Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭТИЛОВОГО СПИРТА
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭТИЛОВОГО СПИРТА

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭТИЛОВОГО СПИРТА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ предусматривает измельчение крахмалосодержащего сырья, приготовление его водной суспензии, ее тепловую обработку, осахаривание. После чего полученное сусло охлаждают, сбраживают и перегоняют. Водную суспензию измельченного сырья подвергают диспергированию при 60 - 65°С в роторно-пульсационном аппарате в зазоре между статором и вращающимся ротором при значениях градиента скорости от 3,5·105 м/с·м до 4,5х105 м/с·м. Последующую тепловую обработку полученной массы ведут при 80 - 90°С в течение 20 - 30 мин. Изобретение позволит повысить выход и качество спирта. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2138555
Класс(ы) патента: C12P7/06
Номер заявки: 97119768/13
Дата подачи заявки: 05.12.1997
Дата публикации: 27.09.1999
Заявитель(и): Закрытое акционерное общество "Форсат-F" (RU)
Автор(ы): Федоров А.Д.(RU); Кесель Б.А.(RU); Дьяконский П.И.(RU); Наумова Р.П.(RU); Зарипова С.К.(RU); Весельев Д.А.(RU)
Патентообладатель(и): Закрытое акционерное общество "Форсат-F" (RU); Государственное унитарное предприятие производственное объединение предприятий спиртовой, ликеро-водочной и винодельческой промышленности РТ (RU); Институт органической и физической химии им.А.Е.Арбузова (RU); Открытое акционерное общество конструкторско- производственное предприятие "Авиамотор" (RU); Ай.Эф.Эф. Инвестментс Лимитед (CY); Общество с ограниченной ответственностью научно- производственное предприятие "Авиатехника" (RU); Федоров Александр Дмитриевич (RU); Кесель Борис Александрович (RU); Дьяконский Павел Иванович (RU); Весельев Дмитрий Анатольевич (RU); Коновалов Александр Иванович (RU); Резник Владимир Савич (RU); Гагай Владимир Сергеевич (RU); Шайхутдинов Рашит Рахипович (RU); Климчак Евгений Борисович (RU); Курамшин Рустем Алисович (RU); Егоров Иван Михайлович (RU); Егоров Сергей Африканович (RU)
Описание изобретения: Изобретение относится к спиртовой промышленности, а именно к способам производства этилового спирта из крахмалосодержащего сырья.
Известен способ производства этилового спирта, предусматривающий измельчение крахмалосодержащего сырья, смешивание его с водой, подваривание, разваривание водно-зерновой суспензии при 140-150oC, охлаждение полученной массы с последующим ее осахариванием ферментами солода [1].
Недостатками известного способа являются высокая температура стадии разваривания сырья, а также неполнота осахаривания крахмала при использовании солода, что приводит к потерям сбраживаемых сахаров, а вследствие этого - к уменьшению выхода спирта.
Наиболее близким к предложенному является способ производства этилового спирта, включающий измельчение крахмалосодержащего сырья, смешивание с водой и приготовление его водной суспензии, тепловую обработку суспензии, а именно предварительный нагрев
суспензии при 40-45oC и ее высокотемпературное разваривание при 135-150oC и давлении 0,6 МПа в течение 40-60 минут, охлаждение и осахаривание полученной массы ферментными препаратами, охлаждение и сбраживание сусла, перегонку образующейся бражки [2].
В соответствии с известным способом достигается полное осахаривание крахмала ферментными препаратами, при этом выход этилового спирта не превышает 65,5 дал с 1 тонны условного крахмала сырья.
К недостаткам известного способа относится низкий выход спирта, потери которого обусловлены потерями сбраживаемых сахаров за счет протекания с их участием на стадии разваривания высокотемпературных процессов с образованием карамелей и меланоидинов [3] . Кроме этого, этиловый спирт, полученный по известной технологии, характеризуется низким качеством из-за наличия больших количеств примесей (сивушных масел, альдегидов и др.),
образующихся в результате химических превращений веществ сырья под влиянием высокой температуры [3].
Целью изобретения является увеличение выхода спирта и улучшение его качества.
Поставленная цель достигается тем, что в способе производства этилового спирта, включающем измельчение крахмалосодержащего сырья, приготовление его водной суспензии, тепловую обработку суспензии, осахаривание полученной массы ферментными препаратами,
охлаждение сусла, сбраживание сусла и перегонку образующейся бражки, водную суспензию измельченного крахмалосодержашего сырья подвергают диспергированию при температуре 60-65oC в роторно-пульсационном аппарате в зазоре между статором и вращающимся ротором при значениях градиентов скорости от 3,5 · 105 м/с·м до 4,1·105 м/с·м в условиях воздействия на нее резонансных колебаний ротора и статора, после чего тепловую обработку образующейся массы проводят при температуре 80-90oC в течение 20-30 минут.
На чертеже изображен элемент зазора между статором и ротором, где 1 - ротор, 2 - статор, δ - зазор между ротором и статором, ω - угловая скорость вращения ротора, при этом P-Wp-O - эпюра скоростей движения жидкотекучей среды между ротором и статором.
