Помозова В.А. Технология отрасли. Технология спиртового и ликеро-водочного производств

Подождите немного. Документ загружается.

Пробы отбирают из каждого вагона или автомашины с по-

мощью щупов. Составляют средние пробы, в которых определя-

ют засоренность, влажность и крахмалистость.

Потери при хранении не должны превышать следующие

нормы (%): 0,045 – за 3 месяца хранения; 0,065 – за 6 месяцев;

0,095 – за 12 месяцев.

Меласса транспортируется в железнодорожных цистернах

или стальных бочках.

Принимают мелассу по массе и плотности, эти данные ука-

зываются в сопроводительных документах на каждую партию.

Мелассу самотеком выгружают в приемные сборники, объем ко-

торых рассчитан на суточный запас работы завода. Из приемных

сборников мелассу перекачивают коловратным насосом в резер-

вуары длительного хранения, вместимость которых должна быть

рассчитана на 3-х месячный запас. В холодное время для облег-

чения перекачивания мелассы из цистерн или бочек ее подогре-

вают паром. Образующиеся смывки собирают отдельно и немед-

ленно перерабатывают.

Средние пробы отбирают из каждой железнодорожной цис-

терны и анализируют, определяя содержание сухих веществ, са-

хара по прямой и инверсионной поляризации, сахаристость (сум-

му сбраживаемых сахаров), реакцию мелассы (рН). Оплачивают

принятую мелассу по сахаристости. Базовое значение сахаристо-

сти, принимаемое за основу расчетов, – 46%.

Аналогично пробы отбирают из бочек и автоцистерн, анали-

зируют по названным выше показателям.

Не допускается хранить длительное время мелассу с содер-

жанием сухих веществ менее 76%, с рН менее 6,8, зараженную

нитритобразующими бактериями и лейконостоком.

Потери мелассы при перевозке не должны превышать (% к

массе): в автоцистернах и бочках зимой – 0,05; летом – 0,1; в же-

лезнодорожных цистернах – 0,72. При хранении мелассы допус-

тимые потери – 0,15%.

3.2 Хранение сырья

Для обеспечения бесперебойной работы спиртового завода

необходимо иметь запас сырья, которое хранится с учетом усло-

вий его жизнедеятельности.

В процессе хранения в сырье протекают ряд биохимических

процессов.

Биохимические основы хранения сырья

Основной процесс – дыхание, в результате которого зерно и

клубни картофеля получают энергию для поддержания жизнедея-

тельности.

В процессе дыхания происходит распад низкомолекулярных

углеводов по аэробному или анаэробному пути.

При аэробном дыхании потребляются простые углеводы или

липиды. Основная химическая реакция – распад гексоз по урав-

нению:

+ 6О

=6СО

+ 6Н

О + энергия.

При полном окислении гексозы выделяется свободная энер-

гия – 2872 кДж/моль. Около 36% этой энергии аккумулируется в

клетке с помощью АТФ и в дальнейшем используется на различ-

ные синтетические процессы, часть расходуется на механиче-

скую работу в клетке, остальная рассеивается в виде тепла.

При анаэробном дыхании, одним из вариантов которого яв-

ляется спиртовое брожение, также потребляются углеводы, но по

следующему уравнению:

= 2 С

ОН + 2СО

+ энергия.

В результате этого выделяется лишь 234 кДж/моль, в макро-

эргических связях запасается 25% этой энергии.

Из уравнения аэробного дыхания следует, что на 1 объем

поглощенного кислорода выделяется 1 объем диоксида углерода.

Для оценки направленности дыхания используют так называе-

мый дыхательный коэффициент – СО

/ О

. При аэробном про-

цессе он равен 1. Если доступ кислорода ограничен, начинает

преобладать анаэробное дыхание, величина этого коэффициента

возрастает. Меньше 1 этот коэффициент при использовании в ка-

честве субстрата в процессе дыхания липидов вместо сахаров или

при хранении влажного зерна. В последнем случае, очевидно,

часть кислорода потребляется аэробными бактериями. Анаэроб-

ное дыхание усиливается и в конце периода хранения, когда по-

нижена активность окислительных ферментов сырья. Продукты

анаэробного дыхания подавляют жизнедеятельность клеток зерна

и картофеля. Особенно чувствительны к анаэробиозу клубни кар-

тофеля. Даже при кратковременном отсутствии кислорода в

клубнях образуется молочная кислота (вместо спирта), что вызы-

вает их быструю порчу.

