cap. 2 memoriul tehnic privind procedeul de fabricare a alcoolului etilic din cereale în...

MEMORIUL TEHNIC PRIVIND PROCEDEUL DE FABRICARE A ALCOOLULUI ETILIC DIN CEREALE

2. Memoriul tehnic privind procedeul de fabricare a alcoolului etilic din cereale

Principalele avantaje care se înregistrează prin aplicarea procedeului tehnologic propus, în instalaţia de capacitate mică, sunt următoarele: realizarea unor randamente tehnologice optime prin zaharificarea amidonului

cu preparate enzimatice Novo-Nordisk; consumuri reduse de energie termică prin eliminarea operaţiilor tehnologice

de fierbere sub presiune a cerealelor; valorificarea integrală a borhotului; reducerea posibilităţii de poluare a mediului ambiant prin valorificarea

integrală a subproduselor; reducerea cheltuielilor de transport prin prelucrarea cerealelor la locul de

producere a alcoolului; crearea de noi locuri de muncă.

2.1. Date generale

a) Capacitate zilnică de producţie: 1000[l/alcool absolut], din care:- 950[l] alcool rafinat (exprimat ca alcool absolut);- 50[l] alcool tehnic (exprimat ca alcool absolut);

b) Fond de timp anual: 300[zile];c) Regim de lucru: 3[schimburi/zi];d) Capacitatea anuală de producţie: 3000[hl] alcool exprimat ca alcool absolut,

din care : - 2700[hl/an] alcool etilic rafinat, exprimat ca alcool absolut;- 300[hl/an] alcool tehnic, exprimat ca alcool absolut, echivalent cu:

- 2824.2[hl/an] alcool etilic cu concentraţia 95.6%:- 333.2[hl/an] alcool tehnic cu conecentraţia 92%.

e) Cantitatea de borhot rezultată: 11.25[m3/zi];f) Durata maximă de fermentare: 72[ore];g) Concentraţia minimă de alcool în plămada fermentată: 8%;h) Volum util de fermentare: 12.5[m3/zi];i) Volum total de fermentare: 16[m3/zi];j) Volum de fermentare: 48[m3/zi].

6


Apă de răcire

Drojdie D27

Depozitare

Măcinare

Plămădire

Dextrinizare

Răcire

Reglare pH

Zaharificare

Racire

Fermentare

Distilare

Rafinare

Alcool etilic rafinat

(0.45...0.65 mm max 80 %)Apă

Enzima I

hidromodul 1:3temperatura 50°CpH 6...6.2durata 15...20 min

enzima 0.3...0.4 l/t amidontemperatura 90...95°CpH 6...6.5durata 60 minApă de răcire

(58...60°C)

Acid sulfuric

(5...5.5)

Enzima II

enzima 11/t amidontemperatura 55...60°CpH 5...6.5durata 60 min

(28...32°C)

drojdie 1 kg/ 1m3 plămadădurata maximă 72 htemperatura 32...36°Czahăr rezidual max 0.5%concentraţie alcoolică min 8%pH final 3.8...4aciditate 2.4....2.6%

Borhot pentru furaje

Spirt tehnic 92% (V) ulei de fuzel

96.4% (V)

2.2. Scheme tehnologice de fabricare a alcoolului etilic din porumb

7


Enzime zaharificareEnzime de fluidificare Apă Cereale(porumb)

Abur H2SO4 Drojdie

Recepţie

Depozitare

Transport

Precurăţire

Cântărire

Măcinare

Fluidificare

Răcire la 55°C

Zaharificare

Răcire la 30°C

Însămânţare

Răcire la 18...20°C

Fermentare

Distilare

Alcool brut

Rafinare

Depozitare

Alcool rafinatCoziFrunţi Ulei de fuzelApă de luter BorhotCO2

Spălare

CO2

Apă de spălare

Multiplicare în laborator

Prefermentare

Acidulare

Plămadă de drojdie

8


2.3. Procesul tehnologic

Principalele operaţii ale procesului tehnologic sunt următoarele: recepţia-depozitarea materiei prime; recepţia-depozitarea materialelor auxiliare; măcinarea porumbului (cerealelor); plămădirea; dextrinizarea-zaharificarea amidonului din plămezile de porumb (cereale); fermentarea alcoolică a plămezilor zaharificate; distilarea plămezilor fermentate; rafinarea alcoolului etilic brut; valorificarea borhotului: asigurarea protecţiei ecologice.

2.3.1. Recepţia-depozitarea materiei prime

Porumbul, sub formă de ştiuleţi, este transportat la secţia de fabricare a alcoolului etilic, cu mijloace auto sau vagoane C.F.R. Când se folosesc alte cereale, asa cum sunt: orzul, secara,grâul, etc., se transportă în vrac sub formă de boabe. Porumbul, sub formă de ştiuleţi este depozitat temporar în silozuri de sârmă montate pe o platformă din beton din apropierea secţiei de fabricaţie.După separarea boabelor de pe ciocălăi, acestea sunt depozitate în silozurile secţiei de fabricaţie. Înainte de depozitare, porumbul este supus operaţiilor care se referă la recepţia calitativă şi cantitativă.

