Диплом про спирт. Спиртовая промышленность Российской Федерации является одной из крупнейших отраслей пищевой индустрии
 Скачать 474.88 Kb.
|
 Содержание Введение......................................................................................................5 1 Технологическая часть...............................................................................6 1.1 Анализ схем и выбор оптимального варианта.........................................6 1.2 Описание технологической схемы............................................................7 1.3 Расчёт продуктов.........................................................................................8 1.4 Расчёт и подбор оборудования.................................................................18 2 Организация технохимического контроля и его метрологическое обеспечение..................................................................31 3 Безопасность и экологичность производства..........................................38 Список использованных источников.......................................................40 ВведениеСпиртовая промышленность Российской Федерации 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 Технологическая часть1.1 Анализ схем и выбор оптимального варианта Существует 2 основных способа получения этанола – микробиологический (спиртовое брожение) и синтетический (гидратация этилена): Брожение: Известный с давних времён способ получения этанола – спиртовое брожение органических продуктов, содержащих углеводы (виноград, плоды и т. п.) под действием ферментов дрожжей и бактерий. Аналогично выглядит переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы, источником получения топливного спирта также является вырабатываемый из тростника сахар-сырец. Реакция эта довольно сложна, её схему можно выразить уравнением: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2. Раствор, получаемый в результате брожения, содержит не более 15 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи нежизнеспособны. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции. Для получения этанола этим способом наиболее часто используют различные штаммы дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae, в качестве питательной среды предварительно обработанные древесные опилки и/или раствор, полученный из них. Гидратация этилена: В промышленности, наряду с первым способом, используют гидратацию этилена. Гидратацию можно вести по двум схемам: прямая гидратация при температуре 300 °C, давлении 7 МПа, в качестве катализатора применяют ортофосфорную кислоту, нанесённую на силикагель, активированный уголь или асбест: CH2=CH2 + H2O → C2H5OH гидратация через стадию промежуточного эфира серной кислоты, с последующим его гидролизом (при температуре 80—90 °С и давлении 3,5 МПа): CH2=CH2 + H2SO4 → CH3-CH2-OSO2OH (этилсерная кислота) CH3-CH2-OSO2OH + H2O → C2H5OH + H2SO4 Эта реакция осложняется образованием диэтилового эфира. Для химической, машиностроительной, автомобильной промышленности, а также в ветеринарии и фармакопеи реализуется последний метод как наиболее экономически выгодный и позволяющий получить сырье приемлемого качества,  первый же метод используется в медицинской и, в основном, в пищевой промышленности. В данной работе будет рассматриваться получение этанола из углеводсодержащих веществ брожением, так как сырье, получаемое таким образом, имеет высшее качество и органолептические характеристики, к тому же, конкретно в нашей стране этот способ является наиболее распространенным.