Site Loader

Глубокая переработка – это производство более дорогостоящей продукции из вашего сырья.

Переведем биоэтанольный завод с мелассной на зерновую схему сырья.

Мы поможем сориентироваться – что именно будет лучшим решением по переработке.

Рассчитаем и спроектируем, построим и запустим технологические линии для получения дополнительной прибыли.

Продукты, произведенные из кукурузы и пшеницы, являются основой для 90% продуктов питания.

 

Загрузить презентацию [PDF]

 

Можно получать:

Глюкозно-фруктозный сироп

Пшеничный крахмал

Моногидрат глюкозы

Пшеничный и кукурузный глютен

Кукурузный зародыш

 

 

Сухая дежерминация (фракционирование) кукурузы

 

В промышленности дежерминация (отделение кукурузных зародышей от зерна, от англ. germ – зародыш) осуществляется двумя способами: сухим, применяемым на мельнично-крупяных и пищеконцентратных предприятиях, и мокрым, распространенным на крахмалопаточных заводах.

Технология сухой дежерминации включает следующие основные стадии:

  • Очистка зерна;
  • Контролируемое увлажнение до 18…20 %;
  • Грубое дробление;
  • Разделение зародыша, частиц эндосперма и шелухи.

 

При контролируемом увлажнении зародыш впитывает воду в первую очередь достаточно легко отделяется от эндосперма при грубом дроблении на специальной мельнице – дежерминаторе. Важно выдерживать заданную влажность зерна, чтобы с одной стороны избежать переувлажнения эндосперма, с другой – обеспечить чистоту зародыша от крахмала. Остатки энодосперма, не отделившиеся от зародыша, снижают его технологические качества для дальнейшего прессования и получения масла, и приводят к потерям крахмала для  производства этанола.

Какие преимущества имеет дежерминация кукурузы перед переработкой в биоэтанол?

Во-первых, на приготовление сусла поступает более крахмалистое сырье, позволяющее снизить расход разжижающих ферментов, повысить концентрацию бражки, уменьшить образование белковых загрязнений поверхностей теплообмена и тарелок бражной колонны. Уменьшается количество взвешенных веществ в барде,  снижается расход тепловой энергии на сушку осадка барды и выпаривание осветленной барды (почти 80 % осветленной барды направляется на приготовление замеса).

Во-вторых, получаемый осадок барды является более ценным кормовым продуктом. Его называют HP DDG – Нigh Protein DDG, высокопротеиновый DDG. Основное его преимущество – высокое содержание протеина – около 50 % (в DDGS – до 30 %). Для кормления КРС он более ценен из-за низкого содержания фосфора (0,32 % в  НР DDG и 0,9 % в DDGS). Он также более пригоден для кормления лактирующих коров, свиней и птицы из-за пониженного содержания жира (6 % в  НР DDG и 10 % в DDGS).

В-третьих – появляется возможность при переработке зародыша получить кукурузное масло, более дорогое, чем подсолнечное и соевое.

Для завода мощностью 100 тыс. биоэтанола тонн в год возможный объем производства масла составляет 4000 тонн. Жмых зародыша и шелуха также являются ценными кормовыми продуктами.

Поскольку кукрузной шелухи образуется до 10 % от объема переработанного зерна, она может служить сырьем для различных высокорентабельных продуктов, например пищевого ксилита.

 

 

Зерновая схема производства биоэтанола

 

Подготовка и дробление зернового сырья

 

Рассмотрим процесс подготовки зернового сырья и дальнейшей его переработки в биоэтанол методом сухого помола зерна кукурузы.

Кукуруза поступает на производство из промежуточных силосов, рассчитанных на суточный объем переработки. Обычно разработчики технологии предъявляют следующие требования к качеству кукурузы (содержание в % массе зерна), подающейся на производство:

Содержание крахмала (min)          62

Влажность                                            14

Сухое вещество (min)                       86

Жир                                                       4,6

Протеин                                               10

Волокна                                               2,2

Зола                                                       1,3

Примеси (органические,

неорганические, другие семена

и остатки)                                               < 1

Иные компоненты                        4,9

 

Главной задачей подготовки зернового сырья к дроблению является его очистка от посторонних примесей. Понятно, что можно перерабатывать и  менее качественное сырье, однако в таком случае разработчик не гарантирует достижения  заявляемых технологических показателей.

Для обеспечения нормальной работы зерновых дробилок и требуемого качества помола, зерно подвергается контрольной очистке от немагнитных и магнитных примесей. Требование к помолу – 100 % проход сквозь сито 0,8 мм. Некоторые фирмы – разработчики технологии  требуют, чтобы размер частиц не превышал 0,6 мм. Только при этом условии будет достигнута достаточная глубина сбраживания и обеспечена нормальная работа теплообменников (исключение засорения).

