Технология производства спирта из мелассы (патоки)

Получение мелассы.

Свеклосахарная меласса (патока) используется как сырье в технологии производства спирта и его производных (этилацетат, этиленгликоль и пр).

Выход спирта из мелассы составляет 300 литров на 1 тонну.

Стоимость мелассы от 1500 рублей/ тонна. При переработке сахарной свеклы на сахар все несахаристые вещества свеклы, не удаленные с свекловичным жомом и дефекационным шламом, накапливаются в маточном растворе, получающемся после фуговки последнего продукта.

увеличить %

В связи с наличием значительного количества несахаров, затрудняющих кристаллизацию сахара, этот продукт, называемый свекловичной мелассой (патокой), является отходом свеклосахаренного производства.

видео Сахар при путиноидах неожиданно стал отходом производства

видео "...Можно сказать, что всадники апокалипса уже в пути и вся надежда только на Всевышнего..."

наша экономика

Выход мелассы составляет примерно 4,6% по весу переработанной свеклы, а содержание сахара в ней 2,4% к весу переработанной свеклы (или 40-57% к весу мелассы). Выход мелассы колеблется в очень широких пределах и зависит от многих причин.

ГОСТ 30561-2013. Меласса свекловичная.

Меласса является побочным продуктом в производстве сахара. В зависимости от вида сырья, перерабатываемого на сахарных заводах, меласса бывает нескольких видов:

• > свеклосахарная меласса — при переработке сахарной свеклы;

• > тростниковая меласса — при переработке сахарного тростника на сахар-песок;

• > рафинадная меласса — при производстве сахара-рафинада из сахара-песка.

В России для производства спирта используется преимущественно свеклосахарная меласса.

Если принять себестоимость спирта из картофеля за 100%, то себестоимость спирта из цельной сахарной свеклы составит 102%, из зерна 95,0%, из свеклосахарной мелассы (патоки) 88,1%, из сахара-сырца 94,5%.

Свеклосахарная меласса представляет собой темно-коричневую вязкую жидкость со специфическим запахом продуктов карамелизации сахарозы и три-метиламина, содержащегося в ней в малых количествах. Плотность мелассы 1,30—1,42.

Цветность мелассы (по ФЭКу) по отношению к светопропусканию воды составляет 20—60% при разбавлении мелассы 1 : 10. Но с повышением содержания инвертного сахара цветность мелассы увеличивается. Так, при хранении мелассы в первом полугодии цветность колеблется в пределах 12—44% (в среднем 31%), во втором — 30—64% (в среднем 48%) к светопропусканию воды. Вязкость нормальной мелассы колеблется в пределах 3600—5600 сантипуаз. Но с повышением плотности (% СВ) вязкость мелассы увеличивается.

Химический состав мелассы зависит главным образом от сорта и качества сахарной свеклы, почвенно-климатических условий ее произрастания. На физико-химические и технологические показатели мелассы влияют методы ведения производства на сахарных заводах, а также продолжительность сезона сахароварения (таблица Химический состав и технологические показатели качества свеклосахарной мелассы).

Меласса содержит 75-85 % сухих веществ, из которых около 54-63% (по весу сухих веществ) сахарозы, 14,8% азотистых веществ, 16,7% безазотистых веществ (кроме сахара) органических веществ и 8,5% золы.

При содержании около 20% воды меласса в среднем содержит 50% сахара и 30% несахаристых веществ, которые в свою очередь можно разделить на неорганические, главным образом соли калия 10%, и органические 20%.

Кроме сахарозы, нормальная меласса содержит в небольшом количестве (до 0,25%) инвертный сахар, а также раффинозу (до 2 %).

Цветность мелассы в ед. Штаммера от 327 до 1300.

Таблица 5

 

 

 

Таблица 6

 

При транспортировании мелассы установлены определенные предельно допустимые нормы потерь в ж/д транспорте равные 0,72 % к весу мелассы в зимний и летний периоды.

Меласса хранится на сахарных заводах, а затем на заводах-потребителях: дрожжевых, спиртовых, лимонной кислоты в специальных мелассохранилищах до 5-8 месяцев.

В процессе длительного хранения химический и микробиологический состав мелассы меняется, в результате чего теряется сахароза и инфицированная меласса становится дефектной. Такая меласса становится основным источником развития бактериальной инфекции в бродильных производствах.

