Derin işleme, hammaddelerinizden daha pahalı ürünlerin üretilmesidir.
Biyoetanol tesisini melas hammadde şemasından tahıl hammadde şemasına geçiririz.
Geri dönüşüm ile ilgili en iyi çözümünün tam olarak ne olacağını bulmanıza yardımcı oluruz.
Ek kâr elde etmek için için teknolojik hatların hesabını yaparız ve projesini hazırlarız, inşa ederiz ve devreye alırız.
Mısır ve buğdaydan yapılan ürünler, gıda ürünlerinin %90’ının temelini oluşturmaktadır.
[PDF] sunumu yükle
Şunlar elde edilebilir:
Glikoz-fruktoz şurubu
Buğday nişastası
Glikoz monohidrat
Buğday ve mısır glüteni
Mısır tohumu
Mısırın kuru degerminasyonu (fraksiyonlanması)
Endüstride, degerminasyon (mısır embriyoların tohumdan ayrılması, İnglizceden germ – embriyo) iki şekilde gerçekleştirilir: değirmenlerde ve gıda konsantreleri şirketlerinde kullanılan kuru, ve nişasta fabrikalarında yaygın olan ıslak.
Kuru degerminasyon teknolojisi aşağıdaki ana aşamaları içerir:
- Tahılın temizlenmesi;
- %18…%20’ye kadar kontrollü nemlendirme;
- Kaba kırma;
- Embriyo, endosperm parçacıkların ve kabuklarının ayrılması.
Kontrollü nemlendirme sırasında embriyo suyu emer ve her şeyden önce özel bir değirmen – degerminatörde kaba kırma sırasında endospermden oldukça kolay ayrılır. Bir yandan endospermin aşırı ıslanmasını önlemek, diğer yandan embriyonun nişastadan saflığını sağlamak için verilen tahıl nem oranını korumak önemlidir. Embriyodan ayrılmayan endosperm kalıntıları, daha sonraki presleme ve yağ üretimi için teknolojik niteliklerini azaltır ve etanol üretimi için nişastanın kaybına yol açar.
Mısır degerminasyonun, biyoetanol işlemesine göre avantajları nelerdir?
Birinciden, seyreltici enzimlerin tüketimini azaltmayı, püre konsantrasyonunu arttırmayı, ısı değişim yüzeylerinin ve mayşe kolonunun plakalarının protein kontaminasyonunun oluşumunu azaltmayı mümkün kılan, şiranın hazırlanması için daha nişastalı hammadde sağlanır. Damıtmadaki askıda katı madde miktarı azalır, damıtma çamurunun kurutulması ve arıtılmış damıtmanın buharlaşması için ısı enerjisi tüketimi azalır (arıtılan damıtmanın neredeyse %80’i karışımın hazırlanmasına gönderilir).
İkinciden, ortaya çıkan damıtma çamuru daha değerli bir yem ürünüdür. Ona HP DDG – Нigh Protein DDG, yüksek proteinli DDG denir. Esas avantajı, yüksek protein içeriğidir – yaklaşık %50 (DDGS’de – %30’a kadar). Düşük fosfor içeriği (HP DDG’de %0.32 ve DDGS’de %0.9) nedeniyle dana besleme için daha değerlidir. Ayrıca düşük yağ içeriği (HP DDG’de %6 ve DDGS’de %10) nedeniyle süt veren inek, domuz ve kümes hayvanlarının beslenmesi için daha uygundur.
Üçüncüden, embriyo işlenirken ayçiçek ve soya yağından daha pahalı olan mısır yağı elde etmek imkanı ortaya çıkar.
Yıllık 100 bin ton biyoetanol kapasiteli bir tesis için olası yağ üretim hacmi 4000 tondur. Embriyo keki ve kabukları da değerli yem ürünleridir.
Mısır kabuğu, işlenmiş tahıl hacminin %10’nu kadar oluştuğu için gıda ksilitol gibi çeşitli yüksek karlı ürünler için bir hammadde olabilir.
Biyoetanol üretimin tahıl şeması
Tahıl hammaddenin hazırlanması ve kırılması
Mısır tanesinin kuru öğütme yöntemiyle tahıl hammaddenin hazırlama ve daha sonra onun biyoetanole işleme sürecini inceleyelim.