В процессе хранения изменяется качественный и количест-

венный состав компонентов сырья.

В свежеубранном, технически зрелом сырье протекает по-

слеуборочное дозревание.

В клетках продолжаются синтетические процессы: превра-

щение сахаров в крахмал, аминокислот в белки и т.д. под дейст-

вием гидролитических ферментов. В результате этого выделяется

вода. Послеуборочное дозревание картофеля длится до 1,5 меся-

цев, зерна – 1,5–2 месяца. Свежеубранную кукурузу хранят в по-

чатках, при этом часть углеводов из стержня переходит в зерно.

В клубнях картофеля протекают аналогичные процессы, од-

нако синтез и гидролиз крахмала в них происходит под действи-

ем ферментов фосфорилаз. При снижении температуры гидролиз

крахмала замедляется на 1/3, а синтез – в 20 раз. В результате

этого при температуре около 0

С в клубнях накапливается сахар.

При повышении температуры большая часть сахара ресинтезиру-

ется в крахмал.

Хранение зерна и картофеля сопровождается потерей орга-

нических веществ, в основном углеводов, которые расходуются

на дыхание, а также влаги. Изменение влажности необходимо

учитывать при определении потерь сырья.

Интенсивность дыхания зависит от многих факторов. Ос-

новные из них:

- сорт и состояние сырья;

- температура;

- влажность;

- газовый состав среды.

Сорт и состояние сырья. Интенсивность дыхания выше у

раннеспелых сортов картофеля, чем позднеспелых. Поврежден-

ные клубни дышат сильней, расходуя энергию на образование

раневых тканей.

Зерно недозрелое, щуплое, подмоченное, морозобойное, по-

врежденное имеет более интенсивное дыхание, чем здоровое и

сухое. Зародыш дышит интенсивней, чем другие части зерна.

Сырье, находящееся в состоянии послеуборочного дозрева-

ния, имеет максимальную интенсивность дыхания, так как ему тре-

буется большее количество энергии на синтетические процессы.

Температура. Повышение температуры при хранении сти-

мулирует дыхание. У картофеля минимальная интенсивность ды-

хания при температуре 2…4

С. При меньших и больших темпе-

ратурах дыхание усиливается.

Охлаждение клубней до температуры ниже минус 6

С при-

водит к образованию кристаллов льда сначала в межклеточном

пространстве, при медленном оттаивании клубень можно возвра-

тить к жизни. При большом количестве льда, образующемся

внутри клеток, клубень погибает из-за механических поврежде-

ний оболочек и денатурации плазмы клеток. Точка замерзания

зависит от температуры среды и химического состава картофеля.

Интенсивность дыхания зерна также повышается с увеличе-

нием температуры, достигая максимума при 55

С, затем при

дальнейшем повышении температуры происходит его затухание

из-за инактивации окислительных ферментов. Зерно кукурузы

дышит интенсивнее других злаков, так как имеет относительно

большой зародыш.

При хранении зерна нормальной влажности его жизнеспо-

собность сохраняется при довольно низких температурах, однако

уже при температуре ниже минус 5

С происходит постепенное

уменьшение его прорастаемости, что следует учитывать, если

зерно предназначено для солода.

Интенсифицирующее действие температуры на процесс ды-

хания усиливается с одновременным повышением влажности.

Влажность. Влажность зерна зависит от относительной

влажности воздуха, особенно заметно она изменяется при отно-

сительной влажности воздуха меньше 25% и больше 80%. Так на-

зываемая равновесная влажность зерна, при которой в нем при-

сутствует только связанная влага, зависит от состава зерна и

внешних условий. Для большинства видов зерна она находится в

диапазоне 14,0–15,5%.

Клубни картофеля при хранении в условиях низкой относи-

тельной влажности, менее 80%, могут потерять тургор вследствие

испарения влаги и будут плохо дробиться.