Recepţia cantitativă se face prin cântărire şi permite verificarea greutăţii înscrise în actul de transport. Totodată se asigură şi integritatea gestiunii, precum şi o corectă urmărire a consumului specific.

Recepţia calitativă are în vedere alimentarea secţiei de fabricaţie cu materie primă de calitate corespunzătoare. Recepţia calitativă constă în determinarea principalelor caracteristici de calitate ale materiei prime: umiditate; conţinut de corpuri străine ; conţinut de amidon.

Indicatorii de calitate ai cerealelor au o mare importanţă asupra modului de desfăşurare a procesului tehnologic, precum şi a calităţii produsului finit. Astfel, se apreciază că până la 14% umiditate, cerealele sunt uscate corespunzător cerinţelor tehnologice, la umiditate de 14...16%, cerealele sunt semiuscate, iar la valori de 16...18%, umiditatea cerealelor este considerată ca fiind crescută. La umidităţi mai mari de 18%, cerealele nu mai sunt apte pentru a fi prelucrate la alcool etilic prin procedeul descris, datorită apariţiei unor dificultăţi la măcinare.

Umiditatea de 16...18% se numeşte „umiditate critică”, deoarece o creştere a conţinutului de apă peste această limită produce o accelerare a proceselor

9


biochimice din bob, care conduc la creşterea sensibilă a pierderilor de substanţă utilă în timpul depozitării. De aceea, toate măsurile luate pentru asigurarea depozitării optime a cerealelor, trebuie să fie îndreptate în sensul reducerii umidităţii acestora.

Boabele de porumb sunt rele conducătoare de căldură şi de aceea, în masa de boabe racite iarna se menţine temperatura scăzută până la începutul verii.

Secara şi grâul pot fi prelucrate în procesul de fabricare a alcoolului etilic numai atunci când, din cauza unor deprecieri devin improprii consumului alimentar sau pentru furajarea animalelor. Din 100 kg secară (care conţine 55...58% amidon) se pot obţine 35...37 l alcool etilic absolut.

2.3.2. Recepţia-depozitarea materiilor auxiliare

Materiile auxiliare folosite la fabricarea alcoolului etilic de uz alimentar din porumb (cereale) sunt următoarele: enzima pentru dextrinizarea amidonului; enzima pentru zaharificarea amidonului; drojdia comprimată pentru fermentarea alcoolică a plămezilor zaharificate

(Saccharomyces cervisiae); substanţele chimice pentru reglarea valorilor de pH: acidul sulfuric şi apa

amoniacală; substanţele pentru igienizare: aldehida formică, fosfatul trisodic, clorura de

calciu.Enzima pentru dextrinizarea amidonului-Termamyl 120L este o alfa-

amilază bacteriană, purificată, concentrată şi termostabilă. Enzima are un optim de acţiune la temperatura de 85...95°C, pH 6...6.5, în prezenţa ionilor de calciu în doza de 50 mg/kg(ppm). Doza recomandată de furnizori este de 150...400 ml/tona de amidon. Recepţia enzimei se face pe baza buletinului de analiză emis de furnizor, care garantează calitatea enzimei pe o perioadă de 6 luni dacă aceasta este păstrată la temperatura de 10...12% °C.

Enzima pentru zaharificare-San Super 240L – este o amiloglucozidază derivată dintr-o cultură selecţionată de Aspergillus Niger. Enzima are un optim de activitate la temperatura de 50...65°C, pH 5...6, iar doza recomandată este de 800...1200 ml/tona de amidon.

Recepţia enzimei San Super 240L se face în acelaşi mod ca în cazul enzimei Termamyl 120L.

Enzima Termamyl 120L poate fi înlocuită în anumite cazuri cu enzimele Fungamyl 800L şi Ban 240L (în special la prelucrarea grâului).

10


Principalii parametri tehnologici specifici acestor două enzime sunt următorii:

Tabel 2.1Enzima Temperatura [°C] pH Ca++ppm Doza[ml/t amidon]

Ban 240L 70...80 6...6.5 150 200...400Fungamyl 800L 60...65 5...6 50 100...150

Furnizorul de enzimă-Compania Novo-Nordisk, recomandă: folosirea în amestec a enzimelor Fungamyl 800L şi San-Super 240L pentru reducerea duratei de fermentare cu 10...20 [ore]; în acest caz, temperatura drojdiei folosite la fermentare va fi de 34...36°C; activitatea enzimelor Termamyl 120L, Ban 240L şi Fungamyl 800L este stimulată de ionul C++. În mod normal se adaugă iniţial în plămadă o cantitate de hidroxid de calciu, care de obicei este în doză de 0.5 kg/tona de materie primă; înainte de utilizare, enzima se diluează în apă rece în proporţie de 1:10; în cazul în care pe suprafeţele de schimb de căldură apare pericolul depunerilor, se recomandă folosirea enzimei Neutrase 0.5l, care are optimul de activitate la temperatura de 40...45°C, pH 5.5...6.0, iar doza recomandată este de 150...300 ml/tona de amidon.

