УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛОВОГО СПИРТА

Полезная модель относится к пищевой промышленности, к спиртовой отрасли, и может быть использована при производстве этилового спирта.
Известен способ производства продуктов из зернового сырья [RU 2126819] с помощью установки, в которой осуществляется процесс производства этилового спирта. Указанная установка содержит установленные по ходу технологического процесса средство для очистки и подготовки зернового сырья, средство водно-тепловой обработки, средство осахаривания развариваемой массы, средство для сбраживания сусла, перегонки (дистилляции) бражки и ректификации спирта. Недостатком известной установки является относительно высокая стоимость конечного продукта, поскольку все получаемые побочные продукты подлежат утилизации. В связи с этим вся стоимость исходного сырья ложится на себестоимость спирта.
Известен способ получения этилового спирта [RU 21809202] из зерна. Способ реализуется с помощью установки, содержащей узел приготовления замеса, в который подают зерно, воду и амилолитический ферментный препарат. Замес направляют на узел разваривания и осахаривания, к которому подключен источник пара. Узел разваривания и осахаривания соединен с узлом разделения полученной смеси на жидкую и твердую фазы. Из узла разделения твердую фазу направляют на узел промывки, из которого промытая дробина удаляется из технологического процесса, а промывная вода подается в бродильное отделение. Туда же подают и жидкую фазу из узла разделения. Полученную в бродильном отделении бражку подают на узел сепарации дрожжей, из которого часть дрожжей выводят из системы, а часть возвращают в бродильное отделение. Осветленную бражку из бродильного отделения подают в брагоректификационную установку. Из нее отводят спирт ректификат, отходы (головная фракция, сивушные спирты, лютерная вода), а барду подают на приготовление замеса. Таким образом, в известной установке часть используемых в процессе материалов возвращается в голову процесса, что снижает расход воды и, соответственно, производственные затраты на получение спирта. Недостатком известной установки является то, что исходное
сырье не проходит очистку перед подачей на производство, это обстоятельство отрицательно влияет на качество целевого продукта - этилового спирта.
Известна установка для осуществления способа получения этилового спирта и белкового концентрата [RU 2268302], предусматривающая средства для измельчения зерна, смешивание его с водой, водно-тепловую обработку замеса, осахаривание, брожение, при этом сусло после осахаривания направляют в средство разделения центрифугированием на твердую и жидкую фазы. Твердую фазу, полученную после центрифугирования, подвергают промывке водой, затем направляют на средство сепарации, где выделяют белок, полученные промывные воды в дальнейшем используют на стадии приготовления замеса.
Недостатком известной установки является отсутствие средств для предварительной очистки зерна от отрубей, которые содержат остатки грязи, что приводит к ухудшению качества конечного продукта.
Наиболее близкой к заявляемой по своей технической сущности является установка, реализующая способ переработки зерна с получением этилового спирта и белкового продукта [RU 2180921] (прототип). Установка содержит установленные по ходу технологического процесса средство для измельчения зерна и его разделения на шелуху и дробленое зерно. Сход сита (шелуха) направляют в экстрактор для выделения белков, соединенный со средством разделения полученного продукта на жидкую фракцию и нерастворимый остаток, который после смешивания с бардой удаляют из технологического цикла. Жидкую фракцию направляют в сепаратор для выделения крахмально-белкового продукта. Проход через сито направляют в узел замеса, в который добавляют воду с сывороткой и крахмально-белковым продуктом, полученным в результате сепарации, и осуществляют осахаривание. Полученную смесь направляют в узел сбраживания и затем - дистилляции.
Недостатком известной по прототипу установки является то, что при ее работе требуется большое количество жидкости, т.к. никакие из продуктов не возвращаются в голову процесса, что отрицательно влияет на себестоимость целевого продукта. Вторым недостатком является то, что жидкая фракция, направляемая из экстрактора, содержит в себе остатки грязи от шелухи, которая в конечном счете вместе с крахмально-белковым продуктом попадает на стадию осахаривания и понижает качество этилового спирта.
Заявляемая в качестве полезной модели установка для получения спирта направлена на снижение себестоимости целевого продукта и повышение его качества.
Технический результат достигается тем, что предложена установка для получения этилового спирта, содержащая последовательно установленные по ходу технологического процесса: средство для размола зерна; средство для рассева на отруби и эндосперм; средство для осахаривания крахмала эндосперма с введением в него воды и ферментов; средство для сбраживания полученного сусла; агрегатный блок сепарации и дистилляции, включающий сепаратор для отделения от полученной браги белков и дрожжей и дистиллятор для разделения браги на этиловый спирт и барду, причем сепаратор установлен по ходу технологического процесса либо до дистиллятора, либо после дистиллятора; мембранный проточный фильтр для осветления барды с получением фугата и насыщенного раствора кормового концентрата и аппарат для выпаривания раствора кормового концентрата, при этом установка снабжена линией для возврата части фугата с выхода фильтра в средство для осахаривания крахмала, а также линией канализационного сброса остатка фугата с выхода фильтра.