Относительная влажность воздуха при хранении для зерна

не должна превышать 80% в диапазоне температур 12…25

С,

для картофеля – 80–85% при температуре 2…3

С.

Газовый состав среды. Интенсивность дыхания клубней

картофеля снижается при увеличении содержания диоксида угле-

рода и снижении концентрации кислорода. В таких условиях ки-

слород расходуется только на основные процессы, связанные с

жизнедеятельностью клеток. На этом основан способ хранения

сырья в регулируемой газовой среде.

Хранение сырья сопровождается потерей органических ве-

ществ, в основном низкомолекулярных углеводов, которые рас-

ходуются на дыхание, а также испарением влаги. В результате

этого уменьшается масса сырья и его состав.

При нарушении режимов хранения или при хранении сырья,

зараженного микроорганизмами, влажного возможна порча сы-

рья в результате микробиологических процессов или процесса

самосогревания.

Порча зерна и картофеля происходит под действием фито-

патогенной микрофлоры – возбудителей различных заболеваний

(фитофтороза, кольцевой, мокрой гнили картофеля; головни, фу-

зариоза зерна и т.п.). Кроме того, на зерне и картофеле всегда

присутствуют эпифитные микроорганизмы: дрожжи, молочно-

кислые и уксуснокислые бактерии, споры плесневых грибов, ко-

торые не являются возбудителями болезней, но могут при благо-

приятных условиях влиять на самосогревание зерна.

Самосогревание – самопроизвольное повышение темпера-

туры зерна в результате активной жизнедеятельности как самого

зерна, так и населяющей его эпифитной микрофлоры.

Толчком к началу самосогревания может послужить повы-

шенная влажность зерна при достаточно высокой температуре и

доступе воздуха.

Зерно имеет низкую теплопроводность, поэтому выделяю-

щееся тепло не рассеивается, а задерживается в зерновой массе, в

результате этого температура постепенно повышается.

Различают четыре стадии самосогревания.

В первой стадии температура зерна повышается до 30

С.

Зерно по внешним признакам практически не изменяется, сохра-

няет сыпучесть, сухое на ощупь, нет постороннего запаха. Одна-

ко могут активизироваться неспоровые бактерии, плесневые гри-

бы, присутствующие на поверхности зерен.

Во второй стадии температура повышается до 40

С. Зерно

отпотевает, слипается при сжатии в руке, появляется солодовый

запах, может измениться цвет, начинаются процессы автолиза.

Активизируются плесневые грибы, актиномицеты, термофильные

бактерии, в результате жизнедеятельности которых дополнитель-

но выделяется тепло и влага.

В третьей стадии температура возрастает до 50

С и выше.

Зерно приобретает гнилостный запах, теряет сыпучесть, зерна

ржи и пшеницы темнеют, оболочки пленочных культур становят-

ся красными, отдельные зерна могут покрываться плесенью.

Присутствующие на зерне эпифитные бактерии, плесневые грибы

отмирают, накапливаются споровые термофильные бактерии.

В четвертой стадии температура достигает 70–75

С. Зерно

темнеет, приобретая вид обугленного. Все вегетативные формы

микроорганизмов погибают.

Кислород, присутствующий в межзерновом пространстве,

постепенно расходуется в процессе аэробного дыхания. Зерно

переходит на анаэробный тип дыхания, продукты которого

(спирты, альдегиды и т.п.) губительно действуют на зародыш. В

результате этого зерно уже в первой стадии самосогревания теря-

ет всхожесть и становится непригодным для солодоращения. Са-

мосогревание изменяет и химический состав зерна: уменьшается

содержание крахмала, увеличивается концентрация растворимых

углеводов и азотистых веществ, что приводит к повышенным по-

терям на стадии разваривания.

Влажность в зерне может увеличиваться по разным причи-

нам: при хранении зерна в стадии послеуборочного дозревания

без проветривания, в условиях высокой относительной влажно-

сти воздуха и т.д.

Для предотвращения самосогревания необходимо заклады-

вать на хранение зерно с влажностью не более 14,0–15%, тща-

тельно контролировать его температуру в процессе хранения.

