Спиртовая промышленность

Комплексное использование сырья и утилизация отходов спиртового производства

Комбинированная переработка картофеля на крахмал и спирт

Потребности народного хозяйства в крахмале и крахмало-продуктах ежегодно увеличиваются. Одним из основных видов сырья для производства крахмала является картофель. Производство крахмала из картофеля осуществляют по схеме:

картофель → гидравлическая подача → отделение примесей → мойка картофеля → взвешивание картофеля → измельчение картофеля → выделение клеточного сока из кашки → вымывание крахмала из кашки → концентрирование крахмального молока →  выделение крахмала из крахмального молока → рафинирование и промывка крахмала → сырой крахмал.

Рисунок 1 - Схема комбинированной переработки картофеля на крахмал и спирт
Рисунок 1 — Схема комбинированной переработки картофеля на крахмал и спирт

Вымытый и взвешенный картофель измельчают на терке в кашку, которая состоит из зерен крахмала, клетчатки и клеточного сока с растворимыми в нем минеральными и другими веществами. Для отделения клеточного сока кашку разбавляют водой и выделяют соковую воду — разбавленный клеточный сок. Затем из кашки вымывают крахмал и получают крахмальное молоко — суспензию крахмала в воде. Из крахмального молока выделяют крахмал при помощи осадочных центрифуг или осаждением в желобах или отстойниках. Выделенный крахмал содержит небольшое количество примесей (мелкая мезга, свернувшиеся белки, клеточный сок). Для удаления примесей крахмал взмучивают с водой, рафинируют, т. е. освобождают от примесей на ситах, промывают водой, а затем концентрируют крахмальное молоко — отделяют воду от крахмала. Полученный сырой крахмал содержит 50-52 % воды; его направляют на сушку или на дальнейшую переработку, например для получения крахмальной патоки.

При работе по описанной схеме и нормальном качестве сырья коэффициент извлечения крахмала, т. е. выход крахмала, выраженный в процентах от количества крахмала картофеля, составляет 80-85 %. Остальное количество крахмала теряется главным образом в отходах производства: мезге и соковой воде. Мезгу применяют в качестве корма для скота. Соковую воду обычно выкачивают на поля фильтрации, хотя ее можно использовать как среду для выращивания кормовых дрожжей.

Наиболее рациональным является комбинированная переработка картофеля на крахмал и спирт. При этом из картофеля извлекают 50-70% всего крахмала, а оставшийся в мезге крахмал разваривают, осахаривают и сбраживают на спирт. Картофельная кашка поступает для выделения клеточного сока на отстойно-промывную центрифугу, куда для лучшего отделения клеточного сока вводится вода в количестве до 50% от количества картофеля. Выделенный клеточный сок, содержащий 4-5% сухих веществ, направляют для получения спирта. Кашка поступает на разделительное сито, орошаемое водой в количестве около 150% от количества картофеля. На этом сите около 50% крахмала выделяется в виде крахмального молока, а остальной крахмал — в виде крупной мезги, которую направляют для получения спирта. Крахмальное молоко из разделительного сита направляют в первую осадочную центрифугу для отделения соковой воды. Часть соковой воды направляют в отстойно-промывную центрифугу, а остальное количество — в спиртовое производство или в отстойник для выделения крахмала. Из первой осадочной центрифуги крахмальное молоко поступает на сотрясательное рафинировочное сито для отделения от мелкой мезги. Последняя поступает в спиртовое производство, а рафинированное крахмальное молоко — во вторую осадочную центрифугу для отделения крахмала от соковой воды, а затем на осушающую центрифугу, при помощи которой содержание влаги в крахмале доводят примерно до 40%.

Для комбинированной переработки картофеля на крахмал и спирт можно также применять картофелеперерабатывающие агрегаты системы Пазирука — Чудинова. Такой агрегат является компактной, малогабаритной механизированной установкой. Выпускают картофеле-перерабатывающие агрегаты четырех марок: АКПЧ-25-50, АПЧ-25, ПКА-10, АПЧ-10. В агрегат марки АПЧ-25 (рисунок 2) производительностью 25т картофеля в сутки входят наклонный шнек, мойка, терка, двухбарабанная осадительная центрифуга, ротационное сито для отцеживания от кашки клеточного сока, щеточное сито, ротационное сито первого рафинирования крахмального молока, ротационное сито второго рафинирования крахмального молока отстойно-фильтрующая центрифуга и четырехплунжерный насос. Картофель наклонным шнеком 1 подают в мойку 2. Вымытый картофель поступает в терку 3. Картофельную кашку собирают в сборнике под теркой и подают первым плунжером четырех плунжерного насоса (на рисунке 2 не показан) в осадительную центрифугу 4 для частичного выделения из кашки клеточного сока.

Рисунок 2 - Схема агрегата АПЧ-25
Рисунок 2 — Схема агрегата АПЧ-25

Отцентрифугированная картофельная кашка поступаете сборник под центрифугой, где ее разбавляют чистой водой и перекачивают насосом на ротационное сито 5, а соковая вода из центрифуги поступает в крохмалоловушку. На ротационном сите из кашки вымывают часть крахмала. Крахмальное молоко из этого сита направляют на второй барабан осадительной центрифуги 4, а оставшуюся кашку (полукашку) для дальнейшего вымывания свободного крахмала — на щеточное сито 6.

