Виробництво етилового спирту із зернової сировини

     Очищення  спирту-сирцю від домішок виробляють в даний час переважно на ректифікаційних  установках безперервної дії, в яких спирт-сирець звільняється від домішок  у відповідності зі значеннями коефіцієнтів випаровування. Такі установки використовуються на лікеро-горілчаних заводах, де основною сировиною є спирт-сирець.

     Ректифікований  спирт в даний час на спиртових  заводах одержують безпосередньо  з бражки на брагоректифікаційних установках побічної дії. В установку входять три колони: бражна. епюрацйна і ректифікаційна. У бражний колоні з браги виділяють етиловий спирт і леткі домішки, в епюраційній відділяють головні домішки, в ректифікаційної отримують ректифікований спирт. До складу установки входять дві додаткові колони - сивушна та остаточне. Сивушна колона призначена для виділення фракції вищих спиртів (сивушне масло) та їх концентрації, а остаточна колона - для додаткового звільнення етилового спирту від домішок.

     На  установці побічної дії процес ректифікації здійснюється наступним чином. Бражку підігрівають до 90 ° С в бражному підігрівачі і подають на верхню тарілку бражний колони, до якої знизу надходить гріюча пара. Пари, які піднімаються з бражний колони, надходять в конденсатор через бражний підігрівач, де віддають тепло надходить до бражні колону зрілої бражці. У конденсаторі пар повністю конденсується і отриманий конденсат фортецею 45 - 55 об.% Надходить у епюраційну колону.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3.Продуктовий разрахунок виробництва спирту

      

     Виробнича потужність підприємств з виробництва  спирту визначається максимально можливим випуском продукції за прийнятий  період часу роботи на рік на підставі продуктового розрахунку виробництва.

     Продуктовий розрахунок наводиться стосовно до схеми безперервного виробництва спирту, розробленої під ВНИИПрБ (див. рис. 2). Він розбивається на два етапи: розрахунок продуктів до перегонки бражки і розрахунок продуктів брагоректифікації.

     Розрахунок  ведеться на 100 дал спирту при наступних умовах. Продуктивність заводу по спирту 100 дал / добу. На розварювання надходить пшениця крахмалевмістом 52% вологістю 14,5% зі ступенем подрібнення, яка характеризується проходом через сито 1 мм не менше 85%. Вихід спирту з 1 т умовного крохмалю пшениці 65,6 дал.

     Оцукрюючий матеріал: суміш ячмінного, вівсяного і просяного солодів в співвідношенні 2:1:1. Норма витрати солоду по вихідній сировині становить 15,5% до маси крохмалю сировини, включаючи крохмаль солоду. Середня крахмалистість солодового зерна 47%, у тому числі ячменю 49, вівса 42, проса 48%. Втрати крохмалю при солодоращении становлять 16%.

      

     3.1. Розрахунок продуктів  до перегонки

      

     Витрата крохмалю. Для отримання 100 дал спирту витрачається 100: 065,6 = 1,524 т, або 1524 кг умовного крохмалю пшениці.

     На  оцукрювання цієї кількості крохмалю буде витрачено 1524 ∙ 0,155 = 236,2 кг солодового зерна.

     Всього  з солодовим зерном (з урахуванням  втрат на вирощування солоду) буде введено 236,2 ∙ 0,47 ∙ 0,84 = 93,25 кг крохмалю.

     З пшеницею, що надходить на розварювання, вводиться 1524 - 93,25 = 1430,75 кг крохмалю, з цієї кількості крохмалю буде отримано 93,9 дал спирту.

     Витрата пшениці на розварювання. Для отримання 93,9 дал спирту необхідно 1430,75 ∙ 100:52 = 2751 кг зерна (52-крахмалистость пшениці,%).

     До  складу пшениці входять (в% и кг на 93,9 дал спирту відповідно):

     Зброджувані речовини 52 1430,75

     Незброжуемі речовини 33,5 921,7

     Усього  сухих речовин 85,5 2352,45

     Вода 14,5 398,55

     Разом 100 2751

      

     Приготування  замісу. Витрата гарячої води, що надходить на приготування замісу в змішувач, становить 2751 ∙ 2,72 = 7482,7 кг. Загальна кількість замісу 2751 +7482,7 = 10233,7 кг.

     Вміст сухих речовин в замісі складе 2352,45 ∙ 100: 110233,7 = 23,0%.

     Теплоємність  замісу З зам = С СВ ∙ 0,230 + З води ∙ 0,77 = 1,5 ∙ 0,230 + 4,2 ∙ 0,77 = 0,345 + 3,23 = 3,58 кДж / (кг ∙ К).