În paralel se obţine o îmbunătăţire a fermentaţiei. Drojdia pentru fermentare se asigură de la S.C. Seineana S.A. Seini, judeţul Maramureş, care livrează drojdie comprimată cu un conţinut de substanţă uscată de 27% (D27). Drojdia poate fi păstrată timp de maxim 160 [ore] la temperaturi de 4...6°C. Acidul sulfuric, apa amoniacală şi compuşii chimici puri se livrează de către Industria chimică prin Centrul de Aprovizionare cu Reactivi Chimici-Dudeşti-Bucureşti.

Substanţele pentru igienizare se livrează direct de furnizori sau de Bazele de Aprovizionare Judeţene.

Substanţele chimice de reglare a valorilor de pH şi substanţele pentru igienizare se vor recepţiona calitativ pe baza buletinului de analiză emis de furnizori, şi cantitativ prin evaluarea greutăţii. Acestea vor fi depozitate în încăperi uscate, special amenajate, la temperatură constantă de 10...15°C.

11


2.3.3. Măcinarea porumbului

Totalitatea operaţiilor tehnologice aplicate pentru transformarea cerealelor în făină, se numeşte măcinare. Aceasta constă în pregătirea cerealelor, respectiv separarea corpurilor străine şi a corpurilor metalice şi în final măcinarea boabelor pentru obţinerea unei făini fine folosind o moară cu ciocănele.

Moara cu ciocănele are o capacitate de prelucrare de 1500...2000 kg/oră şi este produsă de S.C. Bonţida S.A., judeţul Cluj.

Fracţionarea boabelor de cereale conduce la obţinerea unui măciniş cu particule de maxim 1mm, care sunt alcătuite din particulele de 450...670 μm, în proporţie de 80%.

Viteza periferică a rotorului cu ciocane este cuprinsă în intervalul 65...90 m/s, în cazul măcinării seminţelor de cereale.

Mărunţirea se realizează ca urmare a ciocnirilor repetate între ciocane şi particule de material, între particule şi exteriorul camerei de măcinare, precum şi prin ciocnirile reciproce dintre particule.

Particulele măcinate sunt aspirate cu ajutorul unui curent de aer realizat de un ventilator centrifugal şi transportate pneumatic prin conducte la unul sau două cicloane de liniştire, unde are loc separarea măcinişului din amestecul măciniş-aer-praf, aerul şi praful fiind evacuate în atmosferă pe la partea de sus, iar măcinişul este colectat la partea inferioară, prin intermediul unei ecluze.

2.3.4. Plămădirea

Plămădirea este operaţia prin care se realizează dispersia măcinăturii de porumb (cereale) în apă.

Operaţia se realizează în vasele de plămădire-zaharificare, la temperatura de 50°C, timp de 15...20 minute.

Hidromolul utilizat, respectiv raportul dintre porumb şi apă, este 1:3 şi asigură obţinerea unei plămezi care poate fi recirculată cu pompă centrifugă cu rotor deschis, pentru realizarea unei bune omogenizări.

Controlul microbiologic al plămezilor din porumb (cereale) este important pentru stabilirea stării fiziologice a drojdiei şi pentru depistarea microorganismelor de infecţie.

În funcţie de numărul de germeni de infecţie, se poate face o apreciere a gradului de infecţie a plămezii, conform datelor din tabelul următor:

12


Tabel 2.2Numărul de germeni/ml Gradul de infecţie

Plămadă liberă de infecţii din punct de vedere tehnicPlămadă uşor infectată

Plămadă infectată

Plămadă puternic infectată

„Cultură de bacterii”

2.3.5. Dextrinizarea-zaharificarea amidonului din plămezile de porumb(cereale)

Dextrinizarea-zaharificarea amidonului, este faza în care se realizează transformarea amidonului din cereale măcinate, în zaharuri fermentescibile, sub acţiunea enzimelor Termamyl 120L şi San-Super 240L.

În timpul hidrolizei amidonului sub acţiunea acestor enzime, au loc următoarele reacţii:- hidroliza amidonului cu formare de dextrine;- hidroliza dextrinelor cu formare de glucoză;- reacţii de reversibilitate prin condensarea glucozei.

După plămădire urmează dextrinizarea amidonului, operaţie care se realizează la temperaturi de 90...95°C, timp de 60 minute, la pH 6...6.2, doza de enzimă Termamyl 120L fiind de 0.3...0.4 l/tona de amidon, respectiv 0.3...0.4 l/ 1.7 tone de porumb.

După dextrinizare, plămada se răceşte la temperatura de 58...60°C şi se porneşte operaţia de zaharificare.

Aceasta se realizează la temperaturi cuprinse în intervalul 55...60°C, timp de 60 minute, la pH 5...5.5. Doza de enzimă San-Super 240L utilizată este 1l/1 tonă de amidon.

După 60 minute de zaharificare, proba cu soluţia de iod este neconcludentă, deoarece în plămadă se mai găsesc dextrine care dau culoare specifică cu soluţia de iod.