Мезга из щеточного сита самотеком поступает в сборник мезги и одним из плунжеров насоса ее перекачивают в мезговую яму. Выделенное на щеточном сите крахмальное молоко поступает во второй барабан осадительной центрифуги 4 вместе с крахмальным молоком из ротационного сита. В осадительной центрифуге получают крахмал влажностью около 58%, его разбавляют водой и перекачивают вторым плунжером насоса на ротационные сита первого рафинирования 7 и второго рафинирования 8. Мезгу из этих сит выводят в сборник мезги, а рафинированное (очищенное) крахмальное молоко поступает в отстойно-фильтрующую центрифугу 9, где крахмал сгущается и обезвоживается. Из центрифуги он выходит влажностью 38-40%.

Получение хлебопекарных дрожжей из зрелой бражки при переработке мелассы

Зрелая бражка спиртовых заводов, перерабатывающих мелассу, содержит в 1 м3 12— 15 кг дрожжей (в пересчете на дрожжи 75%-ной влажности). Эти дрожжи можно выделять из бражки и использовать в качестве хлебопекарных.

Технологическая схема получения дрожжей из бражки, разработанная ВНИИФСом (рисунок 3), предусматривает следующие операции: двухступенчатое выделение дрожжевой суспензии из бражки на дрожжевых сепараторах; трехступенчатое извлечение спирта из дрожжевой суспензии промывной водой; аэрация дрожжевой суспензии; окончательная промывка дрожжей; отделение дрожжей на фильтрпрессах, формовка и упаковка дрожжей.

Бражку из последнего бродильного чана подают на дрожжевые сепараторы первой ступени сепарации, где отделяют 25% жидкой дрожжевой суспензии. Бражку, освобожденную от дрожжей, направляют на перегонку. Дрожжевую суспензию (дрожжевое молоко или дрожжевой концентрат) для обеспечения лучшего качества дрожжей охлаждают в теплообменнике до 6-8°С и подают в сепараторы второй ступени.

На этих сепараторах получают густую дрожжевую суспензию в количестве 5-6% от объема бражки. Отсепарированную бражку из сепараторов второй ступени также направляют на перегонку, а дрожжевую суспензию для извлечения из нее спирта промывают. Промывку дрожжевой суспензии производят смешиванием ее с водой, а затем для отделения воды смесь направляют на сепараторы. Полученное после сепарирования дрожжевое молоко вновь смешивают с водой и снова сепарируют. Так повторяют три раза, т. е. производят трехступенчатую промывку дрожжей. Промывку дрожжей осуществляют по принципу противотока промывной воды и дрожжей. На первую ступень промывки поступает промывная вода со второй ступени, на вторую ступень — вода с третьей ступени. На третью ступень промывки поступает чистая вода. Промывные воды с первой ступени направляют для отгонки спирта. После третьей ступени промывки дрожжевое молоко для понижения физиологической активности во время хранения непрерывно аэрируют в колонне. Для аэрации подают очищенный воздух. Для повышения биологической чистоты дрожжей в верхней части колонны дрожжевое молоко облучают бактерицидными лампами. Затем дрожжевое молоко подвергают дополнительной двухступенчатой промывке. Промытое дрожжевое молоко направляют на фильтр-прессы, где воду отделяют от дрожжей. Дрожжи формуют и упаковывают в пачки. Выход дрожжей влажностью 75% составляет 50-55 кг на 1 т мелассы.

Качество хлебопекарных дрожжей, получаемых на спиртовых заводах, по подъемной силе не уступает дрожжам, выпускаемым на специализированных дрожжевых заводах. Себестоимость хлебопекарных дрожжей, получаемых на спиртовых заводах, на 30% ниже, чем на специализированных дрожжевых заводах.

1 - напорный чан для бражки; 2 - фильтр-ловушка; 3 - сепаратор 1-й ступени; 4 - сборник дрожжевой суспензии; 5,8,11,15,22,25 - напорные чаны дрожжевой суспензии от II-VII ступеней сепарации; 6,9,12,16,23,26 - сепараторы II-VII ступеней сепарации; 7,10,14,18,24 - сборники дрожжевой суспензии после сепараторов; 13 - сборник оттока (промывной воды); 17 - аэратор; 19,20 - эжекторы; 21 - фильтр для воздуха; 27 - насосы; 28 - теплообменники; 29 - фильтр-пресс; 30 - спиртоловушка; 31 - сборник водно-спиртовой жидкости; 32 - сборник дрожжевого молока; 33,35 - сборники бражки; 34 - чанки расширителя для отделения СО2 и паров спирта; 36 - сборник мальтозной патоки; 37 - рассиропник мальтозной патоки; 38 - пастеризатор мальтозной рассиропки; 39 - мерник мальтозной рассиропки Рисунок 3 - Технологическая схема получения хлебопекарных дрожжей из мелассной бражки
1 — напорный чан для бражки; 2 — фильтр-ловушка; 3 — сепаратор 1-й ступени; 4 — сборник дрожжевой суспензии; 5,8,11,15,22,25 — напорные чаны дрожжевой суспензии от II-VII ступеней сепарации; 6,9,12,16,23,26 — сепараторы II-VII ступеней сепарации; 7,10,14,18,24 — сборники дрожжевой суспензии после сепараторов; 13 — сборник оттока (промывной воды); 17 — аэратор; 19,20 — эжекторы; 21 — фильтр для воздуха; 27 — насосы; 28 — теплообменники; 29 — фильтр-пресс; 30 — спиртоловушка; 31 — сборник водно-спиртовой жидкости; 32 — сборник дрожжевого молока; 33,35 — сборники бражки; 34 — чанки расширителя для отделения СО2 и паров спирта; 36 — сборник мальтозной патоки; 37 — рассиропник мальтозной патоки; 38 — пастеризатор мальтозной рассиропки; 39 — мерник мальтозной рассиропки
Рисунок 3 — Технологическая схема получения хлебопекарных дрожжей из мелассной бражки