Как установлено, бактериальная микрофлора мелассы представлена тремя группами бактерий: кислотообразующими, гнилостными и пектинообразующими.

Исследования мелассы в процессе хранения выявили, что потери сахарозы обусловлены действиями микроорганизмов и зависят от плотности мелассы. При плотности мелассы в 75-80 гр Бр микрофлора в ней не развивается и потери сахара незначительны; они ежемесячно находятся в пределах 0,04 - 0,22 % в пересчете на вес мелассы, содержащей сахара около 46%.

Инструкция по хранению, транспортированию и приемке мелассы

В случае наличия этих микроорганизмов к количестве около 50000 в 1 грамме ежемесячные потери сахара мелассы достигают 1,3% к весу мелассы.

При разжижении мелассы до плотности 40 Брикс дрожжи, попавшие в мелассу из воздуха, активизируются и их жизнедеятельность вызывает значительные потери сахара, которые достигают ежемесячно 2,5% к весу мелассы.

Показатели технологического режима при двухпоточной схеме непрерывного сбраживания мелассы

Усреднение (гомогенизация) мелассы. Меласса, поступающая от различных сахарных заводов, неоднородна по своему составу и качеству, и поэтому неодинаково сбраживается дрожжами. Перед сбраживанием ее рекомендуется предварительно усреднять (гомогенизировать) по составу и качеству. Согласно типовой схеме, мелассу из хранилищ при помощи насоса направляют в резервуар для гомогенизации. Усреднение производится смешиванием мелассы из разных хранилищ и циркуляцией ее с помощью насоса, который забирает мелассу из нижней части резервуара и подает ее в верхнюю часть того же резервуара.

При отсутствии специального резервуара усреднение мелассы можно производить в сборниках суточного запаса после весов, на которых взвешивается меласса, поступающая на производство. Для перемешивания различных по составу партий мелассы рекомендуется направлять ее на производство из разных резервуаров мелассохранилища. Усреднение мелассы осуществляется с одновременным кислотным антисептированием ее при приемке на производство. Для перемешивания мелассы устанавливаются специальные циркуляционные насосы.

В зимнее время для лучшей подвижности при транспортировке и усреднении мелассу частично подогревают паром до 25—30° С.

Гомогенизация мелассы позволяет повысить технологические показатели брожения, что особенно важно для спиртовых заводов, вырабатывающих хлебопекарные дрожжи.

Кислотное антисептирование мелассы. При обработке неразбавленной мелассы эффект антисептирования будет большим вследствие более высоких концентраций кислоты и антисептика, введенных в мелассу. Антисептирование мелассы в неразбавленном виде облегчает автоматизацию регулирования плотности рассиропки.

Для проведения кислотного антисептирования устанавливают сборники серной или соляной, ортофосфорной кислот и водного раствора антисептика. Мелассу с содержанием 70—80% СВ подкисляют до 2,0—2,4° Д. Во избежание карамелизации сахаров мелассы концентрированной кислотой, кислоту разбавляют 2—3-кратным количеством воды в смесителе, снабженном смотровым фонарем.

Количество вспомогательных материалов при антисептировании дозируется при помощи градуированных мерников или указателей уровня в сборниках. Выдерживание подкисленной мелассы в среде высокой кислотности в течение 8—10 ч способствует повышению эффекта антисептирования мелассы от вредной бактериальной микрофлоры.

При однопоточной схеме сбраживания мелассы подкисляют все количество мелассы, поступающей на переработку, при двухпоточной — подкислению подвергается только та часть мелассы, которая идет на приготовление дрожжевой рассиропки, а остальная часть (для приготовления густой рассиропки) перерабатывается без подкисления, в натуральном виде.

Раствор хлорной извести, как антисептика, готовится путем растворения хлорной извести в 5-кратном объеме воды в специальных сборниках с мешалкой. После размешивания раствору дают отстояться в течение 4—6 ч, декантируют светлый раствор, а шлам выбрасывают в отвал. Раствор хлорной извести выкачивают в напорный сборник-дозатор, откуда он направляется на обработку мелассы.

Расход хлорной извести для спиртовых заводов, вырабатывающих хлебопекарные дрожжи, колеблется в зависимости от качества мелассы, а именно: при нормальной — 0,5—1,0; дефектной—1,0—1,5 и сильнодефектной—1,5— 2,0 кг/т мелассы.