Mısır, günlük işleme hacmine göre projelendirilmiş ara silolardan üretime verilir. Genellikle teknoloji geliştiriciler, üretim için verilen mısır kalitesine (tahıl ağırlığında %’si olarak içeriği) aşağıdaki gereksinimleri uygular:
Nişasta içeriği (min) 62
Nem 14
Kuru madde (min) 86
Yağ 4,6
Protein 10
Lifler 2,2
Kül 1,3
Katkı maddeler (organik, inorganik,
diğer tohumlar ve kalıntılar) < 1
Diğer bileşenler 4,9
Tahıl hammaddenin kırma için hazırlanmasının ana görevi, katkı maddelerden temizlenmesi. Daha düşük kaliteli hammaddenin de işlenmesi mümkün olduğu açıktır, ancak bu durumda geliştirici beyan edilen teknolojik göstergelerin elde edilmesini garanti etmez.
Tahıl kırıcıların normal çalışmasını ve gerekli öğütme kalitesini sağlamak için tahıl, manyetik olmayan ve manyetik ek maddelerden kontrol temizlemeye tabi tutulur. Öğütme gereksinimi – 0,8 mm elekten %100 geçmesi. Bazı firmalar – teknoloji geliştiricileri, parçacık boyutunun 0,6 mm’den büyük olmamasını şart koyar. Sadece bu koşul altında yeterli fermantasyonun derinliği elde edilir ve ısı eşanjörlerinin normal çalışması sağlanır (tıkanmanın ortadan kaldırılması).
Tahıl, depodan bir ara siloya verilir. Tahıl konveyör ile silodan tahıl temizleme makinesine aktarılır; atıklar toplayıcıya alınır ve temizlenen tahıl kovalı elevatör ile ara bunkere aktarılır. Tahıl, manyetik ayırıcılardan kırıcılara girer ve ordan öğütülmiş tahıl akrışımın hazırlanmasına verilir. Kırma yerinde tahıl, kırıcılara verilmeden önce tartılır ve karışımın hazırlanması için verilen öğütülmiş tahıl da tartılır. Tüm alanlar tozsuz aspirasyon sistemleri ile donatılmıştır.
Tahılı öğütmek için, kullanımda en basit ve en güvenilir olan çekiçli kırıcılar genellikle kullanılır. Bazen, aşırı büyük parçacıkların unun içine kaçmasını önlemek için kırıcılardan sonra çeşitli elekler kurulur ve üzerlerinde kalanlar kırmaya geri gönderilir.
Biyoetanol tesisinde tahılın kapsamlı bir şekilde temizlenmesi, şıra hazırlama, maya üretimi ve fermantasyon bölümlerinde istenmeyen mikroflora ile kontaminasyon ve boru hatlarının ve ısı eşanjörlerinin tıkanma olasılığını önlemek için tasarlanmıştır.
Pürenin hazırlanması. Biyoetanol üretimin tahıl şeması.
Öğütme, hammaddenin temizlenmesi ve ezilmesi bölümden sürekli olarak tartılır ve püre hazırlama bölümün ara bunkerine verilir. Bu bölümde öğütme ılık su ile karıştırılır (karışımın hazırlanması), karışımaya inceltme, ardından şekerleme enzimleri ilave edilir, püre fermantasyon sıcaklığına kadar soğutulur ve maya üretim ve fermantasyon bölümlerine aktarılır.
Öğütme kovalı elevatör ve bir konveyör ile harmanlama kazanına aktarılır, oraya ısıtılmış su, kondensatlar, luther suyu ve arıtılmış damıtma sağlanır. Harmanlama kazanına girmeden önce bu sıvıların karıştırılma oranları teknoloji geliştiriciler tarafından belirlenir. Bazen, berraklaştırılmış damıtma attıkların buharlaşmasından kaynaklanan tüm asidik kondensatlar ve luther suyu, amonyak suyu ile pH 4.5…5’e nötralize edildikten sonra karışımı hazırlamak için kullanılır. Bu yaklaşım, asidik kondensatların ve luther suyunun atık suya deşarjını tamamen ortadan kaldırmasını ve mayanın azotla beslenmesini sağlar. Karışımın hazırlanması için, tortusu alındıktan sonra %40’a kadar (bazen daha fazla) berraklaştırılmış damıtma attıkları da kullanılır. Bu durumda, karışımı hazırlamak için sıvıya dispenser aracılığıyla nötralize edici ajan (alkali) eklenir.