Материал, применяемый для получения спирта, должен ежегодно воспроизводиться в количествах, достаточных для промышленной переработки, иметь высокое содержание крахмала или сахара и хорошо сохраняться, что обеспечивает экономическую целесообразность производства. Этим условиям удовлетворяют клубни картофеля, злаки и сахарная меласса. Главные недостатки картофеля как сырья – трудоемкость возделывания, плохая сохраняемость из-за высокого содержания влаги и подверженность заболеваниям. Мелассой называют последний маточный раствор – оттек, получающийся при отделении кристаллов сахарозы на центрифугах. Это отходы от производства сахара из свеклы и тростника. В нашей стране сахарный тростник не произрастает, а при переработке свеклы выход мелассы всего 3-5% от первоначальной массы сырья. Этим обуславливается экономическая невыгодность данного материала. Таким образом, наиболее удобным веществом для производства спирта являются злаковые: кукуруза, рожь, пшеница, ячмень, овес. К тому же, конкретно в нашем районе России это весьма распространенная сельскохозяйственная культура. 1.2 Описание технологической схемы Зерно, доставляемое со склада автомашиной, с помощью авторазгрузчика (1) ссыпается в приемный бункер (2) ,норией (3) подается в бункеры 2-3-х суточного запаса (4). Из бункеров (4), которые обычно располагаются около подработочного отделения, зерно винтовым конвейером (5) и норией (6) транспортируется через весы (7) на воздушно-ситовой (8) и электромагнитный (9) сепараторы, где зерно очищается от пыли, земли, камней, металлических и других примесей. В зерне после очистки не должно содержаться металлических примесей и сорных допускается в количестве не более 1%. Очищенное зерно взвешивается на автоматических весах (10) и поступает в бункер (11) и далее на молотковую дробилку (12). Измельченное зерно, характеризующее 50-65%-ным проход частиц через сито с диаметром отверстий 1мм, норией (13) отводится на просеивающую машину (14), где на ситах с отверстиями 1 мм от помола отделяются частицы диаметром более 1 мм. Эти частицы через промежуточный бункер (15) направляются на вальцовый станок (16) , после которого собираются в сборник тонко измельченного зерна (17), рассчитанный не менее, чем на 8 ч работы завода, что обеспечивает его бесперебойную работу и позволяет не дробить зерно в ночную смену. Сюда же поступают частицы размером 1 мм и менее, прошедшие сразу через ситовую поверхность просеивающей машины (14). После рассева рекомендуется устанавливать бункер, рассчитанный на его заполнение в течении 2-3 ч. После заполнения бункера включают вальцовый станок и весь продукт доизмельчается в течение 1,0-1,5 ч. По такой схеме степень измельчения зерна характеризуется проходом через сита 1 мм, может достигать 85-95%.Тонко измельченное зерно из бункера (14) с помощью дозатора 18 подается в смеситель (19), где смешивается с теплой водой температурой 60-650С и бактериальным ферментным препаратором – источником α-амилазы (2). Расход α-амилазы составляет 1,5-6,0 ед АС/г крахмала. Соотношение зерна и воды, поступающего в смеситель, составляет 1 : 3,0 ÷ 3,2 и устанавливается в зависимости от крахмалистости зерна с учетом того, чтобы концентрация сусла в осахаривателе была 16-17% по сахарометру. Температура замеса в смесителе поддерживается 50-550С. В смесителе должно обеспечиваться равномерное перемешивание измельченного сырья, вода и раствора α-амилазы. В смесители происходит начальная стадия разжижения крахмала и растворение сухих веществ за счет действия бактериальной α-амилазы, обеспечивается нормальная текучесть массы. Замес насосом 25 подается на контактную головку 21, где подогревается вторичным или острым паром до температуры 70-720С, и далее поступает в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени ГДФО-1 (3). Его объем обеспечивает выдержку в нем замеса не менее 2-2,5 ч. После заполнения аппарата примерно на 1/3 включается циркуляционный контур с центробежным насосом (23) для перемешивания массы в аппарате. Коэффициент заполнения аппарата составляет 0,75-0,80, температура массы при переработке зернового замеса должна поддерживаться в пределах 65-700С. На этой стадии ферментативной обработке в аппарате ГДФО-1 происходит клейстеризация крахмала, декстринизация и частичный гидролиз крахмала под действием введенной α-амилазы, а также собственных ферментов