Практика хранения

Картофель хранят в буртах, представляющих собой кучи

картофеля, уложенные в виде пирамиды и изолированные от ок-

ружающей среды слоями соломы и земли. Ширина основания

бурта 3–7 м, длина 25 м и более. Для обеспечения доступа возду-

ха и удаления лишнего тепла и влаги в массе картофеля уклады-

ваются горизонтальные и вертикальные перфорированные трубы.

Во время хранения наблюдают за температурой картофеля. В

первые 14–20 суток, когда идет залечивание механических по-

вреждений, температуру поддерживают на уровне 13–15

С, за-

тем постепенно понижают температуру со скоростью не более

С в сутки до 2–4

С, при которой происходит хранение картофе-

ля. В лечебный период проводят вентилирование картофеля 4–6 раз

в сутки, в период холодного хранения – только в дни оттепели.

Зерно хранят в хранилищах напольного или закромного типа.

Напольное хранение применяется для хранения зерна на не-

больших предприятиях. Допускается кратковременное хранение

под открытым небом при укрытии брезентом.

Для длительного хранения больших объемов зерна исполь-

зуют закромный способ, обычно в хранилищах силосного типа. В

них имеются железобетонные или металлические емкости – си-

лоса. Такие хранилища механизированы, оборудованы установ-

ками для первичной очистки зерна, которые располагаются в ра-

бочих башнях. Комплекс силосов и оборудования рабочей башни

называется элеватором.

Мелассу хранят в больших цилиндрических вертикальных

резервуарах с конической крышкой. Их изготавливают из стали

вместимостью 500…2000 т при соотношении высоты и диаметра

1:1. Резервуары должны быть рассчитаны на не менее чем пяти-

месячный запас мелассы для бесперебойной работы завода.

Каждый резервуар имеет лестницу, пробный кран, уровне-

мер, в нижней части – расходный штуцер с задвижкой; должна

быть предусмотрена подводка воды и пара для мойки и пропари-

вания внутренней поверхности, змеевик для подогрева мелассы в

зимнее время до температуры не более 40

С. Верхний конец на-

полняющей трубы должен быть загнут к стенке во избежание

вспенивания при наполнении. Отдельные резервуары соединяют-

ся между собой переточными трубами.

На длительное хранение закладывают только нормальную

мелассу, содержащую не менее 75% сухих веществ, с рН не ниже

6,8, выдерживающую пробу на самозакисание.

3.3 Подготовка сырья к переработке

Подготовка картофеля

Картофель перед подачей в производство освобождают от

примесей и моют.

Транспортируют картофель из оборотных складов (решта-

ков) или буртов с помощью гидравлического транспортера. Он

представляет собой открытый желоб, проходящий вдоль нижней

части рештака или буртов. Желоба изготавливают из железобето-

на, они имеют прямоугольное сечение, ширину не менее 0,35 м,

высоту около 0,7 м, устанавливаются с небольшим уклоном к

корпусу завода.

Для транспортирования используют воду из теплообменни-

ков, пропускают ее многократно после отстаивания. Скорость

движения картофеля с водой около 0,75 м/с, расход воды –

400…700% к массе картофеля. При меньшей скорости будет осе-

дать земля, при большей – увеличивается расход воды. Загружа-

ют картофель вручную лопатами или гидрантами. Вода отделяет-

ся в конце транспортера через стальную решетку. Легкие приме-

си картофеля отделяются в процессе транспортирования на соло-

моловушках, тяжелые – на камнеловушках. Соломоловушка в

простейшем случае представляет собой грабли, установленные

над поверхностью движущейся массы. Камнеловушка изготавли-

вается в виде углубления в дне желоба, где задерживаются тяже-

лые примеси, а картофель выталкивается струей воды, подавае-

мой через специальный патрубок. При транспортировании отмы-

вается часть загрязнений.

Окончательная мойка картофеля производится в картофеле-

мойках различной конструкции, например системы Доброволь-

ского, кулачковой или универсальной машин для мойки корне-

плодов. Расход воды при мойке от 200 до 400% к массе картофеля

при продолжительности пребывания клубней в машине 5–7 ми-

нут. При мойке картофеля сильно загрязненного, механизирован-

ной уборки расход воды достигает 600–800%, а время мойки –

10–14 минут.