      

     Розварювання. Витрата вторинної пари тиском 0,04 МПа на нагрів замісу в підігрівачі  від 44,5 до 80 ° С складе

     10233.7 ∙ 3,58 (80-44,5) ∙ 1,04 / (2687,92-457,17) = 606,3 кг,

     де 80-температура замісу в підігрівачі, ° С;

     44,5 - температура замісу в змішувачі, ° С;

     1,04 - коефіцієнт, що враховує втрати  тепла в підігрівачі;

     2087,92 - теплоємність пари при тиску 3,04 МПа, кДж / кг;

     457,17 – теплоємність конденсату при тиску 0,04 МПа, кДж / кг.

     Кількість нагрітого замісу, що виходить з  підігрівача, 10233,7 + 606,3 = 10 840 кг.

     Витрата гострої пари тиском 0,6 МПа на нагрів підвареного замісу в контактній головці складе:

     10840 ∙ 3,58 (135-80) ∙ 1,04 / (2762,9-568,2) = 1011,5 кг,

     де 135-температура замісу в контактній головці, ° С;

     2762,9 – теплоємність пари при тиску 0,6 МПа, кДж / кг;

     568,2 – теплоємність конденсату при 135 ° С, кДж / кг.

     Кількість маси, що виходить з варильного апарату, складе 10 840 + 1011,5 = 11851,5 кг.

      

     Сепарація пара. Кількість вторинної пари, що виділяється в паросепараторі, становить

     11851,5 ∙ 3,58 (135-108,74) ∙ 1,04 / (2687,92-457,17) = 519 кг,

     де 108,74 - температура вторинної пари при тиску 0,04 МПа, ° С;

     2687,92 – теплоємність вторинної пари, кДж / кг;

     457,17 – теплоємність конденсату, кДж / кг.

     Недолік вторинної пари, що направляється  в підігрівач (606,3-519,0 = 87,3 кг), заповнюється циркуляційним пором, відведеного  з зрівняльної лінії і варильної  колони I ступеня.

     З урахуванням витрати циркуляційного пара на нагрівання замісу в підігрівачі  загальна витрата гострої пари на розварювання складе 1011,5 +87,3 = 1098,8 кг.

     Кількість розвареної маси, що виходить з паросепаратора, складе 11851,5-519,0 = 11332,5 кг.

     Питома  витрата гострої пари на розварювання за масою очищеного сировини складе

     1153,8 ∙ 100: 2751 = 39,9%.

      

     Двоступенева  вакуум-охолодження з проміжним  двухпотоковому оцукрювання розвареної маси. Розварена маса після сепаратора поділяється на два рівних потоку і надходить у два вакуум-випарника I ступеня. Кількість розвареної маси, що надходить в кожен випарник, становить 11332,5:2 = 5666,25 кг. Кількість вторинної пари, що утворюється в одній вакуум-випарної камері I ступеня при зниженні температури з 108,74 до 62 ° С, складе 5666,25 ∙ 3,58 (108,74-62) / (2354,8-3,58 ∙ 62) = 444,5 кг, де 108,74 і 62 - відповідно початкова та кінцева температури розвареної маси в випарної камері, ° С; 2354,8 - теплота пароутворення при 62 ° С, кДж / кг. У двох випарних камерах виділиться вторинної пари 889 кг.

     Обсяг пара, що виділився в одній випарної камері, складе 444,5 ∙ 7,1 = 3155,9 м3,

     де 7,1-об'єм 1 кг вторинної пари при температурі 62 ° С, м3, в двох камерах - 6311,8 м3.

      

     Витрата води на один барометричний конденсатор  становить 444,5 ∙ (2615 - 4,2 ∙ 45) / [4,2 ∙ (45 -20)] = 10270 кг, де 444,5 - кількість пари, що надходить в один барометричний конденсатор, кг; 2615 – теплоємність пари при 62 ° С, кДж / кг; 4,2 - питома теплоємність води, кДж / (кг ∙ К); 45 і 20 - температура минає і надходить в конденсатор води, ° С. На два барометричних конденсатора витрачається

     10270 ∙ 2 = 20540 кг води.

     Кількість маси, що виходить з однієї випарної камери в оцукрювач, складе 5666,25 - 444,50 = 5221,75 кг. У два оцукрювач надійде 10443,5 кг охолодженої розвареної маси.

      

     Витрата солодового молока на оцукрювання розвареної маси. З 236,2 кг солодового зерна з  урахуванням збільшення його маси на 40% буде отримано 236,2 ∙ 1,4 = 331 кг солоду, в тому числі ячмінного - 165,5, просяного - 82,75, вівсяного - 82,75 кг .

     Солодове  молоко готується при співвідношенні суміші солодів та води 1: 4,5.

     Усього  солодового молока надійде в два  оцукрювач 331 + (331 ∙ 4,5) = 1820,5 кг.

     Обсяг солодового молока по відношенню до розвареної масі, що надходить з випарних камер, складе 1820,5 ∙ 100 / 10443,5 = 17,4%.