Мелассная барда и ее использование

Мелассная барда содержит около 10% сухих веществ и 90% воды. Сухие вещества барды состоят из органических и минеральных веществ. К органическим веществам относятся белки, бетаин, глютаминовая кислота и другие аминокислоты, пентозы, глицерин, муравьиная, уксусная, гликолевая, молочная и янтарная кислоты, гуминовые соединения. Минеральные вещества барды содержат соли калия, натрия, кальция и микроэлементы (кобальт, медь, железо, марганец, бор и др.). Барда содержит также витамины. Длительное время мелассная барда не использовалась. Ее обычно выкачивали на фильтрационные поля, где происходила ее минерализация. При этом не только не использовались ценные составные части барды (глютаминовая кислота, бетаин, глицерин, микроэлементы, витамины), но и создавались большие трудности в работе. Для полей фильтрации необходима большая площадь, на каждые 1000 дал спирта суточной производительности завода требуется 10 га; земля таких полей пустует, так как на ней ничего не произрастает. Кроме того, в результате разложения составных частей барды образуются дурно пахнущие вещества, поэтому такие поля фильтрациизагрязняют воздух. Мелассная барда содержит пентозы, белки, глицерин, витамины и другие вещества, и поэтому является ценным кормом для скота в натуральном и упаренном виде.

Мелассную барду используют в качестве удобрения на полях под зерновые культуры и на свекловичных плантациях. В кислые почвы рекомендуют вносить мелассную барду в смеси с фильтр-прессной грязью, т. е. отходом свеклосахарного производства. Мелассную барду используют также для выращивания кормовых дрожжей, для получения глицерина и бардяной золы, глютаминовой кислоты и бетаина.

Получение кормовых дрожжей

Кормовые дрожжи служат ценным продуктом в животноводстве. Они содержат 48-54% белков, 25-35% углеводов, 2-3% жира, 6-8% минеральных веществ. Основная ценность кормовых дрожжей состоит в том, что они — богатый источник белков и витаминов. Мелассная барда содержит сахара, глицерин, органические кислоты и поэтому может служить питательной средой для выращивания кормовых дрожжей.

При производстве спирта из мелассы кормовые дрожжи получают выделением спиртовых дрожжей из барды после перегонки бражки дополнительным культивированием специальных дрожжей на необездрожженной барде, т. е. содержащей отработанные дрожжи; культивированием специальных дрожжей на обездрожженной барде, т. е. полученной после перегонки бражки, из которой выделены отработанные дрожжи для использования в качестве хлебопекарных.

Чтобы выделить отработанные спиртовые дрожжи в качестве кормовых, мелассную барду охлаждают до 30-35°С и дважды сепарируют. Полученный дрожжевой концентрат (дрожжевое молоко) содержит 250-300 г/л дрожжей. Его можно использовать непосредственно для корма скота (жидкие дрожжи) или высушить и получить сухие кормовые дрожжи. Выход сухих кормовых дрожжей влажностью 8-10% составляет около 3 кг из 1 м3 барды. Более целесообразно не ограничиваться выделением отработанных дрожжей из барды, а использовать ее в качестве питательной среды для выращивания кормовых дрожжей.

В производстве кормовых дрожжей пользуются дрожжеподобными грибами: кандида тропикалис СК-4, кандида тропикалис Л-2, торула утилис С-1. Технологическая схема получения кормовых дрожжей выращиванием их на обездрожженной барде:

Рисунок 4 - Технологическая схема производства дрожжей из мелассной барды
Рисунок 4 — Технологическая схема производства дрожжей из мелассной барды

Барду по выходе из перегонного аппарата охлаждают в теплообменнике до 25-30°С, добавляют фосфорное и азотистое питание и подкисляют до pH 4,8-5,2 серной или соляной кислотой. В качестве источника фосфора применяют суперфосфатную вытяжку, диаммонийфосфат, динатрийфосфат и ортофосфорную кислоту, в качестве источника азота-сернокислый аммоний. Для увеличения выхода кормовых дрожжей к
барде добавляют 1% мелассы, которую предварительно разбавляют до 30% сухих веществ, смешивают с горячей бардой и при 80-90°С выдерживают 20 мин. Выращивание дрожжей производят непрерывно в дрожжерастильном чане. Одновременно с притоком барды в дрожже-растильный чан подают засевные дрожжи в количестве 40-50% от количества усвояемых углеродсодержащих веществ барды, считая на дрожжи 75%-ной влажности. Указанный засев обеспечивают возвратом дрожжей после сепарации и дрожжами, размноженными из чистой культуры.