Расход кислоты при антисептировании мелассы для создания конечной кислотности рассиропки в 0,4—0,5° Д зависит от щелочности мелассы *. Расчет расхода кислоты ведут раздельно для нейтрализации мелассы и для подкисления сусла, исходя из данных реакции и степени подкисления рассиропки.

Фосфорное и азотистое питание дрожжей. Фосфора в мелассе содержится незначительное количество, так как соли удаляются из диффузионного сока еще на сахарном заводе вместе с фильтропрессной грязью. Дрожжи содержат фосфор в количестве до 1 % в расчете на Р^Об. В связи с тем, что биомассы дрожжей при брожении образуется 6—8% по весу мелассы, к ней нужно добавлять минимум 0,06—0,08% Р₂О₅ в том или ином виде. В качестве фосфорного питания дрожжей могут применяться суперфосфат, диаммонийфосфат и ортофосфорная кислота.

Как правило, общего азота в мелассе содержится 1—2%, в том числе усвояемого 0,3—0,7% к весу мелассы. Таким образом, в мелассе содержится достаточное количество азота для питания дрожжей и добавлять его в мелассу не обязательно. При пониженном содержании азота в мелассе (ниже 1,3% общего или ниже 0,3% усвояемого азота) необходимо вводить дополнительно азотистое питание для дрожжей, которое добавляют из расчета 75 г азота на каждую тонну мелассы. В качестве азотистого питания при переработке мелассы может применяться сульфат аммония аккумуляторный (ГОСТ 894—41) или медицинский, а также карбамид (ГОСТ 2081—63).

* Щелочность или кислотность мелассы выражают в градусах, принимая за I градус 1 мл нормального раствора серной кислоты или щелочи, пошедшего на титрование 100 г мелассы.

Примечание. Разведение дрожжей в аппарате 2 проводят в три стадии продолжительностью соответственно 24, 12 и 8 часов.

Существенное значение для роста и накопления биомассы в бражке имеет аэрация, поэтому расход воздуха на аэрацию в аппаратах чистой культуры должен быть равным 1—2 М³/м3 · ч, а в дрожжегенераторах — 3 — 5 м3/м3 · ч.

Биологическая очистка воздуха на фильтрах для аппаратов чистой культуры обязательна и рекомендуется она также и для дрожжегенерирования. Дезинфекция всех аппаратов чистой культуры и трубопроводов к нему проводится при освобождении их путем тщательной промывки водой и пропаркой с формалином и хлорной известью.

Брожение

Спиртоловушка с наполнителями представляет собой цилиндр с решетками, на которых находится кокс или фарфоровые кольца с развитой поверхностью. Углекислый газ поступает под нижнюю решетку ловушки, а холодная вода в распыленном виде подается сверху на слой наполнителя. Вода с уловленным спиртом направляется на отгонку спирта, а газы выходят в атмосферу или в цех утилизации углекислоты.

Переработка мелассы в смеси с крахмалистым сырьем. При переработке мелассы совместно с крахмалистым сырьем исходят из кормовых достоинств получаемой барды. На 100 кг зерна рекомендуется брать 20—35 кг мелассы.

Мелассное сусло приливают в бродильный чан в период главного брожения крахмалистого сусла приблизительно через 12 часов после перекачки первой порции из осахаривателя. Приток мелассного сусла продолжается 10 ч и заканчивается к концу главного брожения, т.е. за 20—22 часов до окончания брожения.

Концентрация мелассного сусла — 20% СВ, кислотность — не ниже 0,3° Д; если меласса инфицирована, ее подвергают тепловой обработке при температуре не ниже 85°С в течение 1 часа, а затем охлаждают до 20—25° С.

Для повышения кормовых достоинств смешанной барды раствор мелассы можно не подкислять серной кислотой. При этом нужно следить за реакцией общей смеси бродящей массы, кислотность которой должна быть не ниже 0,25—0,3°Д. Величина отброда зрелой бражки находится в зависимости от соотношения сырья в смеси.

Совместная переработка мелассы и зерно-картофельного сырья приводит к смешению мелассного спирта со спиртом, полученным при сбраживании крахмала, что нежелательно.