зерна, если они находятся в активном состоянии. Эти процессы сопровождаются интенсивным растворением сухих веществ зерна. Далее замес из аппарата ГДФО-1 самотеком или с помощью дозатора отводится в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки второй ступени ГДФО-1 (24). Это аппарат, разделенный на 3 секции, вертикальной конструкции по опыту Мицуринского спиртзавода. В первой секции аппарат а ГДФО-II крахмалистая масса выдерживается при перемешивании в течение 15-16 мин. При температуре 65-720С, после чего перетекает во вторую секцию, где нагревается острым паром до 72-750С и выдерживается также 15-16 мин. В зоне этих температур происходит более интенсивная клейстеризация крахмала сырья. В третьей секции температура массы поднимается до 85-950С. В этих услоывиях в течение 15-16 мин клейстеризуются наиболее труднодоступные крахмальные гранулы, происходит стерилизация массы. С помощью насоса масса перекачивается в паросепаратор (27) , выполняющий роль накопителя. При переработке недоброкачественного дефектного сырья необходимо более жесткий тепловой режим. В этом случае насосом (25) масса подается на контактную головку (26), где подогревается острым паром до температуры 110-1150С. При этой температуре масса проходит трубчатый стерилизатор (30)в течение 5-6 мин и выдувается в паросепаратор (27).В паросепараторе от разваренной массы, в результате перепада давления, отделяется вторичный пар, который направляется на подогрев замеса. Масса в паросепараторе выдерживается 15-20 мин при температуре 104-1050С и давления 0,03-0,04 МПа. Из паросепаратора (27) разваренная масса поступает в вакуумный испаритель-осахариватель (31). В поток разваренной массы вводят осахаривающие средства с помощью специальных пневматических дозаторов (29) из сборника (28). Расход α-амилазы составляет 0,5-1,0 ед АС/г условного крахмала, глюкоамилазы 6,0 ед ГлА/г крахмала. 1.3 Расчёт продуктов Исходные данные: 1) производительность завода - 2500 дал ректификованного безводного спирта в сутки; 2) очищенное от примесей сырье - рожь (крахмалистость 53%, влажность 14,5%) и тритикале (крахмалистость 52,7%, влажность 14,5%), принимаем переработку зерна в соотношении 1:1, т.е. 50 % ржи и 50 % тритикале; 3) используемые ферментные препараты - Амилосубтилин Г3х (массовая доля сухих веществ 92%, амилолитическая активность АС 1000 ед/г, расход по АС - 2ед/г условного крахмала) и Глюковамарин Г3х (массовая доля сухих веществ 92%, глюкоамилазная активность ГлС 330ед/г, расход по ГлС - 6,2 ед/г условного крахмала). Плановый выход спирта из 1 т условного крахмала с учетом технических усовершенствований составит 64,8∙0,5+65,5∙0,5+0,7=65,85 дал, где 64,8 - нормативный выход спирта из 1 т условного крахмала ржи по непрерывной схеме, дал; 65,5 - нормативный выход спирта из 1 т условного крахмала тритикале по непрерывной схеме, дал; 0,7 - надбавка к выходу спирта из 1 т переработанного крахмала при замене солода глубинной культурой микроорганизмов, дал. 1.1.1 Крахмал Определяем общий расход крахмала для получения 100 дал спирта 1000*100/65,85=1518,6 кг где 65,85 - выход спирта из 1 т условного крахмала ржи и тритикале, дал. 1.1.2 Зерно Определяем расход ржи и тритикале для получения 100 дал спирта 1518,6*100/52,85=2873,4 кг где 52,85 - условная крахмалистость ржи и тритикале,%. 1.1.3 Замес Принимаем гидромодуль смеси равный 3. Определяем расход теплой воды, поступающей на приготовление замеса в смеситель2873,4*3=8620,2 кг На приготовление замеса используется отработанная теплая вода от дефлегматора, температура замеса 50-55ºС. 1.1.4 Ферментный препарат Определяем расход ферментного препарата Амилосубтилин Г3х для разжижения замеса в смесителе 2*1518,6/1000=3,04 кг где 2 - единицы АС, требующиеся для разжижения 1 т условного крахмала; 1518,6 - количество условного крахмала, кг; 1000 - амилолитическая активность препарата Амилосубтилин ГЗх, ед/г. 1.1.5 Дозировании препарат При дозировании препарат разбавляется питьевой водой в соотношении 1: 10, т.