Proba calculată a zaharificării se face la terminarea fermentării, ceea ce înseamnă că întreaga cantitate de amidon s-a transformat în glucoză.

13


2.3.6. Fermentarea alcoolică a plămezilor zaharificate

Prin fermentare are loc transformarea zaharurilor simple din plămezile zaharificate în alcool, dioxid de carbon, produşi secundari de fermentate şi apă, cu degajarea unei anumite cantităţi de căldură (proces exoterm).

Fermentarea se realizează în vasele de fermentare.În primul vas de fermentare se introduce, după spălare şi dezinfectare, o

anumită cantitate de plămadă zaharificată parţial şi răcită la temperatura de 32...36°C, peste care se adaugă cantitatea necesară de drojdie (1 kg drojdie consumată D27 pentru 1 m3 plămadă).

Multiplicarea drojdiei se realizează direct în vasele de fermentare. După multiplicarea drojdiei se începe alimentarea cu plămadă parţial zaharificată, procesul de fermentare desfăşurându-se pe o perioadă de maxim 72 ore.

Tehnologia propusă (experimentată şi aplicată deja în fabricile de spirt din ţară) asigură utilizarea culturii de drojdie pe o perioadă de aproximativ 21 zile, după care drojdia se înlocuieşte cu o cultură proaspătă şi procesul se reia.

Prin acest procedeu se evită dezvoltarea microorganismelor de infecţie şi creşterea acidităţii, cauze care conduc la pierderi necontrolate de substanţă utilă (zaharuri fermentescibile).

Cinetica fermentaţiei alcoolice

Cinetica fermentaţiei alcoolice are la bază următoarele consideraţii:Producerea alcoolului etilic din zaharuri fermentescibile – este, cu

siguranţă, cel mai important exemplu de fermentaţie anaerobă.Ecuaţiile care reprezintă viteza de creştere a populaţiei microbiene, viteza

de producere a alcoolului etilic şi viteza de consum a substratului, şi anume:

a)

b)

c) , unde :

şi sunt funcţii ce ţin cont de inhibiţia prin produs;

şi sunt constante ce ţin cont de inhibiţia în substrat; este viteza specifică de producere a etanolului;

14


factor de producere a biomasei din substrat;

factor de formare a produsului din substrat.Sistemul de ecuaţii prezentat, scoate în evidenţă următoarele:

- se remarcă tendinţa de a se da aceeaşi structură matematică ecuaţiei ce descrie viteza de formare a produsului cu ecuaţia de dezvoltare a populaţiei microbiene. Prin analogie s-a introdus noţiunea de viteză specifică de formare

a produsului ( ) şi viteza specifică maximă de formare a produsului ( ).- în timp ce termenul care defineşte inhibiţia prin substrat este acceptat de

majoritatea cercetărilor, pentru inhibiţia prin produs s-au produs mai multe variante, dintre care se remarcă cele produse de Daugulius A. şi Swaine D., sub forma funcţiilor:

, unde:

este concentraţia de etanol din mediu de la care încetează producerea etanolului;

constantă.Alte ecuaţii permit controlul procesului de fermentare alcoolică şi pentru

determinarea vitezei specifice de dezvoltare a microorganismelor sunt:1. Ecuaţia lui Monod.2. Ecuaţia lui Jerusalimski.3. Ecuaţia lui Monod- Jerusalimski.4. Ecuaţia lui Nikolaev.

1. Ecuaţia lui Monod:

, în care:

este viteza specifică maximă de dezvoltare;

concentraţia substratului limitator;

constanta lui Monod.2. Ecuaţia lui Jerusalimski:

,în care:

15


concentraţia produsului;

constantă.3. Ecuaţia lui Monod- Jerusalimski – reprezintă atât influenţa substratului

cât şi a produsului.

sau

4. Ecuaţia lui Nikolaev – prezintă inhibarea creşterii microorganismelor la concentraţii mari de substrat.

, în care:

este constantă;

concentraţia iniţială a substratului limitator.Viteza de obţinere a produsului depinde de viteza de dezvoltare a

microorganismelor:

, unde: - timp;

- constantă; - concentraţia de celule microbiene.

2.3.7. Distilarea plămezilor fermentate

Distilarea reprezintă totalitatea modalităţilor de separare a componentelor unui amestec lichid omogen, bazate pe diferenţa dintre temperaturile de fierbere ale constituenţilor, temperaturi cărora le corespund şi presiuni ale vaporilor, diferite.

Înainte de punerea în funcţiune, coloana de distilare se umple cu apă, după care se introduce abur pentru a constata dacă aceasta are scăpări de vapori pe la flanşe.

Dacă etanşeitatea coloanei este corespunzătoare, se elimină apa şi se umple coloana cu plămadă fermentată, introducându-se abur pentru incălzirea acesteia. Operaţia se consideră încheiată atunci cănd termometrul montat pe conducta de intrare a plămezii indică temperatura de 100°C. Se controlează dacă serpentinele şi ţevile din deflegmator şi condensator sunt pline de apă. Când se constată că

16


temperatura în coloană începe să scadă, iar în felinarul de control apar primele picături de condens, se deschid robinetele de pe conducta de răcire de la condensator si deflegmator şi se măreşte debitul de abur care intră în coloană. Prin stabilirea debitului optim de plămadă, se realizează o temperatură constantă de 92...93°C. Dacă aceasta se menţine un timp îndelungat, se consideră că instalaţia a intrat în regim de lucru.