Разведение засевных дрожжей из чистой культуры производят периодически в четыре стадии: колба и дрожжевые маточники емкостью 15,120 и 1 200 л. В качестве питательной среды в этих четырех стадиях применяют стерильное мелассное сусло, подкисленное серной или соляной кислотой. Дальнейшее накопление засевных дрожжей проводят непрерывно в дрожжанке. Питательную среду готовят разбавлением барды водой в соотношении 1:1 с добавлением 10 кг стерилизованной мелассы на 1 м3 разбавленной барды. Приток питательной среды в дрожжанку и отвод зрелых дрожжей составляет 10% полезной емкости дрожжанки в час. В дрожжанке поддерживают температуру 30°С, pH 4,6-4,8 и непрерывно подают воздух. Количество дрожжей (75%-ной влажности) по выходе из дрожжанки должно составлять 18-20 г/л. Один раз в семь суток дрожжи полностью передают в дрожжерастильный чан и после стерилизации всей аппаратуры и трубопроводов цикл разведения дрожжей повторяется.

При переработке необездрожженной барды подсев дрожжей в дрожжерастильный чан производят только дрожжами чистой культуры. В этом случае процесс накопления засевных дрожжей удлиняется на одну стадию, проводимую на неразбавленной барде непрерывным способом в большой дрожжанке. В этой стадии накапливают 50 г/л дрожжей, что полностью обеспечивает засев дрожжерастильного чана без возврата отсепарированных дрожжей. Лучше выделять дрожжи из необездрожженной барды на сепараторах и выращивать кормовые дрожжи на отсепарированной барде. При этом дрожжи спиртового брожения присоединяют к суспензии кормовых дрожжей, сепарируют и высушивают.

При выращивании товарных кормовых дрожжей в дрожжерастильном чане поддерживают температуру 32-34°С и в него непрерывно продувают воздух 30 м3/час на 1 м3 сусла. Длительность выращивания составляет 8-8,5 ч. Дрожжевая бражка с содержанием 50г/л дрожжей непрерывно поступает из дрожжерастильного чана в дезэмульгатор, где гасится пена. Выделение дрожжей из бражки производят  трехступенчатой сепарацией. После третьей ступени сепарации дрожжевой концентрат содержит 600 г/л дрожжей и поступает для высушивания в сушилку. Сухие дрожжи из сушилки поступают на расфасовку. Выход воздушно-сухих дрожжей из 1 м3 барды составляет 11-13 кг, при добавлении к барде 1 % мелассы — 16-20 кг. Дрожжевой концентрат по пути в сушилку целесообразно облучать ультрафиолетовыми лучами для превращения провитамина эргостерола, содержащегося в дрожжах, в витамин D2. Наличие витамина D2 в корме исключает заболевание молодняка рахитом.

Согласно техническим условиям, кормовые дрожжи должны соответствовать следующим требованиям:

  1. Внешний вид — чешуйки, гранулы или порошок коричневого цвета.
  2. Вкус и запах, свойственные дрожжам, посторонний запах и вкус не допускаются.
  3. Влажность не более 12%.
  4. Кислотность не более 1 г уксусной кислоты на 100 г абсолютно сухого продукта.
  5. Содержание общего белка на абсолютно сухое вещество не менее 43%.
  6. Содержание золы (на абсолютно сухое вещество) не более 12%.

Вторичная барда, полученная после отделения дрожжевого концентрата на сепараторах, мало отличается по химическому составу от первичной, т. е. обычной барды, поэтому ее можно применять в жидком или упаренном виде для получения кормовых концентратов. При производстве кормовых концентратов и кормовых дрожжей возможна сушка дрожжевой бражки без ее сепарации в смеси с наполнителями: кукурузные кочерыжки, солома, отруби, жом (отход свеклосахарного производства). Такой способ упрощает работу дрожжевого цеха и улучшает кормовые достоинства концентрата за счет белков и витаминов дрожжей.

Получение глицерина и бардяной золы

Для извлечения глицерина обездрожженную барду обрабатывают бардяной золой, отстаивают, фильтруют, выпаривают в выпарных аппаратах до содержания сухих веществ 75%, а затем окончательно упаривают до содержания сухих веществ 95% в автоклавах с подвижной поверхностью нагрева. Из упаренной барды глицерин отгоняют с водяным паром под вакуумом. Полученный глицерин-сырец очищают при помощи ионообменных смол или вторично подвергают дистилляции. Барду, из которой выделен глицерин, разбавляют водой до содержания сухих веществ 75% и сжигают в топках паровых котлов. Теплотворная способность барды с содержанием 75% сухих веществ 2500 ккал/кг. При сжигании получают бардяную золу; последнюю используют для получения калиевых и натриевых солей. В пересчете на 1 т мелассы получают около 15 кг глицерина и 80 кг бардяной золы; кроме того, получают пар для энергетических и тепловых нужд.

Получение глицерина, глютаминовой кислоты и бетаина

Из мелассной барды можно извлечь глицерин, глютаминовую кислоту и бетаин.

Глицерин СН2ОНСНОНСН2ОН широко применяется в производстве взрывчатых веществ, пластмасс, красок, косметических товаров и др.