 

Зерно из хранилища подается в промежуточный силос. Транспортером зерно из силоса передается на зерноочистительную машину; отходы удаляются в сборник, а очищенное зерно норией  подается в промежуточный бункер. Через магнитные сепараторы  зерно поступает в дробилки , откуда помол через бункер подается на приготовление замеса. На участке дробления зерно взвешивается перед подачей на дробилки, взвешивается также и поступающий на приготовление замеса помол. Все участки обеспечены системами аспирации, исключающими пыление.

Для размола зерна обычно применяют молотковые дробилки, как наиболее простые и надежные в эксплуатации. Иногда, для предотвращения попадания в помол чрезмерно крупных частиц, после дробилок устанавливают сита различных конструкций, сход с которых возвращают на дробление.

Тщательная очистка зерна на заводе биоэтанола призвана предотвратить возможность контаминации нежелательной микрофлорой и засорения трубопроводов и теплообменников участков приготовления сусла, дрожжегенерации и ферментации.

 

 

Приготовление сусла. Зерновая схема производства биоэтанола.

 

Помол из участка очистки и дробления сырья непрерывно взвешивается и поступает в промежуточный бункер участка приготовления сусла. На этом участке помол смешивается с теплой водой (приготовление замеса), в замес добавляются разжижающие, затем осахаривающие ферменты, сусло охлаждается до температуры брожения и передается на участки дрожжегенерирования и ферментации (брожения).

 

Помол норией  и транспортером  подается в чан замеса , куда поступает подогретая технологическая вода, конденсаты, лютерная вода и осветленная барда. Пропорции, в которых смешиваются эти жидкости перед подачей в чан замеса, определяются разработчиками технологии. Иногда на приготовление замеса используют все кислые конденсаты от выпаривания осветленной барды и лютерную воду, предварительно нейтрализуя их аммиачной водой до рН 4,5…5. Такой подход позволяет полностью исключить сброс кислых конденсатов и лютерной воды в сточные воды и обеспечить азотное питание дрожжей. На приготовление замеса используют также до 40 %  (иногда более) осветленной барды после выделения из нее осадка. В жидкость для приготовления замеса в этом случае добавляют  нейтрализующий агент (щелочь) через дозаторы.

Приготовление замеса сопровождается повышением его вязкости, поэтому необходим ряд технологических операций, которые называются разжижением.

 

Увеличение вязкости происходит главным образом за счет набухания и клейстеризации (gelatinization) крахмала и других полисахаридов (пентозанов). Определенный вклад вносят также набухающие белки зерна. Для предотвращения этого явления применяют ферментные препараты, разжижающие замес.

В самом общем случае для обеспечения разжижения в замес добавляют следующие ферментные препараты:

  • ?-амилазу для разрушения структуры крахмала и его декстринизации;
  • ?-глюканазу для гидролиза ?-глюкана, присутствующего в ячмене;
  • ксиланазу для гидролиза пентозанов пшеницы и ржи;
  • протеазу для гидролиза белков;

А-амилазу используют для разжижения замесов из всех видов зерна. Препараты для снижения вязкости, вызыванной пентозанами, применяют только при переработке пшеницы, ржи, овса, тритикале или ячменя – но не кукурузы.

Пропорции смешения помола и жидкости рассчитываются в зависимости  от возможной крепости бражки и содержания крахмала в помоле. В настоящее время при использовании новых рас дрожжей может быть получена концентрация спирта в зрелой бражке до 18 % об. Разработчики обычно гарантируют более низкие концентрации – 12…15 %. Для достижения высоких концентраций этанола в зрелой бражке содержание сухих веществ в замесе должно быть  около 28…34 %.

Из чана замес может подаваться на разваривание в контактный подогреватель  (jet cooker)  и далее в выдерживатель , охладитель  и осахариватель .

Осахаривание разжиженного замеса производится с помощью препаратов глюкоамилазы, гидролизующей декстрины до мальтозы и глюкозы, которые сбраживаюся дрожжами.

Обычно замес нагревается до температуры 40…50 оС за счет смешения помола с горячей водой. При приготовлении замеса в него добавляют ?-амилазу, а затем догревают острым паром  в пароконтактном подогревателе до температуры 80…90 оС, а иногда и более 100 оС. Замес выдерживают при высокой температуре некоторое время (зависит от вида сырья, температуры, степени помола и марки применяемого ферментного препарата). Для последующего осахаривания, как правило, замес необходимо охладить до 55…60 оС  во избежание инактивации глюкоамилазы. После осахаривания в течение 20…30 минут сладкое сусло еще раз охлаждают до так называемой температуры складки – температуры, с которой сусло передают на брожение (26…28 оС). Этот процесс на графике изображен сплошной линией.