Altă indicaţie asupra funcţionării normale a coloanei de distilare este presiunea.

În timpul funcţionării, presiunea trebuie să fie 0.12...0.13 [bar]. Presiunea în coloană se urmăreşte cu ajutorul unui manometru. Când presiunea admisă este depăşită, înseamnă că în coloană s-a introdus prea multă plămadă, sau unul din talere este înfundat.

Este de asemenea important ca în coloana de distilare să se introducă un debit constant de abur. Această condiţie se realizează prin montarea unui reductor de presiune pe conducta de admisie a aburului în coloană.

Pentru scoaterea din funcţiune a coloanei, se opreşte pompa de plămadă şi apoi accesul aburului în coloană. Când presiunea aburului în coloană a scăzut, se închid robinetele de admisie a apei în condensator şi deflegmator. În această situaţie lichidul alcoolic de pe talerele coloanei şi plămada de pe talerele superioare, se scurg şi se colectează în segmentele inferioare ale coloanei.

Controlul de calitate al operaţiei: Operatorul va verifica şi va nota în caietul de lucru temperatura şi presiunea

din coloană; Dacă este necesar, se vor regla aceşti parametri; Se va determina concentraţia alcoolică a spirtului brut, precum şi a

conţinutului de alcool rezidual din borhot.În timpul distilării, trec în alcoolul etilic brut, aproximativ 2% din acizii

volatili; 2.27% din esteri; 45% din aldehide, raportat la cantităţile existente în plămada fermentată. Aceste substanţe chimice formează fracţia aldehido-esterică (sau fracţia „frunţii”) şi pot fi reîntoarse în coloană după o prealabilă diluare cu apă la 25...30% din concentraţia alcoolică. Reîntoarcerea în coloana de distilare se face pe cel de-al VIII-lea taler (de la partea inferioară). În acest fel este frânat procesul de formare a esterilor, iar acizii organici şi alcoolul metilic trec în borhot. Este însă mai raţional ca fracţiunea „frunţii” să se întoarcă în plămezi la începutul fermentării, ceea ce conduce la limitarea formării de noi combinaţii de produse secundare în timpul fermentării.

Introducerea aldehidelor în proporţie de 2%, raportat la alcoolul etilic ce se formează în timpul fermentării, conduce la creşterea randamentului în alcool etilic.

17


2.3.8. Rafinarea alcoolului etilic brut

Modul de servire a instalaţiei şi de conducere a procesului este următorul:1. Se pregăteşte mai întâi blaza pentru încărcare cu alcool etilic brut. În acest scop se deschide robinetul de aerisire de pe capacul blazei şi se închide robinetul de golire a blazei, la care, pentru o mai bună siguranţă, se pune o flanşă oarbă. Se deschide apoi robinetul conductei de încărcare şi se începe pomparea alcoolului etilic brut, care a fost măsurat anterior într-un rezervor.2. Încălzirea alcoolului etilic brut începe din momentul în care acesta a acoperit serpentina de abur a blazei. În momentul în care a început încălzirea alcoolului etilic brut, se introduce apa rece la deflegmator şi în condensator-răcitor, după care robinetele de admisie a apei se închid. Încălzirea durează 30...60 minute, în funcţie de debitul de abur introdus în serpentină, de cantitatea de alcool etilic brut şi de temperatura iniţială a acestuia. Când s-a încălzit mai mult de 2/3 din înălţimea coloanei de rafinare, este o indicaţie că vaporii de alcool au pătruns în deflegmator. În acest moment se deschide aproape la maximum robinetul de pe conducta de admisie a apei de răcire la condensatorul-răcitor şi la deflegmator. În aceste condiţii, vaporii de alcool care pătrund în deflegmator sunt condensaţi total şi se întorc în coloană sub formă de reflux. Acest fenomen de condensare totală a vaporilor de alcool în deflegmator şi întoarcerea lor în coloană sub formă de reflux. Acest fenomen de condensare totală a vaporilor de alcool în deflegmator şi întoarcerea lor în coloană sub formă de reflux, se numeşte „frânarea rafinării” şi durează 1.5...3 [ore].3. În timpul frânării rafinării, impurităţile care formează fracţiunea aldehido-esterică ( aldehide şi esteri împreună cu alcoolul metilic) sunt scoase aproape în totalitate din alcoolul etilic brut aflat în blază şi sunt condensate pe talere superioare ale coloanei de rafinare. Totodată, puternicul reflux din coloană creşte concentraţia alcoolică a lichidului de pe talere, iar impurităţile din fracţiunea de ulei de fuzel (alcoolii superiori în special ), denumite în practică „cozi”, sunt împiedicate să urce în partea superioară a coloanei.4. După terminarea perioadei de „frânare” a operaţiei de rafinare, se micşorează debitul de apă rece la deflegmator, astfel că se reduce refluxul care se întoarce în coloană, creându-se posibilitatea trecerii prin deflegmator a vaporilor de alcool care conţin cele mai volatile substanţe din alcoolul etilic brut (aldehide şi esteri). Din acest moment, la felinarul de control încep să apară primele fracţiuni ale rafinări, adică fracţia aldehido-esterică. La început, această fracţie are o culoare verzuie şi o concentraţie alcoolică de 92...94% (vol.), iar spre sfârşit devine incoloră, concentraţia alcoolică ridicâdu-se la 95...96%. Cantitatea de fracţiuni

