Для сбраживания сусла и получения спирта дрожжевую куль-туру разводят в аппаратах чистой культуры, дрожжанке, возбра-живателе, объемы которых последовательно возрастают.

Основным оборудованием бродильного отделения являются бродильные чаны, спиртоловушка для улавливания паров спирта.

АППАРАТЫ ДЛЯ РАЗВЕДЕНИЯ ЧИСТОЙ КУЛЬТУРЫ ДРОЖЖЕЙ

Аппарат чистой культуры (ЧК) обеспечивает стерильные условия при разведении дрожжей до объема дрожжанки. Иногда на заводах, перерабатывающих крахмалсодержащее сырье, не применяют аппарат ЧК, а размножение дрожжей осуществляют непосредственно в дрожжанках. Но при производстве спирта из мелассы аппарат ЧК является обязательным.

Аппарат ЧК представляет собой сосуд цилиндрической формы с коническим днищем и верхней крышкой. Аппарат снабжен змеевиком, термометром, смотровыми стеклами, подводящими штуцерами для продукта, воздуха, пара и воды. Система аппаратов (рис. 71) состоит из колбы 1, маточника 2, малого сосуда 3, двух больших сосудов 5, фильтра для воздуха 4 и гидравлического затвора.

Высоту цилиндрической части аппаратов обычно берут в два раза больше диаметра. Теплообменная поверхность змеевика принимается из расчета 2 м2 на 1 м3 полезной вместимости.

Работа аппарата заключается в следующем. Дрожжи чистой культуры из колбы 1 по резиновой трубке перепускают в маточник 2, где заранее приготовлено стерильное сусло. После того как дрожжи достаточно размножатся, массу из маточника 2 перепускают в малый сосуд 3 и затем в большие сосуды 5 и оттуда дрожжи передают в дрожжанки.

ДРОЖЖАНКИ

Сейчас на спиртовых заводах приготовление дрожжей ведется исключительно в механизированных дрожжанках. Механизированные дрожжанки совмещают в себе дрожжезаторный чан для приготовления дрожжевого затора и дрожжанку для размножения дрожжей.

Механизированная дрожжан-ка (рис. 72) выполнена из листовой стали с конусным днищем и крышкой с шарнирно укрепленным люком. Внутри дрожжанки имеются змеевики 2 для охлаждения водой и подогревания глухим паром.

Лопастные или пропеллерные мешалки 5 механизированных дрожжанок приводятся в действие от электродвигателя 4 через редуктор 3, который монтируется на крышке дрожжанки. Часто для перемешивания в дрожжанках применяют миксер.

Отъем из осахаривателя насосом перекачивают в дрожжанку. Туда же задают дополнительное питание для дрожжей, проводят пастеризацию, охлаждают

и вводят дрожжевую культуру. Готовые дрожжи спускают в бро дильный чан или в возбраживатель.

Объем дрожжанки составляет 25—30% объема возбраживате-ля и при'периодическом процессе сбраживания 6—8% объема бродильного чана, коэффициент наполнения 0,7.

Поверхность змеевика для воды принимают из расчета 2 м2 на

1 м3 полезной вместимости чана, поверхность парового змеевика_

0,8 м2 на 1 м3. Мощность электродвигателя на дрожжанку принимают по расчету.

АППАРАТЫ ДЛЯ СБРАЖИВАНИЯ СУСЛА ИЗ КРАХМАЛСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Осахаренная масса, охлажденная в трубчатом теплообменнике или в двухступенчатой вакуум-охлаждающей установке, поступает для брожения в бродильные чаны. Процесс брожения осуществляется периодическим, непрерывно-поточным или циклическим способом. При периодическом способе процесс брожения происходит в каждом чане самостоятельно с начала до конца, чаны работают независимо один от другого. При непрерывно-поточном способе бродильные чаны (8—10 шт.) соединены между собой переливными трубами в батареи. В процессе брожения масса перетекает из головного чана последовательно во все остальные. Из последнего чана готовая бражка откачивается или в передаточную емкость» или на брагоректификационную установку. При периодическом способе нормальная продолжительность брожения составляет 72 ч, при непрерывно-поточном — 60 ч.