Переработка в смеси с сахаром-сырцом. Тростниковый сахар-сырец может эффективно перерабатываться в смеси с мелассой в разных соотношениях (до 75% сахара-сырца к сумме сбраживаемых Сахаров мелассы и сахара-сырца). В нем содержится 96,5—98,4% сахарозы. Переработка сахара-сырца в чистом виде (не в смеси с крахмалистым сырьем или мелассой) не рекомендуется, так как при этом получается пониженный выход спирта.

Для переработки сахар-сырец предварительно растворяют в горячей воде до концентрации 50% СВ в растворе, после чего раствор подогревают паром через барботер не ниже 70° С и выдерживают в течение часа. Для антисепти-рования раствора в него добавляют формалин из расчета 1 кг формалина на 1 тонну сахара-сырца.

В качестве дополнительного питания в приготовленный сахарный раствор добавляют сульфат аммония или карбамид и ортофосфорную кислоту. Расход химикатов на мелассу, входящую в состав смеси, сохраняется на уровне действующих нормативов при переработке на спирт одной мелассы.

Переработка сахара-сырца на спирт совместно с мелассой может вестись как по однопоточной, так и по двухпоточной схемам.

При однопоточной схеме производства раствор сахара-сырца концентрацией 48—50% по сахарометру смешивают с мелассой и в полученную смесь вводят химикаты-антисептики, кислоты и азотистые соли (табл. 15). Смесь мелассы и сахара-сырца выдерживают не менее 2 часа, после чего направляют в рассиропник для подготовления рассиропки. Концентрацию рассиропки определяют из расчета получения зрелой бражки с содержанием спирта 8,0 — 8,5 об. %.

При двухпоточной схеме производства дрожжи следует выращивать на сусле из одной мелассы. Концентрация мелассного сусла 10—12% СВ, кислотность — 0,8—1,0° Д. Рассиропку для сбраживания готовят из смеси мелассы и сахара-сырца или только из сахара-сырца (в зависимости от количества мелассы в смеси) и направляют в первый бродильный аппарат бродильной батареи.

Расход химикатов на тонну перерабатываемого сахара-сырца, кг

Примечание. При промежуточных соотношениях сахара в смеси с мелассой химикаты нормируются соответственно содержанию сахара.

Химико-технологические показатели мелассно-сахарной зрелой бражки, полученной по двухпоточной схеме, остаются на таком же уровне, как и ее показатели при однопоточной схеме.

Концентрация мелассно-сахарной рассиропки, поступающей в бродильную батарею при двухпоточной схеме, следующая: при переработке 25% сахара-сырца к весу сахара в сбраживаемой смеси — 28; при 50% — 25 и 75% — 21 град по сахарометру.

Выход спирта из сахара-сырца (в пересчете на 1 т условного крахмала) при переработке его в смеси с мелассой составляет:

а) с нормальной по качеству мелассой в количестве от 25 до 50% к сахару смеси — 66,3 дал', в количестве до 25% — средневзвешенное между нормальным выходом спирта из мелассы 66,5 дал и выходом спирта из сахара-сырца 66,3 дал;

б) с дефектной по качеству мелассой в количестве до 25% к сахару смеси — 66,0 дал; в количестве 50% к сахару смеси — 65,6 дал; в количестве от 26 до 50% к сахару смеси — средневзвешенное между 66,0 и 65,6 дал пропорционально увеличению количества сахара-сырца в смеси с мелассой; в количестве 75% к сахару смеси — 65,0 дал.

В случаях переработки сахара-сырца в количестве от 51 до 75% к сахару смеси выход спирта определяется как средневзвешенное между 66,3 и 65,0 дал при переработке сахара-сырца с нормальной по качеству мелассой и как средневзвешенное между 65,6 и 65,0 при переработке сахара-сырца с дефектной мелассой.

Выходы спирта из сахара-сырца даны для непрерывных схем производства спирта из мелассы и принимаются при определении содержания сахарозы в сахаре-сырце методом прямой поляризации.

Под выходом спирта понимают его количество, получаемое из весовой единицы крахмала или сахара, содержащихся в сырье. Выход выражают в декалитрах (10 литров) на 1 тонну переработанного крахмала сырья, причем сахар мелассы пересчитывают на условный крахмал.

