Технология и техническое оснащение спиртового завода мощностью 2000 далл

Сусло из осахаривателя через ловушку 30 поступает в испарительную камеру второй ступени 21, в которой с помощью барометрического конденсатора 24 с манометром 22 и пароэжекторного вакуум – насоса 25 поддерживается разрежение 0,093-0,099 МПа. Сусло охлаждается до 25-22 и стекает в сборник 29 с регулятором уровня 28. Барометрическая вода из барометрического   конденсатора второй ступени 24 отводится в сборник и частично откачивается насосом 27 на пароэжекторную установку, работающую на остром паре, поступающем из коллектора 23, конденсат с водой из пароэжекторной установки 24 отводится в тот же сборник 26. Охлажденное до температуры складки сусло перекачивается насосом 27 в бродильное отделение. Сусло для дрожжей этим же насосом 27 перекачивают в дрожжевое отделение непосредственно из осахаривателя 31, минуя вторую ступень охлаждения.

Вода из сборника 26 температурой 10-12 может быть использована также для охлаждения в конденсаторе 18. Таким образом, по данной схеме охлаждение разваренной массы и сусла через поверхность теплообмена полностью исключается. Весь процесс охлаждения происходит в замкнутой системе.

Выбор и  обоснование способа сбраживания  сусла. В настоящее время на спиртовых заводах Казахстана и стран СНГ применят непрерывно-проточный, циклический и периодические способы сбраживания зерно-картофельного сусла.

Периодический способ – это классический способ брожения, который предусматривает  проведения процесса от начала до конца  в одном аппарате. При этом в  бродильный аппарат заливают подготовительное сусли необходимое количество производственных дрожжей и оставляют на брожжение  в течении 72 часов. После окончания брожения получившуюся зрелую бражку перекачивают в брагректификационное отделение, бродильный аппарат моют, дезинфицируют и весь цикл повторяет снова.

Сущность  непрерывно-проточного способа заключается  в том, что процесс брожения расчленяется на три основные стадии – возбраживание, главное брожение и дображивание, каждая из которых проводится  в одном или нескольких бродильных аппаратах, последовательно соединенных в батарею. Сусло в первом, головном аппарате, засевается дрожжами, концентрация их в течение всего процесса поддерживается постоянной и регулируется скоростью притока свежего сусла в этот аппарат. Сброженное сусло – зрелая бражка, выводится из последнего, концевого аппарата.

Внедрение непрерывно – поточного метода сбраживания  крахмалистого сырья связано  с реконструкцией не только бродильного  и дрожжевого цеха, но также и  с реконструкцией узла осахаривания. УкрНИИ Спиртовой промышленности рекомендует  для обеспечения непрерывности  поступления осахаренного сусла  на брожение иметь две параллельные линии приготовления солодового молока, две линии осахаривания и  расхолаживания. Одна линия наводится  в работе, другая на это время  переключается на стерилизацию. Такое  дублирование технологического оборудования и коммуникаций, особенно на заводах  малой мощности, где не всегда имеется  резерв производственных площадей, не может способствовать успеху внедрения  новой схемы и росту производительности труда.

При циклическом способе возбраживание  и главное брожение протекает  непрерывно, а дображивание – периодически. Для работы по этому способу в  бродильном отделении должны быть установлены 2-3 дрожжанки с мешалками , 1 возбраживатель, 6-8 бродильных аппаратов, насос. Аппараты соединяются переточными трубами, в начале которых устанавливаются  затворы с запирающими дисками , что позволяет изолировать аппараты во время стерилизации.

Вначале поток  сбраживаемой массы движется из аппарата в аппарат в одном направлении, а во втором цикле – в обратном. Для перетока каждый аппарат соединяется с соседними двумя переточными трубами, одна труба предназначена для соединения с верхним выходным отверстием предыдущего, а другая – с нижним выходным отверстием следующего аппарата. При смене цикла крайние бродильные аппараты в батарее попеременно становятся головными. Сусло поступает в батарею по трубопроводам, подведенным к каждому крайнему аппарату. Дрожжи готовятся периодическим способом в дрожжанках, затем выращивание дрожжей происходит в возбраживателе, вместимость которого составляет 25-30% вместимости головного бродильного аппарата батареи. Продолжительность размножения дрожжей в дрожжанках и возбраживателе составляет 14 – 16 часов. Кислотность сусла в дрожжанках 0,9-1,2, в возбраживателе 0,5-0,6 (устанавливается добавлением раствора серной кислоты). Концентрация дрожжевых клеток за весь период размножения в дрожжанках возрастает с 20-25 до 80-100 млн./мл.

В дрожжанках дрожжи размножают на сусле, дополнительно  осахаренном в течение 40-60 мин, пастеризованном  при температуре 75-78 в течение 20-30 мин и охлажденном; в возбраживатель сусло из нормального сырья поступает из общей магистрали без пастеризации, но с указанной кислотностью.