Глютаминовая кислота

Глютаминовая кислота

широко применяется в качестве лечебного средства. Натриевая соль глютаминовой кислоты — глютамат натрия — придает пищевым продуктам естественный вкус и свежесть, и поэтому его применяют в консервной промышленности, в производстве мороженых овощей, маргарина, пищевых концентратов и других продуктов питания.

Глютаминовая кислота

Глютаминовая кислота

содержится в барде в виде ангидрида — пирролидонкарбоновой кислоты

пирролидонкарбоновая кислота

которая под действием сильных кислот или оснований легко гидролизуется в глютаминовую кислоту.

Бетаин

Бетаин

применяют в виде лечебного средства, чаще всего в виде солянокислого бетаина — ацидина, а также для предохранения от порчи пищевых продуктов.

Для получения глицерина, бетаина и глютаминовой кислоты мелассную барду сгущают в выпарных аппаратах до содержания сухих веществ 50%. Затем барду обрабатывают разбавленной серной кислотой; образовавшиеся сернокислые соли кальция, калия и натрия вследствие малой растворимости в концентрированной барде выпадают в осадок, который отделяют на центрифуге. Затем барду повторно выпаривают до содержания сухих веществ 82-85%. Из упаренной барды отгоняют глицерин водяным паром под разрежением, гидролизуют барду соляной кислотой. При гидролизе пирролидонкарбоновая кислота превращается в глютаминовую.

Гидролизат охлаждают, при этом выпадает осадок — смесь хлористых солей и гуминовых веществ. Осадок отделяют на центрифуге, а фугат выпаривают до относительной плотности 1,32-1,33. При выпаривании выпадает осадок, который представляет собой смесь хлористых солей калия, натрия и ацидина. Выпавший осадок называют сырой солью ацидина; его отделяют на центрифуге. Осадок служит для получения сырой соли ацидина, а ф угат-для получения глютаминовой кислоты.

Сырую соль ацидина растворяют в соляной кислоте, в которой плохо растворимы хлористые соли калия и натрия. Они остаются в осадке, отделяемом фильтрацией. Раствор ацидина выпаривают до образования кристаллов и охлаждают, выпавшие кристаллы отделяют фильтрацией. Так как последние недостаточно чистые, их растворяют в воде, обрабатывают раствор активным углем и отфильтровывают. Отфильтрованный раствор ацидина охлаждают, при этом он кристаллизуется. Полученные кристаллы ацидина промывают этиловым спиртом и высушивают до содержания влаги не более 0,5%.  Продукт просеивают упаковывают.

В фугат, полученный после отделения сырой соли ацидина, добавляют соляную кислоту и проводят кристаллизацию, в процессе которой выпадают в осадок кристаллы хлоргидрата глютаминовой кислоты. Хлоргидрат отфильтровывают и растворяют в воде. Раствор обрабатывают активным углем и фильтруют. Осветленный раствор хлоргидрата глютаминовой кислоты нейтрализуют раствором едкого натра; при нейтрализации выпадают кристаллы глютаминовой кислоты, после чего раствор медленно охлаждают и проводят повторную кристаллизацию.

Кристаллы глютаминовой кислоты отделяют на центрифуге, растворяют в воде и добавляют раствор едкого натра — образуется глютамат натрия. Раствор осветляют активным углем, добавляют соляную кислоту и вторично проводят кристаллизацию полученной глютаминовой кислоты. Выпавшие кристаллы глютаминовой кислоты отделяют на центрифуге, промывают холодной водой и высушивают. Повторная кристаллизация позволяет получать глютаминовую кислоту высокой чистоты (99,8%).

Использование зерно-картофельной барды

При переработке зерно-картофельного сырья выход барды составляет около 13 дал/дал спирта суточной производительности. Зерновая барда содержит 92-93% воды и 8-7% сухих веществ; картофельная барда соответственно — 95% воды и 5% сухих веществ. Сухие вещества барды состоят из белков, гемицеллюлоз, целлюлозы, сахаров, жира и минеральных веществ. В барде содержатся также витамины группы В.

Использование барды на кормовые цели

Барда является ценным кормом для животных. Простым способом ее использования является скармливание в свежем виде, однако это удобно только зимой. В другие периоды года при наличии растительного корма барда полностью не используется. При ее хранении в ней развиваются различные микроорганизмы, барда темнеет, приобретает кислый запах и вкус, становится непригодной для скармливания. Для длительного хранения барда должна консервироваться.

Консервирование барды осуществляют путем молочнокислого брожения. Барду сливают в траншеи и добавляют в нее сечку, полову и другие грубые корма. Вместе с бардой в первые двое суток в нее добавляют молочнокислую закваску, которую готовят на грубом фильтрате барды. Температура барды при сливе закваски должна быть 50-55°С. В последующие дни закваска не добавляется. Молочнокислые бактерии вызывают молочнокислое брожение барды. Молочная кислота, образовавшаяся при брожении, является антисептиком и предохраняет барду от развития вредных микроорганизмов. Консервированная барда охотно поедается животными.

Для хранения барды, учета ее и отпуска потребителям спиртозавод должен иметь бардяное хозяйство и бардораздаточную станцию (рисунок 5). Барда из брагоректификационного аппарата поступает в бардосборники 1, а затем через регулятор напора 2 в автоматические счетчики 3. По одному из них через трубу А барда поступает на откормочный пункт, а по второму — в мерники 4 для отпуска потребителям. В тех случаях, когда поступление барды в бардосборники превышает отпуск ее, избыток барды по чересной трубе Б поступает в бардяные траншеи 5 для консервирования. Из траншеи она поступает в сборник 6 и насосом 7 по трубопроводу 8 подается в бардосборники для отпуска потребителям.

