Рафинадная, полученная при производстве сахара-рафинада.
Они различаются неодинаковым составом несахаров. Этот показатель является основной технологической характеристикой, определяющей пригодность сырья и эффективность его переработки в спиртовом производстве.
При определении степени пригодности мелассы для переработки на спирт и другие продукты и выбора оптимальной технологии подготовки и сбраживания сырья необходимо перед началом производства определить состав и достоинства мелассы для получения максимально возможного выхода продукции ее высокого качества.
Все виды меласс, предназначенные для производства спирта и дрожжей, не должны содержать посторонних веществ, вредных для жизнедеятельности дрожжевых культур и ухудшающих качество продукции.
Свеклосахарная меласса является продуктом переработки сахарной свеклы в сахарном производстве. В 1982г. введен отраслевой стандарт (ОСТ 18-395-82), который распространяется на мелассу, используемую для производства этилового спирта, пищевых кислот, хлебопекарных и кормовых дрожжей и как добавка в корм сельскохозяйственным животным. Внешний вид густая сиропообразная непрозрачная жидкость от коричневого до темно-бурого цвета. Вкус сладкий с горьким привкусом. Запах свойственный свеклосахарной мелассе без постороннего запаха. Растворимость в воде полная, легко растворяется в любых соотношениях горячей и холодной воде.
Дефектная свеклосахарная меласса в отличие от нормальной плохо сбраживается, оставляет большой процент несброженного сахара, в результате чего дает пониженный выход спирта и дрожжей. Причиной плохой сбраживаемости является неблагоприятный для жизнедеятельности дрожжей химический состав мелассы, содержащий вредные примеси, угнетающие жизнедеятельности дрожжей и наличие бактериальной инфекции.
Тростниково-сахарная меласса является продуктом переработки тростникового сахара-сырца на белый сахар. В отличие от свеклосахарной она бедна азотом и фосфором, содержит много инвертного сахара, имеет высокую цветность, пониженную зольность и обладает малой буферностью.
Тростниково-сахарная меласса богата некоторыми ростовыми веществами, например биотином, крайне необходимыми для размножения и роста дрожжей; характеризуется отсутствием бетаина, обнаруживаются следы раффинозы.
Рафинадная меласса по химическому составу и технологическим качествам близка к тростниково-сахарной мелассе. Отличие заключается главным образом в большом содержании раффинозы, которая в тростниково-сахарной мелассе отсутствует.
Тростниковая (черная) меласса получается при производстве сахара из сахарного тростника. Она широко применяется в бродильной промышленности зарубежных стран с теплым климатом, пригодных для выращивания тростника, а также в некоторых странах, которые эту мелассу импортируют для производства спирта или добавки к свеклосахарной мелассе при выращивании хлебопекарных дрожжей.
Состав тростниковой мелассы зависит от района и условий культивирования сахарного тростника и технологии его переработки на сахарных заводах. По своим качественным показателям она значительно отличается от свеклосахарной: имеет обычно темно-коричневый до черного цвет и приятный фруктовый (сливовый) запах.
Порядок транспортирования и приемки мелассы от сахарных заводов производится в соответствии с действующей Инструкцией по хранению, транспортированию и приемке мелассы на предприятиях Министерства пищевой промышленности СССР.
Доставляют мелассу на спиртовой завод в основном по железной дороге цистернах и автомобильным транспортом в автоцистернах. На станции назначения приемка производится по массе. Наряду с проверкой массы груза определяют качество. Для этого из каждой прибывшей партии отбирают пробу, в которой определяют плотность, реакцию, сахаристость.
На спиртовых заводах меласса хранится в закрытых металлических резервуарах, оборудованных нижними верхними люками, воздушниками и змеевиками в месте забора на насосы для подогрева ее в зимнее время. Вместимость резервуаров рассчитывается исходя из производительности завода и обеспечения производства сырьем на период не менее 5 месяцев. При этом количество мелассохранилищ должно быть не менее 3 единиц, чтобы обеспечить раздельную приемку различных по качеству меласс.
Емкости для мелассы изготовляют из листового железа, желательно рулонной заготовки требуемых размеров. Наиболее выгодное отношение диаметра резервуара к высоте 1:1.
Мелассные резервуары устанавливаются по схеме, позволяющей подавать мелассу для переработки из каждого хранилища в отдельности и одновременно из всех емкостей, а также производить рециркуляцию и перемещение мелассы из одной емкости в другую. Рециркуляцию осуществляют насосом после подачи на производства требуемого количества.
При хранении мелассы должна быть исключена возможность попадания в нее концентрированной серной или соляной кислоты во избежание инверсии сахарозы и возникновения сахароаминной реакции.