При переработке  нормального сырья разрешается  применять вместо дрожжей отъемы сбраживаемой среды. Отъем берут  из первого по потоку бродильного  аппарата (в количестве 25 – 30 % его  вместимости) при концентрации сусла 9-11% СВ по сахаромеру, перекачивают его насосом в предварительно помытый и пропаренный возбраживатель , подкисляют серной кислотой до 0,7-0,9, охлаждают до 21-23 и оставляют на дображивание до концентрации 5,0-5,5% СВ по сахаромеру, которое продолжается 6-8 часов. После этого отъем направляют в первый бродильный аппарат, а возбраживатель после опорожнения промывают, пропаривают и заполняют вновь сбраживаемой средой. Одновременно с вводом дрожжей в первый бродильный аппарат начинают приток сусла. После заполнения головного аппарата бродящая масса по переточной трубе поступает во второй , затем в третий и последующие аппараты батареи.

Через 20-24 часа, предварительно уменьшив приток сусла, в первый головной аппарат спускают из возбраживателя второй отъем, а перед  началом заполнения предпоследнего аппарата батареи в головной аппарат  спускают третий отъем из возбраживателя. После заполнения предпоследнего аппарата прекращают приток сусла в головной аппарат и открывают приток дрожжей  и сусла в последний аппарат, который к этому времени должен быть освобожден, промыт и простерилизован.

Одновременно  с началом притока сусла в  крайний аппарат в него подают дрожжи или приготовленный отъем  сбраживаемой среды, после чего этот аппарат становится головным в следующем  цикле брожения. В этот период зрелая бражка первого цикла брожения из предпоследнего аппарата поступает  на перегонку, после нее направляется бражка из предыдущего и т.д.

Таким образом, перегоняется бражка из каждого предыдущего  аппарата вплоть до бывшего головного.

При 8 – членной  батарее в каждом цикле заполняют  семь аппаратов, число заполняемых  за один цикл соответственно увеличивается. Непрерывное заполнение батареи  из семи аппаратов продолжается 25-30 часов, периодическое дображивание – 30 – 35 часов.

Главное брожение протекает в первых двух аппаратах, где температура не должна быть выше 29 – 30 , в последующих происходит дображивание при температуре 27-28. Продолжительность сбраживания крахмалистого сырья при циклическом процессе сокращается до 60 часов.

При циклическом  способе по окончании брожения стерилизация аппаратов осуществляется последовательно  от головного к крайнему, затем  в обратном порядке – от крайнего к головному и т.д.

Следует отметить, что продолжительность пребывания бражки в отдельных аппаратах  батареи неодинаковая: большая в  головных и меньшая в концевых, что может вызвать инфицирование  и закисание бражки в головных аппаратах. Возможность закисания  уменьшается при подаче в головные аппараты большего количества производственных дрожжей. При работе по этому способу  подготовка сусла и солодового молока должна осуществляться по двум параллельным линиям, работающим одновременно. В  каждую линию входят солодробилка, сборники солодового молока, осахариватель  и теплообменник.

Использование двух линий подготовки сырья позволяет  при отключении одной из них на стерилизацию работать на второй без  прекращения притока сусла в  батарею. Стерилизацию каждой линии  проводят через 24 часа, линию приготовления  солодового молока стерилизуют 1 раз  в смену.

Переход на полунепрерывный  способ брожения позволяет увеличить  съем спирта с 1 бродильной емкости на 0,3 дал/сут по сравнению с периодическим способом брожения.

Циклический способ и по выходу спирта из 1т. крахмала, и по съему спирта с 1м³ объема бродильного чана, и по некоторым другим показателям брожения имеют более высокие результаты, чем периодический способ. Поэтому мы в нашем проекте выбираем циклический способ сбраживания сусла.

Выбор и обоснование  брагоректификационной установки. В настоящее время главным видом оборудования для выделения и очистки спирта в спиртовой промышленности являются брагоректификационые установки. Они обладают высокими эксплуатационными качествами: стабильны в работе, легки в управлении и регулировке, обеспечивают выработку спирта  высокого качества.  Основные критерии оценки совершенства этих установок – технологические и теплотехнические показатели их работы. Необходимо учитывать также условия эксплуатации установок и их металлоемкость как основной параметр, определяющий стоимость установки. Основываясь на этом, можем провести сравнительный анализ наиболее характерных типов брагоректификационных установок.    

На протяжении уже многих лет типовыми в спиртовой  промышленности были брагоректификационные установки (БРУ) косвенного действия, обеспечивающие выработку спирта высокого качества при высоком его выходе. Обычно в состав БРУ косвенного действия входят бражная, эпюрационная и ректификационная колонны с дефлегматорами, конденсаторами и вспомогательными элементами.   Единственным, но существенным недостатком таких установок является повышенный удельный расход тепловой энергии и воды. При наличии трех основных колонн они обычно потребляют около 52 кг пара на 1 дал выработанного спирта высшей очистки.

При выборе типа ректификационной колонны  для проектируемого разделения следует  иметь в виду, что тарельчатые  колонны очень малого диаметра значительно  дороже соответствующих насадочных колонн, однако по мере увеличения диаметра стоимость насадочных колонн растет намного быстрее.

