Схеми безперервних бродильних установок із елементами під вакуумом
Швидкість безперервного зброджування вуглеводів сусла та продуктивність спиртової бродильної установки обмежені в основному інгібуючим, тобто. пригнічує дією на дріжджі підвищених концентрацій етилового спирту та побічних продуктів (ефірів, альдегідів, вищих спиртів, кислот), що утворюється в ході бродіння, а також нелетких компонентів бражки.
У ВНДІППД досліджено вплив вакууму на показники безперервного спиртового зброджування меласного сусла — швидкість та ступінь асиміляції вуглеводів, рівень вмісту етилового спирту та спиртопродуктів у бражці, накопичення біомаси дріжджів [1]. Визначено також склад напівпродуктів одностадійного вакуумування бражки - спиртового дистиляту, водно-спиртової рідини та провакуумованої бражки [2]. Встановлено, що застосування вакууму при безперервному анаеробному зброджуванні меласного сусла високої концентрації запобігає негативному впливу продуктів обміну дріжджів на ступінь зброджування вуглеводів цього сусла в результаті видалення їх з бражки і тим самим знижує коефіцієнт інгібування процесу [3].
На підставі результатів лабораторних, напівпромислових та промислових досліджень у ВНДІППД розроблено способи безперервного зброджування сусла підвищеної та високої концентрації у спиртовому виробництві, створено нові ферментаційні установки та пристрої для вакуумування бродячого середовища та уловлювання спирту та спиртопродуктів з газів бродіння.
Схему безперервної бродильної установки, що працює із застосуванням вакууму на стадії анаеробного зброджування, випробувана на Лужанському експериментальному спиртзаводі (рис. 1). Бражку вакуумують при безперервному анаеробному зброджуванні в бродильних апаратах 1 зменшенняконцентрації розчиненого діоксиду вуглецю і тим самим знижують його інгібуючу дію на швидкість зброджування вуглеводів та процеси катаболізму дріжджів [4]. Газоподібний діоксид вуглецю в суміші зі спиртопродуктами через пеноловушку 2 і абсорбційно-конденсаційну спиртоловушку 3 надходить у вакуумнасос 4 і надалі на утилізацію.
Промисловими випробуваннями установки на Лужанському експериментальному спиртзаводі із застосуванням вакууму (-0,03 МПа) встановлено можливість ефективного безперервного зброджування меласного сусла підвищеної концентрації (30-31% СВ) до концентрації етилового спирту в зрілій компанії 11,8-12,0% об. без збільшення тривалості бродіння та із забезпеченням нормативного виходу спирту. Використання бродильної установки для зброджування сусла підвищеної концентрації дозволяє зменшити обсяг післяспиртової барди, витрата чистої води на приготування сусла та витрата пари на перегонку бражки на 12-14% порівняно зі зброджуванням сусла концентрацією 26-27% при атмосферному тиску.
Мал. 1. Схема безперервної бродильної установки для анаеробного зброджування сусла під вакуумом
При експлуатації установки підвищується на 10-15% кількість товарної зрідженої вуглекислоти за рахунок збільшення частки меляси, що зброджується в бродильних апаратах і зниження її втрат у розчиненому вигляді зі зрілою бражкою на брагоректифікаційній установці. Економічний ефект установки безперервного способу зброджування меласного сусла з використанням вакууму для заводу потужністю 6000 дал спирту на добу становить 12000000 рублів на рік.
Мал. 2. Схема безперервної бродильної установки для анаеробного зброджування сусла з одноступеневим вакуумуванням бражки
Значному зниженню вакууму в бродильному апараті-випарнику, конденсаторі та спиртоловушці, зниження металомісткості цього обладнання та питомої витрати електроенергії сприяє застосування бродильної установки для вакуумування попередньо знеродженої бражки (рис. 3). Знероджена бражка з сепаратора 3 надходить у випарник 4, а провакуумированная бражка змішується в бродильному апараті 5 з дріжджовим концентратом з сепаратора 3 і додатковою кількістю меляси підвищення початкової концентрації бражки. Цей прийом дозволяє підвищити температуру вакуумування (кипіння) знеродженої бражки до 45-60 ° С і знизити вакуум у випарнику.
Встановлено, що апаратурне оформлення бродильної установки багатоступінчастого вакуумування бражки протягом всього безперервного анаеробного зброджування вуглеводів дозволяє підвищити початкову концентрацію сусла, що зброджується, до 65—73 % СВ і отримати умовну концентрацію етилового спирту в зрілій брожі (з урахуванням безводного алкоголю. -спиртової рідини спиртовики) до 28-30% про.
Мал. 3. Бродильна установка для безперервного анаеробного зброджування сусла з одноступеневим вакуумуванням знеродженої бражки: 1, 2, 5, 9 - бродильні апарати; 3 - сепаратор; 4 - бродильний апарат-випарник; 6 - поверхневий кондесатор; 7 - спиртоловушка; 8 - вакуум-насос
Мал. 4. Схема безперервної бродильної установки анаеробного зброджування сусла з багатоступінчастим вакуумуванням бражки:
1, 2, 4, 5, 7, 11 - бродильні апарати; 3, 6 - бродильні апарати-випарники; 8 - поверхневий конденсатор; 9 - спиртоловушка; 10 - вакуум-насос
Внаслідок цього ефективність зброджування та продуктивність бродильної установки збільшуються на 30 % порівняно ззброджуванням сусла концентрацією СВ 36-40% з одноступеневим вакуумуванням бражки.Відпадає також необхідність у випаровуванні післяспиртової барди, так як обсяг барди приблизно дорівнює обсягу перероблюваної меляси. На відміну від бродильної установки з одноступінчастим вакуумуванням бродильна установка з багатоступінчастим вакуумуванням бражки повинна мати кілька бродильних апаратів-випарників і загальний вузол поверхневих конденсаторів та абсорбційно-конденсаційних спиртових олій з джерелом вакууму (рис. 4).
Наприклад, меласне сусло зброджували за методикою [1] з тією відмінністю, що після кожного вакуумування в бражку протягом 1 години вносили мелясу в кількостях, вказаних у таблиці.
Додаткові навішування меляси №1,2 вносили в меласне сусло 22% концентрації, на приготування якого використовували 448 г меляси, через кожні 3 години бродіння для підвищення початкової концентрації до 28% СВ, а № 3-7 після кожного вакуумування бражки.
Концентрація зброженого сусла (в % СВ) з урахуванням усієї кількості меляси, внесеної в бродильний посуд, дорівнює
К = 2192 * 76 / 1,2 * 2000 = 69,4,
Де 2192 - загальна кількість меляси, використана в досвіді, г;
76 - концентрація СВ у мелясі, %;
1,2 - щільність сусла, г/см3; 2000 - обсяг сусла, мл.
За час досвіду отримано 563,75 мл етилового спирту, умовна міцність бражки (% об.) дорівнює
Х = 563,75 * 100/2000 = 28,1,
де 563,75 - кількість отриманого етилового спирту, мл;