е. до 35 л. Общее количество замеса в смесителе составляет 2873,4+8620,2+35=11528,68 кг Содержание сухих веществ в замесе составляет (2456,77+3,04*0,92)/1152,68*100=21,33% где 0,92 - содержание сухих веществ в Амилосубтилин ГЗх, в долях единицы. 1.1.6 Теплоемкость замеса Теплоемкость замеса Сзам, кДж/кг*град, находим по формуле  где Ссв - удельная теплоемкость сухого вещества зерна (для крахмала равна 1,5 кДж/кг·град); С воды - удельная теплоемкость воды, которая равна 4,2 кДж/кг·град. Сзам=1,5*0,213+4,2*0,787=3,63 кДж/кг*град Ферментативная обработка (I-я ступень) Определяем расход греющего пара давлением 0,6 МПа для нагрева замеса в контактной головке перед аппаратом ферментативной обработкиI ступени от температуры 51до 70,5ºС (115828,68*3,63*(70,5-51)*1,04)/2767-296,17=344 кг где 267 - теплосодержание пара при давлении 0,6 МПа, кДж/кг; 296,17 - теплосодержание конденсата пара при температуре 70,5ºС, кДж/кг. 1.1.7 Количество массы Определяем количество массы, выходящей из аппарата ферментативной обработки I ступени 11528,68+344=11872,68 кг Ферментативно-тепловая обработка (II-ая ступень) Определяем расход греющего пара давлением 0,6 МПа на нагрев крахмалистой массы в аппарате ферментативной обработкиII ступени от температуры 70,5 до 93ºС (11872,68*3,63*(93-70,5)*1,04)/(2767389,37)=424,16 кг где 389,37 - теплосодержание конденсата пара при температуре 93ºС. 1.1.8 Количество крахмалистой массыНаходим количество крахмалистой массы, выходящей из аппарата ферментативной обработки IIступени 11872,68+424,16=12296,84 кг Определяем расход острого греющего пара давлением 0,6 МПа, поступающего в контактную головку, для стерилизации массы при температуре 105ºС (12296,84*3,63(105-93)*1,04)/(2767-439,6)=239,36 кг 1.1.8 Количество стерилизованной массы Определяем количество стерилизованной массы, выходящей из трубчатого стерилизатора и поступающей в паросепаратор 12296,84+239,36=12536,2 кг Находим удельный расход острого греющего пара на ферментативно - тепловую обработку крахмалистой массы (по массе зерна) (344+426,16+239,36)/2873,42*100=35,06% Вакуум - охлаждение крахмалистой массы до температуры осахаривания Определяем количество вторичного пара, образующегося в испарителе-осахаривателе при перепаде температуры со 105 до 58ºС кг,(1253,62*3,63*(105-58))/2359,8-3,63*58=995,14 кг где 2359,8- теплота парообразования при 58ºС, кДж/кг. 1.1.9 Объем выделяющегося пара в испарителе Определяем объем выделяющегося пара в испарителе 995,14*8,45=8408,93 м3 где 8,45 - объем 1 кг вторичного пара при температуре 58ºС, м3. 1.1.10 Определяем расход воды на конденсатор Определяем расход воды на конденсатор (995,14*(2608,6-4,2*45))/(4,2*(45-24))=27299,78 кг где 2608,6 - теплосодержание пара при 58ºС, кДж/кг; 45 и 24-температура отходящей и поступающей воды на конденсатор соответственно, ºС. Определяем количество массы в испарителе-осахаривателе 12536,2-995,14=11541,06 кг 1.1.11 Осахаривание крахмалистой массы Осахаривание крахмалистой массы Определяем расход ферментного препарата Глюкаваморин ГЗх для осахаривания крахмалистой массы в испарителе-осахаривателе 6,2*1518,6/330=28,53 кг где 6,2 - единицы глюкоамилазной активности, требующиеся для осахаривания 1 т условного крахмала; 1518,6 - количество условного крахмала, кг; 330- глюкоамилазная активность препарата Глюкаваморин ГЗх, ед/г. Ферментный препарат Глюкаваморин ГЗх перед применением разводится питьевой водой до объема 300 л. Всего в испаритель-осахариватель поступает крахмалистой массы и суспензии Глюкаваморина ГЗх 11541,06+300=11841,06 кгНа приготовление производственных дрожжей из испарителя-осахаривателя отбирается 8% сусла, что составляет 11841,06*0,08=947,3 кг Количество сусла с температурой 58ºС, поступающего в теплообменник на охлаждение до температуры складки, составляет 11841,06-947,3=10893,76 кг 1.1.12 Сбраживание сусла В бродильное отделение поступает: сусло, охлажденное до температуры складки (24ºС) - 10893,76 кг; производственные дрожжи - 947,3 кг. Всего в бродильное отделение поступит (с учетом производственных вод) (10893,76+947,3)*0,025+10893,76+947,3=12137,1 кг где 0,025- коэффициент, учитывающий объем промывных вод (расход 2,5% по массе продукта). Выход диоксида углерода (теоретически) составит 789,3*0,955=753,8 кг/100 дал где 789,3 - масса 100 дал безводного спирта, кг; 0,955- выход диоксида углерода по отношению к безводному спирту, кг. 1.1.13 Зрелая бражка Выход зрелой бражки составит 12137,1-753,8=11383,3 кг С учетом водно-спиртовой жидкости из спиртоловушкиколичество зрелой бражки составит 11383,3+11383,3*0,025=11667,88 кг Объем зрелой бражки при плотности 1,012 составит 11667,88/1,012=11530дм3 Потери спирта с бардой составляют0,015% или 0,2% по спирту. Всего спирта в бражке с учетом потерь будет 100,2 дал или 100,2*7,8927=790,8 кг Концентрация спирта в зрелой бражке с учетом максимальных потерь 100,2*10/11530*100=8,69 % об. Всего бражки поступит на брагоректификацию с учетом разбавления ее водой при ополаскивании бродильных аппаратов 11530+11530*0,5/100=11587,65 дм3 1.1.14 Расчет расхода формалина Норма расхода формалина составляет 25 л на 1000 дал спирта или 2,5 л на 100 дал спирта. Определяем количество формалина в ферментном препарате Амилосубтилин ГЗх 35*01/100=0,035 л где 0,1 - концентрация формалина в суспензии Амилосубтилина ГЗх,%. Определяем количество формалина в ферментном препарате Глюкаваморин ГЗх  300*0,5/100=1,5 лгде 0,5 - концентрация формалина в суспензии Глюкаваморин ГЗх,%.  Определяем общее количество формалина, вносимого с ферментными препаратами0,035+1,5=1,535 л При плотности формалина 1,0865кг/дм3 его масса составит 1,535*1,0865=1,66 кг Недостающее количество формалина, которое дополнительно должно вноситься в сусло через отдельный сборник формалина 2,5-1,66=0,84 кг 1.1.15 Выход барды На перегонку поступает 11667,88 кг бражки крепостью 8,69%об. или 6,78 % масс. Расход пара в бражной колонне принимается 20 % по массе бражки, что составит 11667,88*0,2=2333,58 кг. Для определения массы водно-спиртовых паров, выходящих из бражной колонны, необходимо учитывать их крепость. Теоретически пары, выходящие из бражной колонны, должны быть равновесны с бражкой, кипящей на верхней тарелке колонны, крепость которой на 1,5-2 % выше крепости поступающей бражки. При кипении бражки крепостью 8,69 %об. поднимаются пары крепостью 47,15 % массовых. Масса водно-спиртовых паров, выходящих из колонны составит 790,8*100/47,15=1677,2 кг Объем барды Vбар, дм3, находим по формуле Vбар=Vбр+P - Vс/с, (2) где Vбр - объем бражки, дм3; Р - расход пара на перегонку; Vс/с - объем спирта-сырца, дм3. Объем спирта-сырца составит Vс/с=1000*100/88=1136,3 дм3, Vбар=11530+2333,58 - 1136,3=12727,28 дм3 Выход барды на 1 дал безводного спирта 12727,28/100*10=12,72 дм3 Все полученные данные заносим в таблицу 1.1 Таблица 1.1 - Сводная таблица продуктов спиртового производства
Предлагаемая технология переработки барды в сухой кормопродукт включает три основные стадии: 1) Разделение барды на жидкую и дисперсную фазы (декантерная станция, включающая в себя две декантерные центрифуги);2) Упаривание фильтрата барды до содержания сухих веществ 40% (выпарная линия); 3) Сушка продуктов 1 и 2 стадий (система сушки барды). Полученная сухая барда (белково-углеводная кормовая добавка в рационы сельскохозяйственных животных и птицы) охлаждается и в сыпучем состоянии отправляется потребителям (при необходимости упаковывается). 1 стадия Разделение барды на жидкую и дисперсную фазы (декантерная станция, включающая в себя две декантерные центрифуги). Основные показатели Исходное сырье: послеспиртовая барда (7,65 % по а. с. в.) - 8000 кг в час. Выход продукта: - фильтрат (4,5 % по а. с. в.) - 7040 кг в час; - влажный кэк (32-35 % по а. с. в.) - 960 кг в час. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тритикале (ρ=700кг/м3)