На современных спиртовых заводах имеются технологиче-

ские линии для мойки картофеля. Иногда в такую линию не

включают моечную машину, так как картофель отмывается при

прохождении по транспортному трубопроводу и в насосе.

Количество не отмытой земли не должно превышать 0,1%,

потери картофеля до 0,2%.

Подготовка зерна. Все зерно, поступающее в производство,

освобождают от сорных примесей, земли, пыли, от металличе-

ских примесей. Зерно, предназначенное для солодоращения, до-

полнительно очищают от зерновых примесей, семян сорняков и

сортируют.

От пыли, соломы, крупных примесей зерно отделяют на

воздушно-ситовом сепараторе, затем удаляют металлические

примеси на магнитных сепараторах. Они имеют производитель-

ность от 1,08 до 3,06 т/ч. Более производительны электромагнит-

ные сепараторы. Они очищают от 4 до 9 т/ч, потребляя мощность

0,6–0,9 кВт.

После очистки зерна, идущего на варку, не должно содер-

жаться металлических примесей, сорных минеральных примесей

не более 1%.

При периодическом и полунепрерывном разваривании зерно

перерабатывают в целом виде. Пленчатое зерно (овес, просо, яч-

мень) перерабатывают в смеси с голозерным зерном или с карто-

фелем при соотношении, обеспечивающем в сусле не более 8%

пленок от массы зерна. При отсутствии картофеля или голозерно-

го зерна ячмень, просо разваривают в дробленом виде, а овес

предварительно обрушивают (отделяют от цветочных и плодо-

вых пленок не менее чем на 70%).

При непрерывном разваривании все виды зерна дробят на

молотковых дробилках или вальцовых станках. С голозерным

зерном перерабатывают до 20% крупки из необрушенного овса,

при использовании одного овса его предварительно обрушивают

на бичевых рушках. При обрушивании потери крахмала не долж-

ны превышать 1,5%.

Перед направлением на варку обрушенное зерно рассеивают

на плоских виброситах, отделяя шелуху.

Зерно, предназначенное для солодоращения, освобождают

от зерновых примесей, отличающихся от основной культуры по

длине. Используют куколеотборники или овсюгоотборники. В

спиртовой промышленности обычно используют высокопроизво-

дительные цилиндрические триеры.

После отделения примесей зерно сортируют на сортировоч-

ных машинах на 3 сорта. Первые два используют для производ-

ства солода, 3-й направляют на разваривание.

Просо, идущее на солодоращение, не сортируют, пропуска-

ют только через воздушно-ситовой и магнитный сепараторы.

Подготовка мелассы. Мелассу из хранилища передают в

сборник суточного запаса. В зимнее время подогревают глухим

паром через змеевик трубопровод мелассы в месте отбора, чтобы

снизить ее вязкость.

Перед взвешиванием мелассу гомогенизируют путем пере-

качивания насосом в разные места цилиндрического сборника –

гомогенизатора – по его высоте, так как при длительном хране-

нии происходит расслоение мелассы, причем в нижней зоне кон-

центрация сахаров становится выше, чем вверху сборника.

Затем мелассу подкисляют, асептируют и разбавляют водой.

Мелассу для дрожжевого сусла обогащают питательными солями.

Сильно инфицированную мелассу стерилизуют в пластинчатых

теплообменниках, с помощью контактных головок или в установ-

ках инжекторного типа, а при выпуске одновременно со спиртом

хлебопекарных дрожжей – дополнительно осветляют. После сте-

рилизации дефектную мелассу смешивают с нормальной.

Готовят рассиропку (мелассное сусло) одной или двух кон-

центраций в зависимости от выбранной схемы. При однопоточ-

ном способе производства спирта готовят раствор мелассы одной

концентрации для брожения и разведения дрожжей – 22%. Одно-

поточную схему применяют на заводах, вырабатывающих одно-

временно спирт и хлебопекарные дрожжи.

При двухпоточном способе раствор мелассы для дрожжеге-

нерации готовят с концентрацией 12%, для брожения – 32%. Ко-