Теоретический выход спирта из мелассы вычисляют по уравнению реакции спиртового брожения:

С₆Н₁₂О₆ = 2 С₂Н₅ОН  + 2 СО₂

Гексоза        Спирт      Углекислый газ

 Весовые соотношения:         180,1           92,1           88

Из 100 кг гексоз (глюкозы, фруктозы и др.) должно получиться 51,14 кг спирта и 48,66 кг углекислого газа.

Выход спирта из дисахаридов (сахарозы, мальтозы и др.) увеличивается в том же соотношении, в каком увеличиваются молекулярные веса при гидролизе:

C₁₂Н₂₂О₁₁  +    Н₂0   =   2 С₆Н₁₂О_{6  -}

Сахароза       Вода       Спирт

Весовые соотношения:         342                            360,2

Отсюда находим, что коэффициент увеличения выхода равен 1,0526. Из 100 кг дисахарида теоретически должно получиться 68,20 л, или из 1 тонны дисахарида — 68,20 дал безводного спирта.

Коэффициент перевода сахарозы в условный крахмал равен 0,9474-0,95. Определяется он из соотношения величин 324,2 : 342,2, так как для образования 1 кг-моля (342,2 кг) дисахарида требуется 2 кг-моля (324,2 кг) крахмала.

Под условным крахмалом мелассы понимается сахаристость, умноженная на коэффициент перевода сахарозы в крахмал, равный 0,95.

Практический выход спирта меньше теоретического, так как часть сбраживаемых углеводов и образующегося при брожении спирта теряется. Практический выход спирта колеблется в пределах 81,5—93% от теоретического.

Потери сбраживаемых веществ и спирта делятся на механические и технологические. Механические потери происходят в результате неисправности оборудования, недосмотра персонала, испарения, утечки спирта и др. Технологические потери выявляются только при постанционном химико-технологическом контроле и учете производства.

Потери сбраживаемых веществ с несброженными сахарами наиболее велики в результате отклонения от нормального режима сбраживания на всех стадиях процесса. Потери при переработке мелассы на спирт методами непрерывного брожения не должны превышать 2% от введенного в производство сахара. Нарастание кислотности при брожении более чем на 0,2° свидетельствует о наличии инфекции, что недопустимо. На 1° нарастания кислотности затрачивается около 0,45 г сахара в 100 мл бражки.

Величину потерь спирта от нарастания кислотности определяют по формуле

Д = 4,5 Х М Х V Х 100 / К

где Д —  потери крахмала от нарастания кислотности, %;

4,5 —     коэффициент, соответствующий тратам сахара при нарастании кислотности на 1°, кг/м^3;

М —       нарастание кислотности сверх нормальной величины (0,2°), град;

V —       объем бражки в бродильном чане, м^3;

К —        количество крахмала, введенного в бродильный чан, кг.

Потери спирта с углекислотой, выделяющейся при брожении, достигают в среднем 0,8%. При надлежащей герметизации чанов и наличии спиртоловушек эти потери не должны превышать 0,2% введенного крахмала.

Потери спирта с бардой при перегонке бражки в расчете на исходный крахмал определяют по формуле

 В = 100 Х п Х А Х т Х V

где В —  потери спирта с бардой, %;

п —        коэффициент для перевода весовых процентов спирта в крахмал, равный 1,852;

А —       cодержание спирта в барде, кг/ж^3;

т  —      коэффициент разбавления бражки при перегонке для одноколонных аппаратов, равный приблизительно 1,15, а для двухколонных — 1;

V  —     объем бражки в чанах за сутки, ж^3;

К —      количество крахмала, соответствующее объему бражки, кг.

Неопределенные потери при переработке мелассы на спирт складываются из сахара, разлагающегося при стерилизации мелассы, спирта, уносимого с воздухом, продуваемым в дрожжанки, и т. д. Величина этих потерь колеблется в пределах 0,5—0,6%.

Практический выход спирта из мелассного сырья для непрерывных схем сбраживания установлен в размере 66,1 дал из 1 тонны условного крахмала. К этой норме установлены надбавки (в декалитрах абсолютного алкоголя) на герметизацию бродильных емкостей 0,1 и на спиртоловушки 0,3.

Основные неполадки, которые могут встречаться в технологии спирта из мелассы, причины и способы их устранения приведены в табл. 17.

Таблица 17