18


aldehido-esterice („frunţi”) care se colectează în cazul prelucrării cerealelor este de 7% raportat la cantitatea de alcool etilic brut. 5. Fracţiunea aldehido-esterică se depozitează separat într-un rezervor special destinat acestui scop.6. Când se constată (prin analiza organoleptică şi fizico-chimică) faptul că la felinarul de control a început să curgă alcool etilic rafinat, se folosesc unul sau două aparate de control, în raport cu capacitatea coloanei de rafinare.7. În timpul captării alcoolului etilic rafinat tehnic, este necesar să se menţină o concentraţie alcoolică de minim 95.6%.8. Atunci când se apropie sfârşitul perioadei de captare a alcoolului etilic rafinat (pe măsură ce volumul de lichid alcoolic din blază se micşorează), se măreşte debitul de apă de răcire în deflegmator pentru a se intensifica refluxul în coloană şi în felul acesta nu scade concentraţia alcoolică pe talere. La sfârşitul perioadei de scurgere a alcoolului etilic rafinat, productivitatea coloanei scade la 60...70%. Momentul schimbării colectării de la alcoolul etilic la fracţiunea de alcooli superiori („cozi”) se determină prin examen de laborator. 9. Cantitatea de fracţiuni de alcooli superiori („cozi”) este de 8.6% în cazul prelucrării melasei şi de 5.6 în cazul prelucrării cerealelor.10. În momentul când în felinarul de control apare o tulbureală datorită prezenţei uleiurilor de fuzel care formează o emulsie cu soluţie diluată de alcool etilic, se începe captarea acesteia. 11. Rafinarea este încheiată atunci când concentraţia alcoolică a lichidului din felinarul de control este de maxim 2%.12. De o deosebită importanţă pentru productivitatea coloanei şi calitatea alcoolului etilic rafinat este asigurarea în timpul funcţionării coloanei a unui debit constant, fără salturi şi fără fluctuaţii la scurgerea alcoolului. Aceasta se obţine prin realizarea unei presiuni constante în aparat şi a unui debit constant de apă în condensator-răcitorul instalaţiei; de aceea, blaza şi coloana de rafinare trebuie să fie dotate cu termometre şi manometre. De asemenea şi condesator-răcitorul trebuie să fie prevăzut cu termometru. Se va urmări cu deosebită atenţie ca temperatura apei de răcire în timpul rafinării să fie de 32...33°C la ieşirea din condensator şi de 75...76°C la ieşirea din deflegmator.

Uleiul de fuzel este format în cea mai mare parte din alcooli superiori (amilic, izobutilic, izopropilic). Randamentul în ulei de fuzel depinde de compoziţia mediului fermentat, de cantitatea de drojdie introdusă şi de puritatea fermentaţiei.

Densitatea uleiului de fuzel din alcool etilic brut este de 0.234...0.439%. În timpul rafinării, uleiul de fuzel se evacuează în faza lichidă de pe talerele coloanei de rafinare. Cel mai indicat este ca uleiul de fuzel să se colecteze de pe talerele unde concentraţia este de 47.5...48.5%.

19


Apa de condensare sau apa de luter care iese din aparatele de rafinare are o temperatură de 100°C şi poate fi folosită ca sursă de energie. Ea poate fi utilizată la alimentarea cazanelor de abur, după o prealabilă tratare cu sodă calcinată şi sulfat de amoniu, sau sulfat de amoniu şi bentonită.

2.3.9. Consumuri specifice de materii prime şi materiale auxiliareTabel 2.3

Nr. crt.

Specificaţia Unitate de măsură

Consum specific (U.M./hl)

1 Porumb boabe t 0.3002 Enzima pentru dextrinizare l 0.0533 Enzima pentru zaharificare l 0.1804 Formaldehida l 0.1005 Soda calcinată kg 0.1806 Apa amoniacală kg 0.2007 Clorura de calciu kg 0.1808 Ulei antispumant kg 0.2509 Acid sulfuric concentrat kg 0.25010 Hidroxid de calciu kg 0.15011 Drojdie de panificaţie kg 0.200