Karışımın hazırlanması viskozitesinde bir artışla geçer, bu nedenle sıvılaştırma adı verilen bir dizi teknolojik işlem gerektirir.
Viskozitedeki artış, esas olarak nişasta ve diğer polisakkaritlerin (pentozanların) şişmesi ve jelatinleşmesi nedeniyle oluşur. Tahılın şişen proteinleri de belirli bir katkı sağlar. Bu olayı önlemek için, karışıma sıvalaştıran enzim preparatları kullanılır.
En genel durumda, sıvılaştırmayı sağlamak için karışıma aşağıdaki enzim preparatları eklenir:
- Nişasta yapısının yok edilmesi ve dekstrinizasyonu için ?-amilaz;
- Arpada bulunan ?-glukanın hidrolizi için ?-glukanaz;
- buğday ve çavdar pentosanlarının hidrolizi için ksilanaz;
- protein hidrolizi için proteaz;
A-amilaz, her türlü tahıldan elde edilen karışımları sıvılaştırmak için kullanılır. Pentosandam kaynaklanan viskoziteyi düşüren ilaçlar sadece buğday, çavdar, yulaf, tritikale veya arpanın işlenmesinde kullanılır – ama mısır için değil.
Öğütme ve sıvının karıştırma oranları, mayşenin olası sertliğine ve öğütme içindeki nişasta içeriğine göre hesaplanır. Şu anda, yeni maya türleri kullanıldığında, olgun mayşede hacmın %18 kadar alkol konsantrasyonu elde edilebilir.
Geliştiriciler genellikle daha düşük konsantrasyonları garanti eder – %12…15. Olgun mayşede yüksek etanol konsantrasyonları elde etmek için karışımdaki kuru madde içeriği yaklaşık %28…34 olmalıdır.
Karışım, kazandan pişirilmesi için temaslı ısıtıcıya (jet cooker ve daha sonra bir tutma cihazına, soğutucuya ve şekerleyiciye verilir.
Sıvılaştırılmış karışımın sakarifikasyonu, maya ile fermente edilen ve dekstrini maltozu ve glikozu hidrolize eden glukoamilaz yardımıyla gerçekleştirilir.
Genellikle karışım, öğütücünün sıcak su ile karıştırılması nedeniyle 40…50°C sıcaklığa ısıtılır. Karışım hazırlarken, ona ?-amilaz eklenir ve daha sonra buhar temaslı ısıtıcıda canlı buharla 80…90°C kadar ve bazen 100°C’den fazla bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Karışım bir süre yüksek sıcaklıkta tutulur (hammaddenin tipine, sıcaklığa, öğütme derecesine ve kullanılan enzim preparasyonunun markasına bağlı olarak). Daha sonraki sakarifikasyon için, kural olarak, glukoamilazın inaktivasyonunu önlemek için karışım 55…60°C’ye kadar soğutulmalıdır. Sakarifikasyondan sonra 20…30 dakika içinde tatlı şira bir kez daha sözde kat sıcaklığına – şiranın fermantasyon için aktarıldığı sıcaklığa (26…28°C) kadar soğutulur. Bu işlem grafikte düz bir çizgi olarak gösterilmiştir.
Jelatinleşmeyi önlemek için şıra 55…56°C’den fazla ısıtılmaz, onu ısıtmak için buhar harcanmaz ve 60°C’ye kadar soğutmak için su harcanmaz. Bu süreç, biyoetanol üretimi için enerji tüketimini %15’e kadar önemli ölçüde azaltır.
Soru ortaya çıkıyor, hammadde pastörizasyon sıcaklığına kadar ısıtılmadığından dolayı şıra ve pürede kirletici mikrofloranın gelişmesi nasıl önleniyor? Teknolojinin geliştiricisi olan Agrotechnology şirketi, aside dayanıklı amilazları kullanır ve sıvılaştırma ve sakarifikasyon sürecini düşük pH değerlerinde yürütür, bu da güvenilir bir şekilde şırayı çürümeye karşı korunmasını sağlar.