Сусло не нагревают выше 55…56  оС для избегания клейстеризации, не тратят пар на его нагрев и воду на охлаждение до 60 оС. Такой процесс существенно, до 15 %, сокращает энергозатраты на производство биоэтанола.

Возникает вопрос, каким образом удается избежать развития контаминирующей микрофлоры в сусле и бражке, поскольку сырье даже не нагревается до температуры пастеризации? Разработчик технологии, компания Агротехнолоджи, применяет кислотоустойчивые амилазы и ведет процесс разжижения и осахаривания при пониженных значениях рН, что позволяет надежно антисептировать сусло.

После выдерживания замеса в чане сусло подкисляется, подается в теплообменник-охладитель , и поступает в осахариватель  для последующего осахаривания при температуре 55…60 оС.  Перед подачей в осахариватель  в сусло необходимо добавлять глюкоамилазы, рекомендуется  добавлять целлюлазы и, при необходимости, протеазы и другие препараты в зависимости от вида сырья.

 

 

Осахаривание. Зерновая схема производства биоэтанола.

 

Участок осахаривания технологически решается по-разному. Полное осахаривание крахмала перед ферментацией применяет в своих проектах компания Агротехнолоджи. Иногда объем осахаривателя предусматривает минимальное время пребывания жидкости (проекты компании Агротехнолоджи), в расчете на то, что  основной процесс осахаривания будет происходить в бродильных чанах (ферментаторах). Некоторые разработчики вообще не выделяют стадию осахаривания, подавая глюкоамилазы непосредственно в ферментаторы.

Сусло из осахаривателя разделяется на два потока. Приблизительно 10…15 % его используется для дрожжегенерирования, остальное – подается в ферментаторы. Предназначенное для дрожжегенерирования сусло выдерживают около 20 минут для более глубокого осахаривания.

На стадии осахаривания и/или ферментации применяются препараты целлюлазы и протеазы.

Целлюлазы задают для повышения выхода спирта за счет использования содержащейся в сырье легкодоступной части целлюлозы. Протеазы позволяют освободить аминокислоты для азотного питания дрожжей, ускорения брожения, и вследствие гидролиза белков уменьшить пенообразование.

Кальций-магниевая соль фитиновой кислоты, которая называется фитином, является составной частью межклеточных структур растений. За счет образования комплекса с крахмалом, фитин ингибирует активность амилаз. Из-за этого теряется почти 20 % активности ?-амилазы в процессе приготовления сусла.

Некоторые зерновые имеют эндогенную фитазу – фермент, который в процессе разжижения и осахаривания освобождает фосфаты вместе с макро- и микроэлементами (кальцием, цинком, железом, селеном и др.)

 

Но при переработке кукурузы, сорго или ячменя весьма целесообразно использовать вместе с амилазами препараты фитазы.

Освобожденные из натурального источника фосфаты усваиваются дрожжами, стимулируют их развитие и процесс брожения. Свободный миоинозит является фактором роста дрожжей. Введение в сусло препаратов фитазы приводит к следующим положительным эффектам:

  • повышение активности бактериальных амилаз благодаря стабилизирующему действию освобожденного кальция и устранению ингибирования фитином;
  • быстрое снижение вязкости сусла при разжижении;
  • усиление бродильной активности дрожжей при  освобождении фосфатов, макро- и микроэлементов, метаболически активного миоинозита.

 

 

Разжижение. Зерновая схема производства биоэтанола.

 

Технологический режим процесса разжижения и осахаривания подбирается в зависимости от вида и состава сырья, свойств применяемых ферментных препаратов. Каждый производитель препаратов рекомендует свои температурные режимы, значения рН и время ферментативной обработки. Поэтому при проектировании схемы и подборе оборудования для этого технологического участка стараются предусмотреть наиболее широкий диапазон возможностей изменения перечисленных параметров с учетом дальнейшего совершенствования процесса.

 

 

 

 

 

Other Features

Спиртзавод «под ключ»

СПИРТЗАВОД
«ПОД КЛЮЧ»

Строительство спиртзаводов «под ключ». Проектные работы, поставка оборудования, монтаж, гарантийное обслуживание.

ПОДРОБНО

Утилизация отходов

Переработка мелассной барды Мы раскрываем энергетический потенциал мелассной барды – его достаточно для обеспечения всего производства технологическим паром. Наши инженеры…