Целесообразно, что между средством для осахаривания крахмала и средством для сбраживания сусла размещен дополнительный сепаратор для отделения от сусла нерастворимых белков.
Желательно, что линия канализационного сброса остатка фугата снабжена фильтром мембранного разделения обратным осмосом.
Снабжение установки для получения спирта средством для размола зерна и средством его рассева на отруби и эндосперм позволяет обеспечить получение высококачественного сырья для выработки спирта и более высокое качество его, поскольку на стадии рассева с отрубями уходят остатки грязи и клетчатка. Указанные средства позволяют использовать отруби, содержащие полезные компоненты, в качестве продукта для животноводства, что, в конечном результате, снижает себестоимость производства этилового спирта.
Средства для осахаривания крахмала эндосперма с введением в него воды и ферментов необходимы для последующего сбраживания полученного сусла.
Средство для сбраживания сусла и агрегатный блок сепарации и дистилляции необходимы для того, чтобы получить целевой продукт - этиловый спирт.
Сепаратор для отделения от полученной браги белков и дрожжей позволяет не только улучшить качество целевого продукта, но и получить дополнительные ценные продукты. Установка сепаратора по ходу технологического процесса до дистиллятора позволяет вернуть часть дрожжей в средство для сбраживания, а установка сепаратора по ходу технологического процесса после дистиллятора позволяет непосредственно получать дрожжи в качестве ценного продукта. Все это снижает себестоимость производства этилового спирта.
Мембранный проточный фильтр позволяет получить из барды раствор кормового концентрата и жидкий фугат с характеристиками, позволяющими использовать его на стадии осахаривания. Для последней цели установка снабжена линией для возврата части фугата с выхода фильтра в средство для осахаривания крахмала, что позволяет существенно сократить себестоимость получаемого продукта, т.к., во-первых, меньшее количество получаемой жидкой фазы будет подлежать выпариванию и утилизации; а во-вторых, поскольку часть жидкой фазы - фугат подается в средство для осахаривания, то уменьшается потребление чистой воды, необходимой для ввода в него.
Аппарат для выпаривания раствора кормового концентрата позволяет получить еще один ценный продукт, что дополнительно снижает себестоимость производства этилового спирта.
Дополнительный сепаратор, расположенный между средством для осахаривания крахмала и средством для сбраживания сусла, для отделения от полученного сусла нерастворимых белков необходим, чтобы обеспечить возможность целевого использования получаемых в технологическом процессе отходов производства без их дальнейшей переработки. В данном случае, твердая фаза, содержащая белок, выводится из технологического процесса для получения кормов для животноводства или птицеводства, а на основном сепараторе отделяются дрожжи.
Фильтр мембранного разделения обратным осмосом, установленный на линии канализационного сброса остатка фугата, позволяет: снизить прямые производственные затраты в технологии целевого продукта; собственно установке соответствовать требованиям экологической безопасности.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом и примером ее реализации.
На Фиг.1 представлена принципиальная схема процесса получения этилового спирта в виде входящих в ее состав функциональных блоков и их взаимосвязи, реализованных в заявляемой установке.
На Фиг.2 и 3 представлены варианты установки сепаратора и дистиллятора в агрегатном блоке сепарации и дистилляции.