Бродильный чан (рис. 73) представляет собой цилиндрический сосуд с коническим верхним и нижним днищами. Чаны изготавливают из листовой углерод» стой стали толщиной 6—8 мм Внутри чана из труб диаметром 45—75 мм смонтирован змеевик J для отвода тепла, выделяющегося при брожении. Змеевик должен быть смонтирован таким образом, чтобы возможность задержки массы на поверхностях креплений была минимальной.

На некоторых заводах успешно используют охлаждение бродящей массы через выносной трубчатый теплообменник, куда масса поступает при помощи насоса. В этом случае вся внутренняя поверхность чана остается свободной и удобной для механизированной мойки и стерилизации. Сусло подается через штуцер 3, углекислота, выделяющаяся при брожении, отводится через патрубок 7 в спиртоловушку. Для осмотра и ремонта в чане имеются два люка 2 и 11. За процессом брожения наблюдают через смотровое окно 9, включая светильник 8. Термометры устанавливают в гильзы 10. К штуцеру 4 подключают гидрозатвор который предотвращает смятие стенок при образовании разрежения после пропарки чана паром. Патрубок 12 служит для спуска бражки из чана.

Бродильные чаны для удобства обслуживания устанавливают на высоте 1—1,2 м от пола на опорах из бетона или стальных труб.

Допуск в бродильный чан обслуживающего персонала разрешается только после полного удаления из него углекислоты. В случае нахождения внутри бродильного чана человека при проведении мойки, дезинфекции снаружи обязательно должен находиться второй, страхующий человек. В бродильном отделении обязательно должны быть индивидуальные средства защиты.

Мойка и дезинфекция бродильных чанов выполняются на некоторых заводах вручную после каждого цикла брожения. На эту операцию затрачивается 1,5—2 ч. Сейчас на многих заводах установили аппараты для механической мойки бродильных чанов, в которых мойка может осуществляться горячей и холодной водой, а также растворами различных антисептиков.

На рис. 73 показан коллекторный моечный аппарат, смонтированный в бродильном чане. Аппарат состоит из двух узлов: распределительной головки 6 и двух коллекторов 5, снабженных соплами. Головка 6 размещается в верхней части конической крышки чана. Через нее к аппарату подводится моющая жидкость.

К выходному штуцеру головки снизу под углом к оси чана присоединены два симметрично расположенных моющих коллектора (трубы). Их располагают возможно ближе к крышке, чтобы на них в процессе брожения не могли попадать капли бродящей массы. Диаметр труб определяется потребным расходом воды, который в свою очередь зависит от объема чана. Так, для бродильных чанов вместимостью до 50 м3 диаметр труб равен 50 мм, для чанов вместимостью 80—100 м3 — 75 мм. Длина труб коллектора меньше радиуса чана на 800—1000 мм.

На моющих коллекторах находятся сопла для подачи раствора, расположенные таким образом и с такой направленностью, чтобы в сферу их действия попадали все подлежащие мойке поверхности, включая крышку чана. При этом на змеевик направляется поток моющей жидкости сверху и с двух боковых сторон.

Головка моющего аппарата устроена так, что выходной штуцер, несущий на себе моющие коллекторы, легко вращается в подшипниках. Под действием реактивных сил от выходящих из сопел струй моющей жидкости коллекторы приходят в движение. При этом струями с омываемых поверхностей удаляются отложения. В целях увеличения вращающего момента основные рабочие сопла на моющих коллекторах смещены на 30° по отношению к вертикали.

Для нормальной работы моющего аппарата давление жидкости, подаваемой в головку, должно быть не менее 0,2 МПа (2 кгс/см2), что обеспечивает частоту вращения коллектора 20—22 об/мин. Продолжительность мойки чана объемом 60 м3 с помощью вращающегося коллектора 3—5 мин, общий расход воды до 6 м3.

Недостатками такой моечной установки являются ее громоздкость и трудность ее чистки и стерилизации.

Заводами успешно эксплуатируются моющие головки облегченного типа, которые могут быть переносными и устанавливаться в бродильном чане только на период мойки.

Процесс механической мойки осуществляется автоматически. При использовании стационарной мойки обслуживающий рабочий только открывает вентиль на линии, подводящей воду к головке моющего аппарата. Если невозможно обеспечить подачу в моечный аппарат воды с необходимым давлением, то устанавливают центробежный насос, который включают на период мойки чана.