20


2.4. Caracteristici de calitate ale materiei prime, materialelor auxiliare, produsului finit şi ale subproduselor

Materia primă (porumbul): Tabel 2.4

Umiditate 14...16%Amidon 60%Proteină 8...10%Cenuşă 2.5%Grăsimi 4.5%

Materiale auxiliare: Tabel 2.5

Formaldehida, substanţă activă 44%Soda calcinată, puritate 96%

Apa aminiacală, concentraţie 25%Clorura de var, puritate 96%

Acid sulfuric, concentraţie 98.5%Drojdie de panificaţie, s.u. 26%

Alcool etilic: Tabel 2.6

Concentraţie alcoolică, min. 95.6%Aciditate, g acid acetic/ 100cm3 alcool absolut, max. 0.0032

Aldehide, g aldehidă acetică/ 100cm3 alcool absolut, max. 0.0018Alcooli superiori, g alcool izomilic/ 100cm3 alcool absolut, max. 0.0025

Alcool metilic nedetectabilFurfurol lipsăSulfaţi lipsă

Fracţiunea aldehido-esterică („frunţi”) Tabel 2.7

Alcool etilic 93.1...97.0%Acizi organici 0.07...0.09%

Esteri 0.33...2.60%Aldehide 0.40...1.50%

21


Ulei de fuzelTabel 2.8

Alcool etilic 82.5...83.5%Alcool propilic 0.53...0.77%Alcool izobutilic 0.48...0.63%Butirat de etil 0.08...0.14%Izovalerianat de etil 0.16...1.22%Alcool izoamilic 1.48...2.06%

Borhot de cereale Tabel 2.9

Apă 91.41%Substanţă uscată 6.85%Substanţă solubilă 2.46%Substanţă reducătoare 0.53%Substanţă reducătoare după hidroliza cu acid clorhidirc (calculată ca glucoza)

0.55%

Amidon 0.47%Pentazani (în faza lichidă) 0.41%Hemiceluloza 1.78%Celuloza 0.32%Azot total 0.40%Azot în faza lichidă 0.04%Cenuşa 0.40%Cenuşa în faza lichidă 0.67%

22


2.5. Lista principalelor utilaje din fluxul tehnologicTabel 2.10

Nr. crt.

Denumire utilaj Nr. bucăţi

Putere instalată

[kW]

Putere totală [kW]

Turaţie[rpm]

Observaţii

1 Transportor melc TMS 3 3 9 1500 -2 Tarar-aspirator 1 4 4 1500 -3 Ventilator 2 15 30 100 -4 Moară cu ciocănele 2 30 60 3000 Compusă din moară cu

ciclon şi motor antiexplozie

5 Elevator ELC 2 5.5 11 1500 -6 Buncăr porumb măcinat 1 - - - V=0.6 m3

7 Vas plămădire -dextrinizare 1 22 22 1500 Vtotal=2 m3

8 Vas de zaharificare 1 22 22 1500 Turaţia agitator: 26.5 rot/min

9 Pompă-plămadă 1 15 15 3000 D=25 m3/h; H=20 m10 Vas de fermentare 1 - - - Vtotal=16 m3

Vu=12.5 m3

11 Pompă plămadă fermentată 2 45 90 3000 D=90 m3/h; H=20 m12 Rezervor plămadă fermentată 1 - - - Vtotal=30 m3

13 Pompă plămadă fermentată 2 3 6 3000 D=5.5 m3/h; H=20 m14 Instalaţie de distilare 1 - - - Formată din: coloană

fierbere, distilare, deflegmator, răcitor felinar de control,

regulator de borhot.15 Pompă spirt tehnic 2 3 6 3000 D=5.5 m3/h; H=20 m C.A.16 Pompă borhot MPS 1 11 11 1500 -17 Pompă apă racită 2 11 22 3000 H=20 m C.A.18 Instalaţie de rafinare 1 - - - Componente: blază,

coloană de rafinare, defelgmator, răcitor

felinar de control19 Pompă alcool rafinat 2 3 6 3000 D=5.5 m3/h; H=20 m C.A.20 Pompă apă potabilă şi

incendiu1 30 30 3000 H=20 m C.A.

21 Rezervor borhot 3 - - - Vtotal=60 m3

Vu=45 m3

23


2.6. Dimensionarea din punct de vedere gabaritic al principalelor utilaje din fluxul tehnologic

Maşinile şi utilajele din cadrul instalaţiei de obţinere a alcoolului sunt maşini destinate pentru efectuarea unor operaţii diversificate în cadru procesului de producţie, în conformitate cu cerinţele tehnico-economice impuse fiecărei lucrări în parte.

Prin folosirea maşinilor în executarea diverselor lucrări din cadrul procesului de producţie, se asigură:- mărirea productivităţii muncii;- realizarea unor operaţii în termeni optimi şi de calitate superioară;- reducerea costurilor pe tona de produs;- înlocuirea muncii manuale cu munca de conducere a utilajului, respectiv reducerea efortului fizic.

2.6.1. Clasificarea maşinilor şi utilajelor folosite în industria alimentară

Clasificarea maşinilor şi utilajelor folosite în industria alimentară poate fi făcută după mai multe criterii:A.După felul acţiunii exercitate asupra produsului, se clasifică în:

a) maşini în care are loc o acţiune mecanică asupra produselor sau materialelor de prelucrat; produsele sau materialele nu îşi schimbă proprietăţile, ci îşi pot schimba doar forma, dimensiunile sau alţi parametrii mecanici;

b) utilaje în care au loc acţiuni asupra produselor în urma cărora se modifică proprietătile lor fizice şi chimice sau starea de agregare (acţiuni fizico-chimice, biochimice, termice sau electrice).