Установка для получения спирта содержит средство 1 для размола зерна, которая может быть выбрана из числа известных, например это может быть дробилка молотковая типа ДМ, изготовитель Курганский Машиностроительный завод мельничного оборудования. Следом за ним, в соответствии со схемой технологического процесса, установлено средство 2 для рассева размолотого зерна с разделением на отруби и эндосперм. Указанное средство также может быть выбрано из числа известных. В частности, в качестве такового может быть использован рассев шестиприемный типа Р3-БРБ (ТУ 1.535.016-93). Со средством для рассева соединено средство 3 для осахаривания крахмала эндосперма, которое снабжено соответствующими трубопроводами для введения в него воды и ферментов. Средство 3 соединено трубопроводом с последовательно размещенными средством 4 для сбраживания сусла, агрегатный блок сепарации и дистилляции, включающий сепаратор 5 для отделения от полученной браги белков и дрожжей и дистиллятор 6 для разделения браги на этиловый спирт и барду. Указанные функциональные блоки либо изготавливаются как нестандартное оборудование, либо выбираются из числа известных. В частности, в экспериментальной установке было использовано следующее нестандартное оборудование: для осахаривания крахмала - емкость с рубашкой и мешалкой; для сбраживания сусла - бражной чан. Нестандартное оборудование экспериментальной установки изготовлено ООО "Экологический центр 3ИХ". В качестве дистиллятора может быть использована установка брагоректификационная типа БРУ, изготовитель ОАО "Тамбовский завод "Комсомолец" (ТУ 5131-001-45677579-97). В качестве сепараторов могут быть использованы любые из числа известных, например сепаратор типа ВСБ-М, изготовитель Махачкалинский машиностроительный завод сепараторов (ГОСТ 24885-81). Агрегатный блок, включающий сепаратор 5 и дистиллятор 6, соединен трубопроводом с мембранным проточным фильтром 7, в котором используются
мембраны с размером пор 0.1÷2.0 микрон. Замкнутый контур фильтра соединен трубопроводом с аппаратом для выпаривания раствора кормового концентрата 8, а выход фильтра, также трубопроводом, со средством 3 для осахаривания крахмала с образованием линии для возврата части фугата 9, последний трубопровод имеет ответвление для канализационного сброса.
На линии канализационного сброса остатка фугата предусмотрена установка фильтра мембранного разделения обратным осмосом 10, в котором используется мембрана с размером пор 1÷10 А марки DOW XLE 4040.
Вариант установки предусматривает дополнительный сепаратор 11, расположенный между средством 3 для осахаривания крахмала и средством 4 для сбраживания сусла.
В качестве примеров реализации заявляемой полезной модели ниже представлены варианты технологической цепочки, отработанные на экспериментальной установке для получения этилового спирта, производительностью 150 литров/сутки.
Установка (Фиг.1) функционировала следующим образом.
Пример 1. Исходное зерновое сырье - пшеницу, подавали на средство размола 1, продукты размола направляли на средство для рассева 2. Сход с сита - отруби выводили из технологического процесса для использования известным образом в качестве добавки в корм скоту и птице. Проход с сита - эндосперм направляли в средство для осахаривания крахмала 3, куда добавляли воду и ферменты, в качестве последних использовали любые подходящие из числа известных. Полученное в средстве для осахаривания сусло направляли в средство для сбраживания 4. Получаемый в процессе сбраживания углекислый газ может быть использован для получения твердой окиси углерода, так называемого «сухого льда». Полученную в средстве 4 брагу направляли в сепаратор 5 (Фиг.2). Отделенную твердую фазу белков и дрожжей выводили из технологического процесса для дальнейшего использования в качестве ценных побочных продуктов, при этом часть твердой фазы возвращали в средство для сбраживания 4. Очищенную от белков и дрожжей брагу направляли в дистиллятор 6, где проходил процесс ее разделения на целевой продукт - этиловый спирт и послеспиртовую барду. Барду отфильтровывали на мембранном проточном фильтре 7 для ее осветления до фугата. В замкнутом контуре мембранного проточного фильтра образовывался насыщенный раствор кормового концентрата, который
направляли в аппарат для выпаривания раствора 8. Сухой кормовой концентрат также использовался в качестве добавки в корм скоту и птице. Выходящий из фильтра фугат разделяли на два потока, один из которых направляли непосредственно в канализацию, а второй, через трубопровод 9, возвращали в средство для осахаривания 3.
Пример 2. По примеру 1, отличающийся тем, что полученную в средстве 4 брагу направляли в дистиллятор 6 (Фиг.3), где проходил процесс ее разделения на целевой продукт - этиловый спирт и послеспиртовую барду, которую затем направляли в сепаратор 5 для очищения от белков и дрожжей. Отделенную твердую фазу белков и дрожжей выводили из технологического процесса для дальнейшего использования в качестве ценных побочных продуктов.
Пример 3. По примерам 1 или 2, отличающийся тем, что полученное в средстве для осахаривания 3 сусло направляли в дополнительный сепаратор 11. Отделенную твердую фазу белка выводили из технологического процесса для использования при производстве кормов для животноводства или птицеводства, а сусло направляли в средство для сбраживания 4.
По всем примерам в качестве целевого продукта был получен сверхчистый спирт марки "Альфа" (ГОСТ - Р 51652), удовлетворяющий производственному технологическому регламенту на производство водок и ликероводочных изделий по ГОСТ 5962-97 "Спирт этиловый ректификованный. Технические условия".
Заявляемая в качестве полезной модели установка для получения этилового спирта позволяет снизить себестоимость целевого продукта за счет выделения ценных побочных продуктов - отрубей, белка, дрожжей и кормового концентрата и повысить качество этилового спирта за счет того, что на стадию осахаривания сырье поступает очищенным от загрязнений.