г/л продолжительность брожения сокращается с 24...26 до 13... 14 ч, при этом крепость бражки увеличивается на 0,4...0,5 %. При дальнейшем увеличении концентрации дрожжей выход спирта уменьшается.

      В связи с тем что систематический возврат отсепарированных дрожжей в головные аппараты бродильной батареи сопровождается инфицированием продуктов брожения, получил распространение бессепарационный способ.

      При двухпоточном способе дрожжи выращивают на меласс- ном сусле низкой концентрации (10... 12 % СВ), а на сбраживание поступает мелассное сусло концентрацией 32...35 %. Из-за необходимости приготовления сусла двух концентраций усложняется аппаратурное оформление, но двухпоточная схема имеет технологические преимущества.

      Аппаратурно-технологическая  схема сбраживания мелассы двухпоточным способом представлена на рис. 78.

      Меласса из железнодорожных цистерн 2, взвешенных на вагонных весах, при помощи наклонного переносного лотка сливается в заглубленный резервуар 1, откуда через ловушку при помощи насоса подается в мелассохранилище 3.

      Если  на завод поступает дефектная  или трудносбраживаемая меласса, нуждающаяся в дополнительной обработке, ее направляют из приемного сборника непосредственно на взвешивание или в специально выделенный резервуар-хранилище.

      Кислоты из железнодорожных цистерн 5 и 6 принимают  при помощи насоса 4. Откачивают кислоту из цистерн через верхний люк, заполняя трубопроводы на всасывающей стороне кислотой из сборника 10. Затем переключают вентили и насосом перекачивают кислоту из цистерны в сборник.

      Растворы  антисептиков и питательных веществ  готовят в сборниках 40 и 42 с мешалками и насосами 41 перекачивают в производство.

      Предусмотрено кислотное асептирование неразбавленной мелассы, предназначенной для дрожжевого сусла. Мелассу из резервуаров мелассохранилища насосом 43 подают через автоматический пробоотборник в буферные сборники 15, расположенные над весами 14. Взвешенная меласса проходит лопастный смеситель 13, где к ней добавляют серную или соляную, а также ортофосфорную кислоту или диаммонийфосфат и антисептики из соответствующих сборников. Для этого в весовом отделении устанавливают сборники 10, 7 и 9 соответственно для суточного запаса кислот, питательных солей и антисептика Количество кислот и питательных солей, рассчитанное на всю мелассу, вносят в нее для приготовления дрожжевого сусла. Во избежание разложения сахара концентрированной кислотой мелассу разбавляют двух- или трехкратным объемом воды в смесителе 12, снабженном смотровым фонарем. Требуемое количество вспомогательных материалов устанавливают при помощи мерников 8 к 11 или градуированных указателей уровня в сборниках После смесителя мелассу направляют в один из сборников асептированной мелассы 39 Для усреднения мелассы в течение смены ее берут из нескольких резервуаров мелассохранилища. В сборниках ме лассу дополнительно перемешивают при помощи насоса 38 высокой производительности

      Взвешенная  меласса, предназначенная для основного  сусла, поступает через смеситель  без добавления кислот и питательных  солей в сборник 37 суточного запаса. В эту мелассу вносят только раствор антисептика из напорного сборника.