      

     Визначення  концентрації сусла в оцукрювач. Охолоджена розварена маса, розділена на два рівних потоку, надходить в 1-й і 2-й оцукрювач, де змішується з солодовим молоком у співвідношеннях відповідно 1: 2 / з і 1: 1 / з.

     Для приготування дріжджів відбирається 11,1% обсягу сусла з оцукрювач при нормальній дозуванні солодового молока. З урахуванням цього кількість напівпродуктів при роботі по режиму двох-поточного оцукрювання складе:

     розвареної  маси 10443,5 - (10443,5 ∙ 0,111) = 9284,3 кг;

     солодового  молока 1820,5 - (1820,5 ∙ 0,111) = 1618,4 кг.

     Тоді  в 1-й оцукрювач надійде:

     розвареної  маси 9284,3: 2 = 4642,15 кг (50% від загальної  кількості);

     солодового  молока 1618,4 ∙ 2: 3 = 1078,9 кг.

     Всього  в 1-й оцукрювач надійде 4642,15 + 1078,9 = 5721,0 кг напівпродуктів.

     У 1-й оцукрювач вводиться наступна кількість крохмалю (без обліку відбору сусла на дріжджі):

     з розвареної масою (з урахуванням втрат при розварюванні 2% від введеного крохмалю) -

     1430,75: 2 - (1430,75: 2) ∙ 0,02 = 715,4 - 14,3 = 701,1 кг;

     з солодовим молоком (з урахуванням  втрат крохмалю на вирощування солоду) - 93,25 - 2: 3 = 62,17 кг;

     всього - 701,1 + 62,17 = 763,27 кг.

     Загальні  втрати з нерозчинених крохмалем  становлять 2,5% від введеного. Отже, кількість нерозчиненого крохмалю складе 763,27 ∙ 0,025 = 19,08 кг.

     Кількість крохмалю, що знаходиться в розчиненому  стані в 1-м оцукрювач, складе 763,27 - (19,08 + 14,3) = 729,9 кг.

     Співвідношення  мальтози М і декстринів Д у  фільтраті сусла приймаємо рівним 2: 1, тоді кількість мальтози складе

     763,27 ∙ 0,66 ∙ 1,0555 = 531,7 кг; декстринів - 763,27 ∙ 0,33 = 251,9 кг, а М + Д = 531,7 + 251,9 = 783,6 кг.

     У суслі з 1-го оцукрювач міститься незброджуючих речовин, внесених з пшеницею, 921,7: 2 = 460,85 кг, внесених з солодом -

     331 ∙ 0,27 ∙ 2: 3 = 59,6 кг (де 0,27 - коефіцієнт, що враховує зміст незброджуваних речовин в солоді). Приймаємо, що 30% від загальної кількості незброджуваних речовин переходить в розчинний стан при розварюванні і оцукрюванні. Тоді кількість розчинних незброджуваних речовин, що надходять з пшеницею, складе 460,85 ∙ 0,3 = 138,3 кг, з солодом - 59,6 ∙ 0,3 = 17,9 кг.

     У суслі з 1-го оцукрювач міститься незброджуваних нерозчинних речовин, внесених з пшеницею, 460,85 - 138,3 = 322,55 кг, внесених з солодом - 59,6-17,9 = 41,7 кг. Загальна кількість незброджуваних речовин в дробини сусла з 1-го оцукрювач з урахуванням незброджуваних речовин, що утворюються при розварюванні, складе 322,55 + 41,7 +14,3 = 378,55 кг.

     Загальна  кількість сухих речовин у  фільтраті сусла з 1-го оцукрювач 729,9 + 138,3 +17,9 = 886,1 кг, в дробини - 378,55 + 19,08 = 397,6 кг. Всього в нефільтрованому суслі міститься 886,1 +397,6 = 1283,7 кг, або 1283,7 ∙ 100 / (10443,5: 2 + 1820,5 ∙ 2:3) = 19,9% сухих речовин. З цієї кількості зброджувані речовини становлять 729,9 +19,08 = 749 кг, незброджувані - 138,3 +17,9 +378,55 = 534,75 кг.

     Загальний вміст води в суслі з 1-го оцукрювач 6435,45 - 12,83,7 = 5151,7 кг. На переклад крохмалю в мальтозу витрачається

     531,7 - (729,9 ∙ 0,66) = 50 кг води. Отже, кількість вільної води в нефільтрованому суслі з 1-го оцукрювач складе

     5151,7 - 50 = 5101,7 кг. Маса фільтрату сусла  886,1 +5101,7 = 5987,8 кг.

     Концентрація  сухих речовин (у відсотках за цукрометром) в фільтраті сусла складе

     886,1 ∙ 100: 5987,8 = 14,8%.

     Продуктовий розрахунок 2-го оцукрювач ведеться аналогічно.