Рисунок 5 - Схема бардяного хозяйства
Рисунок 5 — Схема бардяного хозяйства

Получение кормовых дрожжей на зерно-картофельной барде

Зерно-картофельная барда служит ценным белковым кормом. Однако незначительная концентрация сухих веществ в барде (около 7%) не позволяет использовать ее для откорма крупного рогатого скота, свиней, птиц, для которых требуется белковый корм в концентрированном виде, лучше всего в виде кормовых дрожжей. ВНИИФС разработал способ переработки зерно-картофельной барды с получением кормовых дрожжей и вторичной барды. Кормовые дрожжи предназначены для откорма молодняка, а вторичная барда — для откорма взрослых животных.

Для выращивания кормовых дрожжей на зерно-картофельной барде применяют дрожжеподобные грибы Кандида тропикалис СК-4. Технологическая схема производства кормовых дрожжей показана на рисунке 6.

Рисунок 6 - Технологическая схема производства кормовых дрожжей на зерно-картофельной бардеРисунок 6 - Технологическая схема производства кормовых дрожжей на зерно-картофельной барде
Рисунок 6 — Технологическая схема производства кормовых дрожжей на зерно-картофельной барде

Барду необходимо прежде всего отделить от дробины, для этого ее фильтруют через сито с отверстиями диаметром 0,5-0,7 мм. Фильтрат барды охлаждают в теплообменнике до 35°С и направляют в дрожже-растильные чаны; в качестве дополнительного питания добавляют углекислый или сернокислый аммоний 0,15-0,2% к объему питательной среды. Маточные дрожжи выращивают в начале производственного сезона в аппарате чистой культуры. В дальнейшем в качестве засевных дрожжей применяют часть дрожжевого молока (15-20%) после сепаратора, которое непрерывно поступает в дрожже-растильный чан.

Дрожжи выращивают непрерывно. При выращивании дрожжей поддерживают температуру 34-35°С и непрерывно продувают воздух. Длительность выращивания дрожжей около 6ч. Дрожжи выращивают при pH 5,0-5,6, так как при такой кислотности среды замедляется развитие инфекции. Для поддержания указанного pH в дрожже-растильный чан добавляют серную кислоту. Бражка из дрожже-растильного чана проходит через деэмульгатор для гашения пены.

Выделение дрожжей из дрожжевой бражки производят в две ступени: на центрифуге и дрожжевых сепараторах. На центрифуге отделяют более крупные частицы, препятствующие работе дрожжевых сепараторов. Из центрифуг дрожжевую бражку подают на дрожжевой сепаратор, где получают дрожжевое молоко. Это дрожжевое молоко смешивают с массой, отделенной в центрифуге, и полученную смесь направляют в сушилку. Дрожжи высушивают до влажности 10%, расфасовывают и взвешивают. Полученные товарные дрожжи состоят из вновь выращенных кормовых дрожжей Кандида тропикалис и остаточных спиртовых дрожжей сахаромицетов, а также мелких частиц барды. Выход сухих товарных дрожжей составляет 22-24 кг из 1 м3 исходной барды.

Обездрожженную бражку из сепаратора (фугат) смешивают с отделенной дробиной и вместе с ней в виде так называемой вторичной барды направляют для корма скота; добавлением углекислого аммония можно полностью возместить во вторичной барде весь азот, унесенный дрожжами.

Получение хлебопекарных дрожжей на зерно-картофельной барде

Зерно-картофельная барда в натуральном виде непригодна как питательная среда для выращивания хлебопекарных дрожжей. Если осахарить содержащиеся в барде крахмал и декстрины плесневыми грибами и удалить дробину и отработанные дрожжи, то можно получить питательную среду для выращивания хлебопекарных дрожжей. Количество сахаров в барде при обработке грибной культурой увеличивается в два-три раза. ВНИИФС разработал следующую технологическую схему получения хлебопекарных дрожжей на зерно-картофельной барде:

Рисунок 7 - Технологическая схема производства хлебопекарных дрожжей на зерно-картофельной барде
Рисунок 7 — Технологическая схема производства хлебопекарных дрожжей на зерно-картофельной барде

Барду из брагорекгификационного аппарата охлаждают в теплообменнике и подают в осахариватель, где осахаривают культурой плесневых грибов. После осахаривания барду направляют на вращающееся барабанное сито для отделения дробины. Часть полученного грубого фильтрата (около 3%) идет для выращивания плесневых грибов, а остальное количество подают на камерный сепаратор. Осадок, отделенный на сепараторе, состоит из отработанных дрожжей и взвешенных частиц барды. Этот осадок содержит 25-30% сухих веществ, основной частью которых (примерно около половины) являются белки. Поэтому его называют белковым концентратом. Последний можно использовать в качестве корма для животных в том виде, в каком его получают из сепаратора, или высушивать его в барабанной сушилке отходящими топочными газами.