.2 Вспомогательные материалы
Вспомогательными материалами в спиртовом производстве являются кислоты, соли и другие вещества химической природы, применяемые в технологии получения спирта из мелассы и при переработке других видов сырья для подкисления сусла в качестве питательных веществ для дрожжей, для гашения пены и других технологических целей. Они используются также при переработке сахаросодержащего сырья на спирт, хлебопекарные и кормовые дрожжи, углекислоту и другие продукты.
·Ортофосфорная кислота - это кислота неорганического типа, имеющая формулу H3PO4, при обыкновенных условиях ортофосфорная кислота имеет вид бесцветных кристаллов, которые отлично впитывают влажность. Кислота растворяется в воде и обыкновенно ортофосфорной кислотой называют 85% водный раствор, похожий на сиропообразную жидкость, не имеющую запаха.
·Диаммонийфосфат - водорастворимая соль, образующаяся при взаимодействии аммиака и фосфорной кислоты. Химическая формула (NH4)2HPO4.
·Карбамид - это мочевина тривиальное название карбамида (диамида угольной кислоты). Белые кристаллы, растворимые в полярных растворителях (воде, этаноле, жидком аммиаке). Выпускается в кристаллическом и гранулированном виде.
·Хлорная известь - смесь гипохлорита, хлорида и гидроксида кальция. Относится к смешанным солям. Получают взаимодействием хлора с гашеной известью. Нормируется и дозируется для антисептических работ по содержанию активного хлора.
·Соляная кислота - раствор хлороводорода в воде; сильная одноосновная кислота. Бесцветная, «дымящая» на воздухе, едкая жидкость. Реагируя с такими веществами, как хлорная известь, диоксид марганца, или перманганат калия, образует токсичный газообразный хлор.
·Серная кислота - сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота - тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. Сырьем для получения серной кислоты служат сера, сульфиды металлов, сероводород, отходящие газы теплоэлектростанций, сульфаты железа, кальция и др.
·Олеиновая кислота - ненасыщенная жирная кислота. Бесцветная вязкая жидкость.
·Сульфонал представляет собой смесь натриевых солей алкилбензолсульфокислот, полученных на основе линейного алкилбензола. Последующей грануляцией водного раствора сульфанола получают сульфанол порошок.
·Формалин технический - водный раствор, содержащий 40% формальдегида, 8% метилового спирта и 52% воды. Источник формальдегида, дезинфицирующее и дезодорирующее средство, жидкость для сохранения анатомических препаратов и дубления кож.
2.Описание технологических процессов производства спирта
Технология производства этилового спирта основана на ферментативном сбраживании сахаров дрожжевыми микроорганизмами и состоит из следующих основных процессов:
·Подготовка сырья к сбраживанию;
·Приготовление аппаратуры к брожению;
·Дрожжегенерирование;
·Выращивание чистой культуры дрожжей;
·Сбраживание;
·Перегонка бражки.
Указанные процессы имеют большое значение, и требует строго соблюдения режимов для обеспечения высокой эффективности всего производственного цикла.
2.1Подготовка сырья к сбраживанию
Процесс подготовки мелассы и сахара-сырца к сбраживанию подразделяется на ряд технологических операций: тепловая обработка (пастеризация и стерилизация); химическое антисептирование; подкисление кислотами; внесение питательных солей; приготовление мелассного сусла и раствора сахара-сырца.
Тепловая обработка. Практически все мелассы, хотя и в разной степени, заражены посторонней микрофлорой, жизнедеятельность которой приводит к нарушению технологических процессов сбраживания, нерациональным тратам сахара и ухудшению качества спирта и хлебопекарных дрожжей. Для обезвреживания посторонней микрофлоры меласса должным образом обрабатывается. Одним из наиболее эффективных способов обеззараживания мелассы на спиртовых заводах является метод тепловой обработки (стерилизация и пастеризация). Стерилизация осуществляется нагреванием мелассы котельным паром в теплообменниках до температуры 109-110 градусов по Цельсию и выдерживается при этой температуре в течение 1,5-2мин. За это время происходит полное подавление микроорганизмов молочных бактерий, диких дрожжей, плесневых грибов и др.
После выдерживания нагретая меласса выпускается в сборник, где продуванием воздуха удаляются летучие вещества, и охлаждается до температуры 25-30 градусов по Цельсию. Охлаждение проводят в теплообменниках трубчатого или пластинчатого типа холодной мелассой по рациональной схеме теплоиспользования. Пастеризация мелассы в отличие от стерилизации осуществляется при более низких температурах и длительном выдерживании.