Длительный опыт промышленной эксплуатации насадочных колонн показал целесообразность их использования при диаметрах  не более 0,8 м. При дальнейшем увеличении диаметра насадочных колонн ухудшается равномерность распределения флегмы по насадке, образуются каналы по которым преимущественно устремляется флегма, и эффективность колонны резко снижается.

При выборе конструкционных материалов основным критерием является их химическая и коррозионная стойкость в заданной среде. Обычно выбирают материал абсолютно  или достаточно стойкий в среде  при ее рабочих параметрах. К расчетным  толщинам, как правило, добавляют  соответствующие прибавки (на компенсацию  коррозии и эрозии, минусового допуска  и т.д.), в зависимости от срока службы аппарата. Вместе с тем, следует учитывать и другие виды коррозии, которым подвержены некоторые материалы в агрессивных средах.

Другим  критерием при выборе материала  является расчетная температура. Если температура является положительной, для аппаратов, установленных в не отапливаемых помещениях, необходимо учитывать абсолютную минимальную зимнюю температура воздуха, при которой аппарат может находиться под давлением или вакуумом.

Таким образом, выбор конструкционного материала  производится, в зависимости от его  коррозионной стойкости в заданной среде при рабочих условиях –  давлении и температуре.

Кроме названных выше критериев относящихся  к химической промышленности, существует специфический критерий, присущий пищевой  промышленности. Таким критерием  является влияние материала на вкусовые качества продукта и его товарный вид.

В проектируемом  аппарате – эпюрационной колонне  – рабочей средой является водно-спиртовой  раствор, а также его пары. Данная среда не является коррозионной. Аппарат  работает при незначительном избыточном давлении, необходимом для поддержания  требуемого гидродинамического режима, поэтому основным фактором, влияющим на выбор конструкционного материала, является влияние материала на органолептические свойства этилового спирта. Исходя из этого условия, согласно рекомендациям для смеси «этиловый спирт-вода» с заданными концентрационными и температурными характеристиками предложены следующие марки сталей, в качестве конструкционного материала для корпуса и внутренних устройств бражной колонны выбираем  легированную сталь марки 12Х18Н10Т. Для изготовления частей колонного аппарата, не контактирующих с рабочей средой, выбираем углеродистую сталь марки Вст3, 20К и сталь 35.

Технологическая схема брагоректификационной установки косвенного действия представлена на рис.6-10. Бражка насосом закачивается в подогреватель бражки, где подогревается спиртово- водными парами бражной колонны до 70-75 и поступает в сепаратор бражки, из которого после отделения диоксида углерода подается на тарелку питания бражной колонны. Из сепаратора бражки паровой поток вводится в конденсатор диоксида углерода , в котором пары спирта конденсируются, а диоксид углерода, неконденсирующиеся газы и часть спирта, уносимого ими, через воздушную коммуникацию поступает в спиртоловушку, сообщающуюся с атмосферой через огневой предохранительный клапан. Греющий пар, введенный в низ бражной колонны, движется по ней вверх и, встречаясь со стекающей навстречу по тарелкам бражкой, вываривает из нее спирт. Бражка, отогнанная от спирта в виде барды, отводится из колонны через бардорегулятор.

Выделенный  из бражки спирт с сопутствующими ему примесями в виде спиртово – водных  паров с содержанием  спирта 40-50% по объему через пеноловушку  поступает в подогреватель бражки, в котором происходит конденсация  паров. Несконденсировавшаяся часть  спиртово-водных паров поступает  в водяную секцию подогревателя  бражки и конденсатор бражной  колонны.

Сконденсировавшиеся в теплообменниках спиртово - водные пары и примеси спирта образуют бражный  дистиллят, который по отдельной  коммуникации отводится в коллектор  дистиллята, а из него на 20-ю или 28-ю, считая снизу, тарелки эпюрационной колонны.

В эпюрационной колонне происходят очистка бражного дистиллята от головных примесей и  их концентрирование. Паровой поток  с выделенными в процессе эпюрации примесями поступает  в дефлегматор  и конденсатор, где конденсируются и в виде флегмы возвращается на верхнюю тарелку колонны. Несконденсировавшиеся газы и увлекаемые ими частицы спирта поступают в спиртоловушку. Отбор головной фракции производится из конденсатора, откуда последняя отводится в холодильник и далее на фонарь, контрольный снаряд и в спиртоприемное отделение.

Бражной дисцилят после эпюрации, называемый в дальнейшем эпюратом, с концентрацией спирта 30-35% по объему поступает на 16 – ю  тарелку (тарелку питания) ректификационной колонны.

В ректификационной колонне происходят полная отгонка  и укрепление спирта, а также концентрирование компонентов сивушного масла  и пастеризация спирта, т.е. дополнительная его очистка от головных примесей на тарелках, расположенных над зоной  отбора спирта.

Пары спирта из ректификационной колонны поступают  в дефлегматор, конденсируются в  нем и в виде флегмы возвращаются на верхнюю тарелку колонны. Несконденсировавшаяся  часть спиртовых паров из дефлегматора поступает в конденсатор, в котором  происходит полная конденсация.