Осветленную на сепараторе барду охлаждают в теплообменнике и направляют для выращивания засевных и товарных дрожжей периодическим способом при 30-32°С. Засевные дрожжи выращивают на осветленной барде с добавлением осахаренной массы в количестве около 0,3% к объему барды. Для лучшего использования крахмала и декстринов осахаренной массы ее осахаривают глубинной культурой плесневых грибов и осветляют на сепараторе. Выращенные засевные дрожжи подают на дрожжевой сепаратор. Полученное дрожжевое молоко смешивают с холодной водой и вновь возвращают на сепаратор. Промытое и сгущенное дрожжевое молоко перекачивают на фильтр-пресс и получают прессованные засевные дрожжи (влажность 75%). Такие дрожжи готовят два-три раза в месяц и хранят в холодильнике. Товарные дрожжи выращивают в дрожже-растильном чане. В среду для выращивания — осветленную на сепараторе барду — добавляют углекислый аммоний в количестве 0,2%. При выращивании дрожжей pH увеличивается; для поддержания оптимального pH 4,8-5,5 в дрожже-растильный чан вводят разбавленную серную кислоту. Дрожжевую бражку из дрожжерастильного чана подают на дрожжевые сепараторы, где дрожжи отделяют от бражки, промывают и сгущают. Дрожжевое молоко подают на фильтр-пресс, затем прессованные дрожжи формуют на формовочной машине, расфасовывают и направляют на склад готовой продукции. Выход хлебопекарных дрожжей влажностью 75% составляет 11,5 кг из тонны барды. Качество полученных дрожжей соответствует требованиям ГОСТа на дрожжи прессованные хлебопекарные. К обездрожженной бражке добавляют дробину, отделенную на барабанном сите, и раствор углекислого аммония или мочевины в количествах, соответствующих количеству азота, выведенного из барды с белковым концентратом. Полученную вторичную барду используют для корма скота.

Производство кормового биомицина в комплексе с витамином В12

Биомицин (ауреомицин, хлортетрациклин) является антибиотиком, который широко применяется в качестве профилактического и лечебного средства при желудочных заболеваниях свиней, молодняка крупного рогатого скота и птицы. Употребление биомицина в кормовом рационе способствует увеличению привеса животных. Продуцентом биомицина служит лучистый грибок (актиномицет). Актиномицес ауреофациенс. Этот актиномицет продуцирует также витамин В12. Применение витамина В12 в животноводстве стимулирует рост молодняка, содействует усвоению белка организмом. Для увеличения выпуска кормового биомицина на некоторых спиртовых заводах организовано производство препарата БКВ (биомицин кормовой витаминизированный).

Рисунок 8 - Технологическая схема производства биомицина в комплексе с витамином В12
Рисунок 8 — Технологическая схема производства биомицина в комплексе с витамином В12

Актиномицет Актиномицес ауреофациенс на спиртовых заводах выращивают глубинным способом на специальной питательной среде. Исходным посевным материалом (маточной культурой) служат споры Актиномицес ауреофациенс штамм ЛСБ-16, приготовленные на пшене и получаемые во флаконах; более активный штамм ЛСБ-2201. Состав питательной среды для выращивания Актиномицес ауреофациенс приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Состав питательной среды
Таблица 1 — Состав питательной среды

Величина pH питательной среды 6,6-6,7, что достигается добавлением извести или раствора едкого натра; воду приливают до заданного объема.

Получение посевного материала в колбах

Споры актиномицета выращивают в колбах емкостью 750-1000 мл на питательной среде указанного состава, но без хлористого кобальта, роданистого бензила и пеногасителя. Количество колб зависит от потребного количества мицелиальной культуры. Колбы с питательной средой стерилизуют в автоклаве при давлении 1,2 ати в течение 40 мин. После охлаждения питательной среды до 28-30°С в каждую колбу стерильно вносят по 20-30 зерен пшена со спорами культуры.

Колбы ставят на качалку и выращивание производят при температуре 26-28°С в течение 24-30 ч. Из полученной мицелиальной культуры (первая расплодка) выращивают мицелиальную культуру в нескольких колбах (вторая расплодка), в зависимости от требуемого объема засевной культуры для посевных аппаратов. В каждую из колб емкостью 750-1000 см3 наливают по 200 см3 питательной среды и все колбы помещают в автоклав для стерилизации среды при давлении 1,2 ати в течение 40 мин. После стерилизации охлаждают до 30°С и в каждую колбу стерильно вносят 5-6 см3 мицелиальной культуры из колбы первой расплодки и все колбы ставят на качалку и выращивают при 26-28°С в течение 24-30 ч. Одну-две колбы из числа приготовленных оставляют для засева среды в посевных аппаратах.