Градиент скорости (ΔW) определяется по расчетной формуле:

где Wp - линейная скорость вращения ротора,
Wс = 0 - скорость вращения статора (неподвижен),
δ - величина зазора между ротором и статором.
При постановке в приведенную выше расчетную формулу величины скорости вращения ротора, величины зазора и диаметра ротора и статора получают значение минимального и максимального градиентов скорости. При этом по предлагаемому способу обработку водной суспензии сырья проводят, например, при следующих значениях величин (см. табл.1).
Осуществление процесса производства спирта по предложенному способу с указанными величинами градиента скорости от 3,5·105м/с·м до 4,1·105 м/с·м позволяет снизить тепловой режим обработки крахмалосодержащего сырья с 135-150oC до 80-90oC. При этом практически исключаются потери сбраживаемых сахаров, что приводит к увеличению выхода спирта. Кроме того, снижение температуры тепловой обработки сырья приводит к улучшению качества получаемого спирта.
Реализация предложенного способа с наибольшей эффективностью достигается, если диспергирование водной суспензии крахмалосодержащего сырья при 60-65oC проводят при указанных выше величинах градиента скорости между статором и ротором роторно-пульсационного аппарата в условиях воздействия на нее резонансных колебаний ротора и статора, которые определяют, например, по значению максимальной амплитуды звуковых колебаний (максимального уровня звука по вибродатчику).
Согласно предложенному способу процесс диспергирования водной суспензии крахмалосодержащего сырья осуществляли в роторно-пульсационном аппарате, который содержит корпус, выполненный в виде улитки с входным, расположенным по оси, патрубком, и выходным, расположенным тангенциально, патрубком. В корпусе на валу установлен ротор, выполненный в виде диска, на торцах которого размещены коаксиальные цилиндры с прорезями. Ротор с двух сторон охватывает статор, при этом ротор и статор установлены с возможностью совершать резонансные колебания различной частоты и амплитуды. На торцах статора, обращенных к ротору, установлены коаксиальные цилиндры с проточными каналами.
Устройство работает следующим способом.
Обрабатываемая водная суспензия сырья через входной патрубок поступает в корпус. Вращающийся вместе с валом ротор прокачивает суспензию через ступени ротор-статор. Протекая в каналах ротора и статора, в зазорах между ротором и статором, водная суспензия подвергается процессам диспергирования, гомогенизации. При этом наибольшая эффективность этих процессов достигается при осуществлении ротором и статором резонансных колебаний, что обеспечивается подбором скорости вращения ротора, его диаметра и зазора между ротором и статором.
Такой роторно-пульсационный аппарат раскрыт в международной заявке [4].
Пример 1.
Процесс получения этилового спирта по примерам 1-4 осуществляли на Усадском спиртовом заводе Республики Татарстан по непрерывной схеме производства с производительностью 2000 дал в сутки.
В качестве исходного крахмалосодержащего сырья использовали зерно ржи с крахмалистостью 53,76%.
Измельченное на молотковой дробилке зерно ржи - мучку в количестве 35,6 т непрерывно смешивали с водой в соотношении 1: 3,5-4 в чанке замеса (смеситель-предразварник) при температуре 40-45oC с внесением 0,25 кг/ч фермента амилосубтилина ГЗх для предварительного разжижения. Из смесителя предразварника водно-зерновую суспензию подавали насосом с производительностью 10 м3/ч в накопительную емкость, где она подогревалась до 60-65oC. Из накопительной емкости суспензия поступала в роторно-пульсационный аппарат, в котором диспергировалась в зазорах между вращающимся ротором и статором при значении градиента скорости 3,5·105 м/с·м при скорости вращения ротора 750 об/мин, диаметре ротора 178 мм, величине зазора 2·10-5 м. Указанные рабочие параметры роторно-пульсационного аппарата обеспечивали протекание процесса диспергирования водной суспензии сырья в условиях воздействия на нее резонансных колебаний ротора и статора, которые определяли по значению максимальной амплитуды звуковых колебаний, а именно по максимальному значению уровня звука по вибродатчику (измеритель шума и вибраций ВШВ 003 М2), равному 101 децибелу (ДБа).
Обработанная в роторно-пульсационном аппарате суспензия с производительностью 10-11 м3/ч поступала в приемную емкость, из которой ее передавали насосом на тепловую контактную головку варочной станции, в которой полученная масса нагревалась, а затем выдерживалась 20 минут при 90oC для пастеризации. Прошедшую тепловую обработку массу подавали в вакуум-испаритель-осахариватель, где проходило ферментативное разложение крахмала ферментами амилосубтилин ГЗх (скорость подачи 1,5 кг/ч). Далее осахаренное и охлажденное сусло общим объемом 200 м3 перекачивали в бродильные чаны, в которые в соответствии с принятой технологией непрерывного сбраживания подавали засевные дрожжи (производственный штамм Y 1986). По завершении процесса брожения (72 часа), на брагоректификационной установке (БРУ) производили отгонку образовавшегося спирта, скорость которой составляла 80 дал/ч, что соответствовало отгонке спирта качества (по ГОСТ 5964-93) "Спирт высшей очистки".