Karışım bir kazanda tuttulduktan sonra, şıra asitlenir, bir ısı eşanjör-soğutucuya verilir ve 55…60°C’lik derecede müteakip sakarifikasyon için şekerleştiriciye girer. Şekerleyiciye verilmeden önce, şıraya glukoamilazlar eklenmeli, hammadde türüne bağlı olarak selülaz ve gerekirse proteazların ve diğer maddelerin eklenmesi önerilir.
Sakarifikasyon. Biyoetanol üretimin tahıl şeması.
Sakarifikasyon bölgesi teknolojik olarak farklı şekillerde çözülür. Agrotechnology, projelerinde fermantasyondan önce nişastanın tamamen sakarifikasyonunu kullanır. Bazen şekerleştiricinin hacmi, ana şekerleme işleminin fermantasyon tanklarında (fermenterler) gerçekleşeceğini varsayarak sıvının minimum kalma süresini sağlar (Agrotechnology şirketinin projeleri). Bazı geliştiriciler, glukoamilazları doğrudan fermenterlere vererek sakarifikasyon aşamasını hiç ayırmazlar.
Şekerleyiciden gelen şıra iki akıma ayrılır. Yaklaşık %10…15’i maya üretimi için kullanılır, geri kalanı fermenterlere verilir. Maya üretimi için amaçlanan şıra, daha derin sakarifikasyon için yaklaşık 20 dakika tutulur.
Sakarifikasyon ve/veya fermantasyon aşamasında selülaz ve proteaz preparatları kullanılmaktadır.
Selülazlar, ham maddede bulunan selülozun hali hazırda bulunabilen kısmı kullanılarak alkol verimini artırmak için kullanılır. Proteazlar, mayanın azotla beslenmesi için amino asitleri serbest bırakmaya imkan verir, fermantasyonu hızlandırır ve protein hidrolizi nedeniyle köpürmeyi azaltır.
Fitin olarak adlandırılan fitik asidin kalsiyum-magnezyum tuzu, bitkilerin hücreler arası yapılarının ayrılmaz bir parçasıdır. Nişasta ile kompleks oluşturması nedeniyle fitin, amilazların aktivitesini inhibe eder. Bu nedenle, şıra hazırlama işlemi sırasında ?–amilazların aktivitesi neredeyse %20’si kadar kaybedilir.
Bazı tahıllarda endojen fitaz bulunur – sıvılaştırma ve sakarifikasyon sürecinde makro ve mikro elementlerle (kalsiyum, çinko, demir, selenyum vb.) birlikte fosfatları serbest bırakır.
Ancak mısır, sorgum veya arpa işlenirken amilazlarla birlikte fitaz preparatlarının kullanılması tavsiye edilir.
Doğal bir kaynaktan serbest bırakılan fosfatlar maya tarafından özümsenerek onun gelişimlerini ve fermantasyon sürecini canlandırır. Serbest miyo-inositol, mayanın büyüme faktörüdür. Fitaz preparatlarının şıraya dahil edilmesi aşağıdaki olumlu etkilere yol açar:
- serbest kalan kalsiyumun stabilize edici etkisinin yardımıyla bakteriyel amilazların aktivitesi artar ve inhibisyonun fitin yardımıyla ortadan kaldırılır;
- sıvılaştırma sırasında şıranın viskozitesinde hızlı azalma;
- fosfatlar, makro ve mikro elementler, metabolik olarak aktif miyoinositolun serbest bırakılması ile mayanın fermentasyon aktivitesi artar.
Sıvılaşma. Biyoetanol üretim tahıl şeması.
Sıvılaştırma ve sakarifikasyon işlemin teknolojik modu, hammadde tipine ve bileşimine, kullanılan enzim preparatlarının özelliklerine göre seçilir. Her bir preparat üreticisi kendi sıcaklık rejimlerini, pH değerlerini ve enzimatik işleme süresini önerir. Bu nedenle, bu teknolojik bölümü için şemanın projesi hazırlanırken ve ekipman seçilirken, daha sonra sürecin iyileştirilmesi dikkate alınarak, listelenen parametreleri değiştirmek için en geniş olasılıkları öngörmeye çalışırlar.