Посевной аппарат представляет собой цилиндрический сосуд со сферическим днищем и крышкой. Питательную среду для посевного аппарата применяют такого же состава, но без хлористого кобальта. Питательную среду приготовляют в смесителе. Вначале набирают 2/3 необходимого количества воды и все количество барды, а затем засыпают всю муку. Полученную смесь нагревают при перемешивании до 50-60°С, после чего в нее последовательно загружают азотнокислый аммоний, хлористый натрий, углекислый кальций и 50% кашалотового жира (остальное количество его вносится при выращивании в посевном аппарате для гашения пены). Роданистый бензил вносят в посевной аппарат. После внесения всех компонентов в смеситель добавляют воду до требуемого объема, учитывая объем конденсата пара, который образуется при стерилизации. Среду в смесителе нагревают до 90-95°С, затем проверяют ее объем и величину pH, которая должна быть 6,6-6,7 (это достигается добавлением извести или раствора едкого натра). После этого производят стерилизацию при 125°С, При этой температуре среду выдерживают 20-25 мин, после чего она избыточным давлением 1,2-1,3 ати вытесняется в посевной аппарат. Среду в нем выдерживают 10-15 мин при 125-130°С, затем охлаждают ее до 27-28°С, после чего производят посев мицелиальной культуры из колб. Процесс выращивания в посевном аппарате ведут при постоянной аэрации стерильным воздухом и перемешивании с поддержанием температуры 27-28°С. Продолжительность выращивания посевной культуры 30-36 ч. Готовый посевной материал используют для посева производственных ферментаторов.

Ферментация биомицина и витамина В12 в производственных ферментаторах

Для приготовления питательной среды в специальный чанок набирают около 35-40% воды от количества, рассчитанного на приготовление питательной среды, и при перемешивании в нее вносят азотнокислый аммоний, хлористый натрий, хлористый кобальт, углекислый кальций и половину пеногасителя. Вторая половина пеногасителя и роданистый бензил вносятся в питательную среду в ферментатор. Внесенные составные части в чанке перемешивают с водой, нагревают смесь до 40-45°С и загружают отдельными порциями все количество муки. Содержимое чанка размешивают до получения равномерного замеса, а затем выкачивают его насосом в смеситель. В последний загружают также все количество барды. Среду в смесителе нагревают до 80-90° и проверяют величину pH, которая должна быть 6,6-6,7. Для достижения этой величины pH к среде добавляют необходимое количество извести или раствора едкого натра. Приготовленную среду стерилизуют в стерилизаторе при 125-130°С с последующей выдержкой в стерилизаторе в течение 10-15 м ин . Стерилизованную среду охлаждают в теплообменнике до 27-28°С и направляют в ферментаторы. Посев в ферментаторы производят мицелиальной культурой из посевных аппаратов. Количество посевного материала должно составлять 10-12% к объему питательной среды.

Процесс ферментации производят при температуре 26-28°С, постоянной аэрации стерильным воздухом и давлении в ферментаторе 0,2-0,3 ати.

Длительность процесса выращивания составляет 36-42 ч. Через 30 ч быстро накапливается биомицин и повышается pH (7,0-7,2). Накопление биомицина при этом прекращается.

Отделение осадка и сушка препарата

По окончании процесса в культуральной жидкости до 10% образовавшегося биомицина и значительная часть (25-30%) витамина В12 находятся в растворенном состоянии. Культуральную жидкость перекачивают в сборник, где подщелачивают раствором кальцинированной соды до pH 7,5-8,0. Находящийся в растворе биомицин выпадает в осадок. Осадок мицелия и взвешенные частицы отделяют от жидкости фильтрацией на фильтр-прессах. При длительной фильтрации наблюдается заметное падение активности культуральной жидкости, что отражается на выходе готовой продукции. Для устранения потерь от инактивации при затяжной фильтрации рекомендуется добавлять пиросульфит натрия Nа2S2O5 в качестве консерванта. Для ускорения фильтрации культуральную жидкость подогревают перед фильтрацией до 45-50°С, Полученный при фильтрации осадок представляет собой влажный биомициновый концентрат. Для длительного хранения его высушивают до влажности 8-10%.

Производство углекислого аммония

Углекислый газ, выделяющийся при спиртовом брожении, можно использовать для производства углекислого аммония, который хорошо заменяет белок в рационе крупного рогатого скота. Углекислый аммоний получают при взаимодействии углекислого газа с аммиаком, применяемым в виде раствора (аммиачная вода). Для корма скота целесообразно готовить 40%-ный раствор углекислого аммония, так как его можно вводить непосредственно в корм; при применении же сухой соли ее необходимо предварительно измельчать и затем готовить раствор. Кроме того, на спиртово-заводе легче организовать производство раствора углекислого аммония, чем сухой соли.

Аммиачная вода с содержанием 25% аммиака поступает на спиртовой завод в железнодорожных цистернах и направляется в хранилище. Отсюда ее подают через сборник и дозатор в сатуратор. По пути в сатуратор аммиачная вода разбавляется водой до концентрации аммиака 17%. Углекислота из бродильных чанов подается компрессором, повышающим ее давление до 0,3-0,б ати, в сатуратор через барботер. В сатураторе протекает реакция

Комплексное использование сырья и утилизация отходов спиртового производства

Время взаимодействия аммиака и углекислого газа должно составлять не менее 25 м и н , температура реакционной смеси 40°С. Для отвода избыточного количества тепла сатуратор оборудован водяной рубашкой.

Рисунок 9 - Технологическая схема производства углекислого аммония
Рисунок 9 — Технологическая схема производства углекислого аммония

Раствор, содержащий 40% углекислого аммония, непрерывно отводят из сатуратора через декантатор, в котором раствор отделяется от газа, захваченного жидкостью. Выделившийся в декантаторе углекислый газ отводят обратно в сатуратор. Раствор углекислого аммония из декантатора поступает в сборник, а из него в хранилище готового продукта. Его можно размещать на открытом воздухе, так как раствор углекислого аммония имеет низкую температуру замерзания.