Для успешного действия механической мойки из бродильных чанов следует удалить опорные угольники для змеевиков с хомутами и другими крепежными приспособлениями. Вместо них рекомендуется связывать витки змеевиков по трем-четырем вертикальным направлениям короткими цилиндрическими стержнями, приваренными между витками,

СХЕМА НЕПРЕРЫВНОГО СБРАЖИВАНИЯ СУСЛА ИЗ КРАХМАЛСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Некоторые заводы средней и большой мощности сбраживание сусла производят непрерывно-поточным способом, предложенным В. Л. Яровенко.

На рис. 74 представлена технологическая схема бродильного отделения, работающего по непрерывно-поточному методу. В маточнике 1 выращивают чистую культуру дрожжей, которую приготовляют в размере 10% объема сусла, заливаемого в дрожжанку 2.

В маточник подается сусло температурой 55—58° С непосредственно из осахаривателя. Сусло в маточнике нагревается паром до 80°С через змеевик. Эту температуру поддерживают в течение 30 мин, затем сусло охлаждается, вводится чистая культура дрожжей и ведется выращивание дрожжей. Выросшую культуру дрожжей спускают в подготовленную дрожжанку 2 (объемом 25—30% объема возбраживателя), заполненную пастеризованным охлажденным и подкисленным суслом, взятым заранее из осахаривателя. Содержимое в дрожжанке отбраживается до концентрации 5—6° по сахарометру, и зрелые дрожжи перепускают самотеком в возбраживатель 3, рабочий объем возбражнвате ля принимают равным 50% объема головного чана. Одиовременно с перепуском дрожжей в возбражнватель подают охлажденное в теплообменнике сусло.

При снижении отброда до 5—6° по сахарометру и накоплении дрожжевых клеток 90—100 млн./мл дрожжи из возбраживателя, насосом (или самотеком) перепускают в головной бродильный чан 4, куда одновременно подают охлажденное сусло.

В головном чане происходит главное брожение (в связи с задачей большого количества дрожжей стадия возбраживания отсутствует), и концентрация дрожжевых клеток поддерживается в нем на уровне 100 млн./мл. По заполнении головного чана начинается переток бражки по переточным трубам в последующий бродильный чан 5, затем в чан 6, таким образом заполняют всю батарею из восьми бродильных чанов.

Два головных и три последующих бродильных чана снабжены змеевиками для отвода тепла. Последующие чаны змеевиками не оборудуются, так как в них происходит дображивание и выделяется незначительное количество тепла, которое отводится вследствие теплоотдачи с наружной поверхности чана.

Зрелая бражка из последнего чана передается в промежуточную емкость или центробежным насосом 9 откачивается на перегонку в аппаратное отделение.

В процессе брожения в головном чане поддерживается температура 27—28° С, во втором — 29, третьем — 28—30, в последующих—27—28° С. Процесс брожения заканчивается за 60—62 ч от начала притока сусла в головной чан.

Углекислый газ, образующийся в процессе брожения, отводится в спиртоловушку 7, из которой водно-спиртовая смесь через эпруветку 8 отводится в аппаратное отделение на отгонку спирта. Углекислый газ из спиртоловушки направляется в цех для получения сжиженной углекислоты и сухого льда.

Количество маточников, дрожжанок, возбраживателей и головных чанов должно быть таким, чтобы обеспечить непрерывность процесса при отключении одного из аппаратов на стерилизацию.

Цикличный способ сбраживания может применяться на заводах при наличии не менее шести бродильных чанов, которые последовательно соединены переточными коммуникациями. Кроме того, необходимы механизированные дрожжанки и возбраживатель. Продуктовая коммуникация от возбраживателя подводится к первому и последнему чанам бродильной батареи.

Бродильная батарея загружается через головной чан, которым попеременно становится то первый, то последний чан батареи.

При первом цикле брожения засевные дрожжи из возбраживателя и охлажденный затор поступают в первый по потоку бродильный чан. По заполнении этого чана бродящая масса перетекает во второй чан, из него в третий, заполняя все чаны, за исключением последнего. На это требуется 60—62 ч.