Химическое антисептирование. Подкисление мелассы. Тепловая обработка мелассы проводится в сочетании с обработкой химическими антисептиками и кислотами. Обеззараживание раствора сахара-сырца кислотами не допускается - применяют только химические антисептики. Подкисление мелассы кислотами проводят не только в целях борьбы с микрофлорой, но и для создания для дрожжей оптимальной рН среды. При однопоточном способе сбраживания подкислению подвергают всю мелассу, поступающую в производство, из расчета получения кислотности мелассного сусла в пределах 0,4-0,5° Д и рН 4,9-5,1. при таком режиме проводится выдерживание мелассы в течение 8-12ч. При двухпоточном способе подкисляют и антисептируют соляной или серной кислотой только ту часть мелассы, которая идет для приготовления дрожжевого сусла. Количество кислоты определяют на всю массу мелассы. После подкисления меласса должна иметь кислотность 3,5-4,0 град, что обеспечивает антисептирование при выдерживании мелассы в течение 4-8ч.
Расход кислот для подкисления мелассного сусла складывается из количества, необходимого для нейтрализации щелочности меласс, и для придания суслу соответствующего рН и кислотности. Для этой цели применяют серную и соляную кислоты. Последняя применяется на спиртовых заводах, имеющих цехи сухих кормовых дрожжей и выпарные установки, так как ее соли (хлориды) растворимы в воде и не дают осадков в теплообменной аппаратуре в отличие от солей серной кислоты.
Внесение питательных солей. Немаловажное значение в подготовке сырья к сбраживанию имеет внесение в мелассу питательных солей. Они вводятся в виде предварительно приготовленных растворов по установленным нормативам расхода одновременно с серной или соляной кислотой. Все химикаты задаются в мелассу при выпуске из сборника в смеситель пропорционально ее массе. После размешивания подработанную массу сливают в сборники суточного запаса для выдерживания. Питательные соли и кислоты, нормируемые на тростниковый сахар-сырец, вносятся на стадии приготовления водного раствора одновременно с внесением антисептиков и проведением тепловой обработки раствора.
Количество питательных веществ, вносимых в мелассу, определяется по нормативам их расхода на 1000 дал спирта, вносимых в тростниковый сахар-сырец - по нормативам расхода на каждую тонну сахара-сырца в зависимости от доли его в смеси с мелассой, а также на смесь сахара-сырца и мелассы в расчете на 1000 дал спирта.
Приготовление сусла. В натуральном виде меласса не сбраживается дрожжами из-за высокой концентрации сахара и несахаров, поэтому для обеспечения нормальной жизнедеятельности дрожжей и для протекания биохимических процессов, связанных с их деятельностью, мелассу необходимо разбавлять чистой водой до концентрации 20-28% СВ.
При однопоточном способе сбраживания мелассное сусло готовят одной концентрации - 15-19% СВ, при двухпоточном - дрожжевое сусло концентрации 8-12% СВ, основное сусло -36-50% СВ в зависимости от соотношения объемов дрожжевого сусла и сусла, подаваемого на сбраживание в бродильные аппараты.
Основное сусло при однопоточном способе сбраживания подается в бродильную батарею в виде неразбавленной мелассы, концентрированного раствора сахара-сырца или их смеси.
Мелассное сусло в условиях непрерывного брожения готовится на непрерывно действующих рассиропниках, которые представляют собой аппараты для растворения и размешивания мелассы с горячей и холодной водой в непрерывном потоке по заданному режиму концентрации сухих веществ и температуры.
2.2Приготовление аппаратуры к брожению
Производство спирта из мелассы основано на биохимических процессах, в которых микробиологическая чистота среды имеет важное значение для обеспечения нормального выхода и хорошего качества этилового спирта и дрожжей. Борьба с инфекцией в спиртовом производстве осуществляется антисептированием или стерилизацией мелассы. Обработкой воды и воздуха, применяемых в технологии спирта и стерилизацией технологического оборудования.
Стерилизация или дезинфекция технологического оборудования, являющегося одним из крупных очагов развития и распространения инфекции, проводится следующим образом: производственные сборники мелассы очищаются от содержимого сырья и замываются чистой водой. Внутренние поверхности их очищают водным раствором хлорной извести и формалина. Раствор антисептиков прокачивается по трубопроводам, которые после выпуска раствора пропариваются острым паром в течение не менее 30 мин при давлении до 2 атм. Рассиропники и трубопроводы промываются водой и пропариваются паром периодически при проведении профилактической стерилизации дрожжегенераторов и бродильных аппаратов по указанному режиму.