Выход этилового спирта составил 1377 дал или 71,6 дал с 1 т крахмала сырья. Результаты испытаний спирта на соответствие показателям ГОСТ приведены в табл. 2 в конце описания.
Пример 2.
Использовали зерно ржи с крахмалистостью 54,86 %.
Процесс получения этилового спирта из 40,0 т ржи вели по технологии примера 1, однако диспергирование водной суспензии сырья в роторно-пульсационном аппарате осуществляли в зазоре между статором и ротором при значении градиента скорости 4,1·105 м/с·м в условиях акустического воздействия на нее резонансных колебаний ротора и статора при скорости вращения ротора 1750 об/мин, диаметре ротора 90 мм, величине зазора между ротором и статором 2·10-5 м, при максимальном значении уровня звука 98 Дба, при этом тепловую обработку полученной массы проводили в течение 30 минут при температуре 80oC.
Выход этилового спирта составил 1527 дал или 69,6 дал с 1 т крахмала сырья.
Результаты испытаний спирта на соответствие показателям ГОСТ приведены в табл. 2.
Пример 3.
Использовали зерно ржи с крахмалистостью 55,55%.
Процесс получения этилового спирта из 38.14 т зерна ржи вели по технологии примера 2, однако, диспергирование водной суспензии зерна в роторно-пульсационном аппарате осуществляли в зазоре между ротором и статором при значении градиента скорости 3,0·105 м/с·м (скорость вращения ротора - 1280 об/мин, диаметр ротора - 90 мм, величина зазора - 2·10-5 м) путем двухкратной рециркуляции суспензии по контуру "приемная емкость - роторно-пульсационный аппарат", при этом максимальное значение уровня звука составило 96 ДБа, а тепловую обработку образовавшейся массы проводили при температуре 90oC в течение 25 минут.
Выход этилового спирта составил 1510 дал или 71,3 дал с 1 т крахмала сырья.
Результаты испытаний спирта на соответствие показателям ГОСТ приведены в таблице.
Пример 4.
Данный пример воспроизводит способ - прототип [2]. Использовали зерно ржи с крахмалистостью 53,76%. 34,4 т зерна ржи измельчали на молотковой дробилке, полученную мучку непрерывно смешивали с водой в соотношении 1:3,5-4 в смесителе-предразварнике при температуре 40-45oC в присутствии 0,25 кг/ч фермента амилосубтилина ГЗх. Далее водно-зерновую суспензию подавали в варочную станцию, где она подвергалась тепловой обработке (разваривалась) при 140oC и давлении 0,6 МПА в течение 40 минут. Разваренную массу охлаждали до температуры 58oC в вакуум-испарителе-осахаривателе, после чего проводили ее осахаривание ферментными препаратами амилосубтилин ГЗх (скорость подачи 1,5 кг/ч) и Сан-Супер (скорость подачи 1,5 л/ч). Далее осахаренное сусло перекачивали в бродильные чаны, куда подавали засевные дрожжи (штамм Y 1986). После сбраживания сусла на брагоректификационной установке (скорость отгонки 80 дал/ч) получено 1236 дал спирта или 65.5 дал с 1 т крахмала сырья.
Результаты испытаний спирта на соответствие показателям ГОСТ приведены в таблице.
Как следует из приведенных в примерах 1-4 данных выхода спирта и данных таблицы, предложенный способ позволяет увеличить выход этилового спирта на 4-6 дал с 1 т крахмала сырья по сравнению со способом-прототипом. При этом значительно улучшается качество спирта, полученного по предлагаемому способу, который практически по всем показателям превосходит спирт марки "Экстра" и по большинству параметров соответствует спирту марки "Люкс", в то время как спирт, полученный по известной технологии способа-прототипа, по своим показателям соответствует качеству спирта "Высшей очистки".
Литература
1. Авторское свидетельство СССР N 242834, кл. C 12 P 7/04, 1979.
2. Регламент производства спирта из крахмалистого сырья. М., 1979, ч.1, с. 27-51.
3. А. Г. Забродский. Водно-тепловая обработка сырья в спиртовом производстве. ЦНТБ, Киев, 1959.
4. Международная заявка N PCT /RU 96/00297, кл. B 01 F 7/00.
Формула изобретения: 1. Способ производства этилового спирта, включающий измельчение крахмалосодержащего сырья, приготовление его водной суспензии, тепловую обработку суспензии, осахаривание полученной массы ферментным препаратом, охлаждение полученного сусла, сбраживание сусла и перегонку образующейся бражки, отличающийся тем, что водную суспензию измельченного крахмалосодержащего сырья подвергают диспергированию при 60 - 65oC в роторно-пульсационном аппарате в зазоре между статором и вращающимся ротором при значениях градиента скорости от 3,5 · 105 м/с·м до 4,5 · 105 м/с · м, после чего водно-тепловую обработку образовавшейся массы проводят при 80 - 90oC в течение 20 - 30 мин.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диспергирование водной суспензии в роторно-пульсационном аппарате осуществляют в условиях воздействия на нее резонансных колебаний ротора и статора, которые определяют по значению максимальной амплитуды звуковых колебаний.