После этого бражку во всех чанах оставляют для дображивания, а приток дрожжей из возбраживателя и затора переводят на последний чан, который к этому времени должен быть промыт и продезинфицирован, и второй цикл начинается в обратном порядке, т. е. последний чан становится головным. Во время заполнения головного чана предшествующий ему чан готовят для заполнения: освобождают от бражки, промывают и стерилизуют.

Таким образом, при цикличном способе брожение проходит в непрерывном потоке, а дображивание — периодически.

СПИРТОЛОВУШКИ

Для улавливания водно-спиртовых паров, увлекаемых выделяющимся при брожении углекислым газом, устанавливают спиртоловушки.

Спиртоловушка одной из конструкций представляет собой царги с многоколпачными тарелками. Царги соединяют в одну общую колонну, вверху перекрытую крышкой со штуцерами для отвода углекислоты и подвода воды в слой жидкости на верхнюю тарелку. Нижняя царга снабжается днищем, в центре которого для подвода углекислоты имеется патрубок, оканчивающийся Внутри трубой с колпаком.

Углекислый газ в смеси с водно-спиртовыми парами из бродильного чана через нижний приемный штуцер входит в нижнюю часть колонки и движется вверх. Вода через штуцер вверху колонки подается на верхнюю тарелку, переливаясь с тарелки на тарелку, спускается и насыщается спиртом.

Для предотвращения утечки углекислого газа из нижней части спиртоловушки через штуцер отвода водно-спиртовой жидкости ставят гидравлический затвор в виде изогнутого колена.

Наиболее совершенной по конструкции является спиртоло-вушка пленочно-конденсаторного типа (рис. 75). Она состоит из трубчатой части 1, конденсаторной части 2, турбулизаторов 3 из полосовой меди или белой жести, штуцера 10 ввода воды на охлаждение в конденсаторную часть, штуцера 7 выхода воды, штуцера 5 ввода воды на абсорбцию спиртовых паров, штуцера 9 выхода водно-спиртовой жидкости, патрубка 8 ввода углекислого газа, патрубка б выхода углекислого газа.

В трубчато-конденсаторной ловушке расположены медные трубки диаметром 24 мм, внутри каждой из них имеется свернутый в виде спирали турбулизатор. Диаметр спирали турбулиза-тора несколько меньше внутреннего диаметра медных труб. Трубы с наружной стороны омываются холодной водой, поступающей в конденсаторную часть. В верхней части устанавливаются три тарелки 4 провального типа с отверстиями диаметром 4 мм. Площадь сечения отверстий сит составляет 10—12% площади сечения колонны. Тарелки располагаются одна над другой на расстоянии 600 мм. Первая тарелка снизу находится над верхней трубчатой решеткой на расстоянии 150 мм.

Вода, двигаясь навстречу смеси углекислого газа и водно-спиртовых паров, проходит верхние тарелки и через специальные вырезы в верхней части трубок тонкой пленкой течет по внутренней поверхности трубок, насыщаясь спиртовыми парами. Турбу-лизирующие вставки способствуют лучшему контактированию поднимающихся паров с водой, а верхние тарелки служат для окончательной отмывки углекислоты от присутствия спирта, чему в значительной степени способствует относительно низкая температура поступающей воды.

Крепость водно-спиртовой жидкости, выходящей из этой спиртоловушки, может достигать 3—5%.

Спиртоловушки с наполнителем состоят из цилиндрического стального сосуда диаметром 250—300 и высотой 2000 мм. Цилиндр заполняют материалом, создающим большую поверхность (керамические или металлические кольца Рашига, куски кокса, керамики, металла и др.).

Под нижнюю сетчатую перегородку поступают пары углекис-« лого газа и спирта, на верхнюю — вода, которая стекает вниз по насадкам, поглощая пары спирта. Обогащенная спиртом вода выходит из колонны через гидравлический затвор.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как устроен аппарат ЧК?

2. Каковы особенности конструкции механизированной дрожжанки?

3. Каково устройство автоматического моечного аппарата для бродильных чанов?

4. Каковы основные правила техники безопасности при работе в бродильном чане?

5. В чем состоит сущность схемы непрерывного сбраживания?

6. Какие существуют конструкции спиртоловушек и каково их устройство?

Источник: Оборудование спиртового производства. Иванов А.И., Зотов В.Н.

__________________________