Дрожжегенераторы, бродильные аппараты и другие бродильные емкости при проведении стерилизации и дезинфекции промываются внутри чистой водой. Внутренняя поверхность их обрабатывается раствором антисептика и при закрытых люках, но при действующих вакуум-прерывателях пропариваются острым паром не менее 30 мин, начиная отсчет времени при достижении температуры в сосуде не ниже 85°С. Если в пропариваемых аппаратах установлены трубчатые змеевики, то из последних перед пропариванием должна быть выпущена вода по специальным спускным приспособлениям.
Предприятия, работающие на нормальной, не инфицированной, мелассе, дезинфекцию и стерилизацию технологического оборудования проводят один раз в 5-10 дней при однопродуктовом производстве и через 2-3 суток двухпродуктовом производстве.
Стерилизация дрожжегенераторов, выполненных по схеме УКРНИИСПа, проводится практически без нарушения непрерывности процесса дрожжегенерирования. Пар для пропарки дрожжегенераторов подводится в воздухораспределительную систему.
Стерилизация бродильных аппаратов осуществляется по поступательно-возвратному принципу и начинается с опорожнения последнего аппарата бродильной батареи. Пар для бродильных аппаратов подводится в передаточные линии, причем пар подается обязательно в нижнюю часть сосуда для полного прогрева его по всей высоте.
Газовую коммуникацию бродильной батареи отключают от бродильных аппаратов и пропаривают по частям так, чтобы жидкость из коммуникации при пропарке не попадала во вновь залитые бродильные аппараты.
Спиртоловушки и пеноловушки замываются водой и пропариваются совместно с газовыми коммуникациями дрожжегенераторов и бродильной батареи.
Перед началом технологического процесса вся аппаратура, коммуникации, запорная арматура, насосы и другое оборудование тщательно ремонтируется во избежание течей, пропусков массы, перегрева сусла и дрожжей паром и т.п.
.3Выращивание чистой культуры дрожжей
Чистые культуры дрожжей поступают на предприятия обычно в пробирках, закрытых ватными пробками и залитых сургучом.
В зимнее время чистые культуры дрожжей готовятся на сусло-желатине, а в летнее - на сусло-агаре. В последнем случае вместе с пробиркой дрожжей получают запаянную ампулу со стерильным суслом, которым смывают дрожжи с поверхности сусла-агара после выдерживания пробирки при температуре 30°С в течение 2-3ч в термостате или водяной бане.
Режимы разведения чистой культуры дрожжей устанавливаются технологическим регламентом производства спирта.
2.4Дрожжегенирование
Для сбраживания мелассного и смешанного мелассно-сахарного сусла в спирт применяются культуры дрожжей-сахаромицетов, представляющих собой одноклеточные микроорганизмов, относящиеся к классу аскомицетов.
Для достижения высокой экономичности спиртового производства необходим подбор культур дрожжей, наиболее приспособленных к сбраживанию сахаров в условиях больших концентраций солей в несахарной группе мелассы, к высокому осмотическому давлению в среде культивирования.
2.5Сбраживание
Основывается на приготовлении мелассного сусла двух концентраций: для дрожжегенерирования 8-12% и для сбраживания основного сусла 32-36%.
Основное сусло подается в три первых бродильных аппарата батареи примерно равными частями одновременно с потоком дрожжей в головной бродильный аппарат.
Из рассиропника сусло подается в дрожжегенераторы. Выращенные в дрожжегенераторах производственные дрожжи по верхним линиям отбора из каждого дрожжегенератора направляются в коллектор, а по нему - в первый головной бродильный аппарат.
Расход основного сусла в бродильных аппаратах определяется по показателям начальной концентрации: при понижении этого показателя по сравнению с заданной величиной приток сусла увеличивают; при повышении - уменьшают.
Конечные показатели брожения по усовершенствованной схеме лучше по сравнению с показателями обычной двухпоточной схемы: достигается более глубокое выбраживание сахаров мелассы, накапливается в зрелой бражке больше спирта и биомассы дрожжей.
Преимуществом усовершенствованной двухпоточной схемы является снижении расхода сахара на образования вторичных продуктов брожения - кислот, эфиров, альдегидов и особенно глицерина. При этом последних образуется значительно меньше, чем в обычном режиме двухпоточной схемы.
2.6Перегонка бражки
меласса дрожжи бражка спирт
Перегонка бражки и ректификация спирта являются сложными, энергоемкими и многооперационными стадиями спиртового производства. Это обусловлено тем, что зрелая бражка представляет собой многокомпонентную и многофазную систему, в основе которой состоит водный раствор, содержащий 6-10% общего спирта и сопутствующих ему летучих примесей. Кроме того, в бражке содержатся дрожжевые клетки, коллоиды, а также до 10% нелетучих растворенных веществ.
Сухие вещества бражки при перегонке способны накапливаться и отлагаться в аппаратуре, загрязняя ее.
Минеральные соли и кислоты в бражке обусловливают реакцию среды рН 4,8-5,6. Вместе с взвешенными частицами кислая среда способствует интенсивному коррозионному разрушению перегонной аппаратуры.
Технология получения спирта складывается из ряда процессов:
·Извлечение спирта перегонка из бражки, отделение дробины, дрожжей, коллоидов и органических нелетучих веществ;
·Получение эпюрацией летучих низкокипящих примесей, сопутствующих спирту в дистилляте;
·Концентрирование спирта из разбавленных растворов ректификацией и одновременное отделение сивушной фракции с высококипящими (сивушными) компонентами;
·Окончательная очистка путем эпюрации концентрированного спирта применяется для стабилизации его качества и очистки от метанола и промежуточных примесей, снижающих органолептические оценки спирта;
·Концентрирование примесей низкокипящих (головных) и высококипящих (хвостовых). При этом чаще фракция головных включает в себя 3-5 колонн с дефлегматорами и конденсаторами; оснащены кипятильниками, вспомогательными устройствами и средствами контроля и автоматизации технологического процесса.
В основу проектирования экономических систем перегонки и ректификации спирта положены следующие принципы:
·Рациональные условия проведения процессов перегонки и ректификации спирта (концентрирования спирта и выделения примесей);
·Многократное или ступенчато-последовательное использование потребляемой теплоты котельной;
·Максимальная утилизация теплоты конденсируемого пара и отводимых продуктов.
2.7Выход спирта
После всех процессов выработки спирта происходит выход спирта из брагоректификационных колоннах в сливное отделение или спиртохранилище, в котором в дальнейшем и хранится до продажи.
2.8Блок-схема процесса производства спирта
1.Подготовка сырья к сбраживанию:
Стерилизация
(теплообменник), t 109-110; 1,5-2минуты
Пастеризация
(сборник), t 85-95; 50-60 минуты
Химическое антисептирование
Подкисление мелассы
Внесение питательных солей
Приготовление сусла
2.Подготовка аппаратуры к брожению:
Дезинфекция бродильных чанов
3.Выращивание чистой культуры дрожжей
(аппарат чистой культуры дрожжей)
.Сбраживание мелассного сусла
(бродильный аппарат)
.Брагоректификация
(брагоректификационные колонны)
.Выход спирта
(спиртохранилище, сливное отделение)
3.Области промышленности применения спирта
Химическая
В настоящее время трудно найти область практической деятельности человека, где бы ни использовались спирты в той или иной роли. Отметим некоторые вспомогательные направления применения спиртов: ингибиторы коррозии металлов, пенообразователи для флотореагентов, компоненты автокосметики, исходные продукты для получения взрывчатых веществ.
Пищевая
В пищевой промышленности широкое применение спиртов общеизвестно: основой всех алкогольных напитков является этанол, который получается при сбраживании пищевого сырья - винограда, картофеля, пшеницы и прочих крахмало- или сахаросодержащих продуктов.
Кроме того, этиловый спирт используется в качестве компонента некоторых пищевых и ароматических эссенций, широко используемых в кулинарии, при выпечке кондитерских изделий, производстве шоколада, конфет, напитков, мороженного, варений, желе, джемов, конфитюров и пр.
Косметическая
Спирты довольно широко используются в качестве душистых веществ для составления композиций в парфюмерно-косметической промышленности и производстве отдушек для бытовой химии и прочей потребительской продукции.
Формация
Основным спиртом, используемых в медицинских целях, является этанол. Его используют в качестве наружного антисептического и раздражающего средства для приготовления компрессов и обтираний. Ещё более широко применяется этиловый спирт для приготовления различных настоек, разведений, экстрактов и прочих лекарственных форм.
Список используемой литературы
1.Справочник по производству спирта: сырье, технология и технохимконтроль. Автор неизвестен, 2000г.
2.Маркизова Н. Ф., Гребенюк А. Н., Башарин В. А., Бонитенко Е. Ю. Спирты. - СПб.: «Фолиант», 2004.
.Стабников В. Н. Ройтер И. М. Этиловый спирт. - М. : Пищевая промышленность, 1976.
4.Фадеев Ю. В. Оборудование для спиртовой и ликероводочной промышленности - М. : Центр Агросистеммаш, 1997
5.Яровенко В.Л., Марниченко В.А. и др. Технология спирта. М.: Колосс, 2002.