B.După ciclul de lucru se deosebesc:a) maşini şi utilaje cu acţiune periodică;b) maşini şi utilaje cu acţiune continuă.

În cazul maşinilor cu actiune periodică, produsul sau materialul prelucrat este supus acţiunii respective într-un anumit interval de timp, iar produsul finit este scos din maşină după expirarea acestui interval de timp; după aceasta procesul se reia, repetându-se ciclic.

În cazul maşinilor cu acţiune continuă, are loc un proces de lucru stabilizat în timp, precum şi încărcarea concomitentă a produsului iniţial şi ieşirea produsului finit.C.Din punct de vedere al gradului de mecanizare şi automatizare a operaţiilor,

se deosebesc:a) maşini cu funcţionare neautomată;b) maşini semiautomate;c) maşini automate.

24


În maşinile neautomate, operaţiile auxiliare (încărcare, descărcare, deplasare, control) şi unele operaţii tehnologice se execută cu intervenţia directă a omului asupra obiectului muncii. La asemenea maşini, mecanismele şi sculele uşurează doar munca omului.

La maşinile semiautomate, toate operaţiile şi procesele tehnologice sunt executate de maşină, manual realizându-se doar unele operaţii de transport, control şi unele operaţii auxiliare.

La maşinile automate, operaţiile şi procesele auxiliare, inclusiv cele de transport şi de control, sunt executate de maşină.

D. Din punct de vedere al complexităţii se deosebesc:a) maşini individuale;b) maşini agregate sau complexe;c) maşini combinate;d) sisteme automate de maşini.

E. Din punct de vedere al operaţiei pe care o execută, se pot diferenţia:- utilaje pentru depozite;- maşini pentru mărunţire;- maşini pentru sortare;- maşini pentru amestecare;- maşini pentru separarea amestecurilor eterogene;- maşini pentru presare;- maşini pentru dozarea componentelor produselor alimentare;- maşini pentru evaporare, condensare;- maşini pentru difuzie;- instalaţii pentru distilare-rafinare;- utilaje pentru uscare;- maşini pentru spălarea ambalajelor pentru produse alimentare lichide;- maşini pentru preambalarea şi învelirea produselor alimentare;- maşini şi instalaţii pentru transport;- instalaţii de ventilaţie şi condiţionare a aerului;- instalaţii pentru automatizări.

25


2.6.2. Date pentru calculul de dimensionare a principalelor utilaje din fluxul tehnologic:

1. Capacitatea de producţie: 1000 l alcool absolut/zi.2. Consum specific de porumb: 300 kg/ 1hl sau 3000 kg/zi.3. Concentraţia alcoolică în plămadă: 8% V.4. Concentraţia alcoolică a spirtului brut: 80% V.5. Concentraţia alcoolică a spirtului rafinat: 96.4% V.6. Concentraţia alcoolică a spirtului tehnic: 92% V.7. Durata fermentării: 72 h.

Calculul volumului de plămadă (8% V):

100 l plămadă ................................ 8 l alcool x l plămadă .............................1000 l alcool

x= 12.5 m3 plămadă / zi.

Volum plămadă / 24 h= 12.5 m3

Volum plămadă / 72 h= 37.5 m3

Volum plămadă rezervă / 24 h= 12.5 m3

Volum util de fermentare: 12.5+37.5= 12.5 m3

Vutil=50 m3

Vutil= 80% Vtotal

Volum total:

A. Vasul de fermentare: Vu=12.5 m3; Vt=16 m3

26


Se vor lua în proiect 4 vase de fermentare. Ţinând cont de cele de mai sus, se obţin următoarele:

B. Vasul de plămădire-zaharificare:

Durata operaţiei: 3ore;Număr de şarje: 8 ;Se vor lua în proiect 2 vase de plămădire-zaharificare.Grad de umplere: 78…80 %;Volum total: Vt=2m3=2000 l;Volum util: Vu=1.6m3=1600 l;

C. Moara:

Consum porumb: 3000 kg/zi ;

Număr şarje: 8 ;

Capacitatea unei şarje: .

Se va folosi: Moara cu ciocănele cu capacitatea de 1500...2000 kg/h, realizată de S.C. Tehnoferent S.A. Bonţida, judeţul Cluj.

D. Rezervor tampon spirt brut:

Productivitate: 1000 l alcool rafinat;Concentraţie spirt brut: 80%;Cantitate spirt brut: 1250 litri.

100 l spirt brut .......................80 l spirt rafinat x l spirt brut ...................1000 l spirt rafinat

E. Rezervor spirt rafinat

27


Se vor lua în proiect 3 vase, pentru a putea fi asigurată producţia pe o săptămână.

F. Rezervor spirt tehnic:

Spirtul tehnic reprezintă 5% din spirtul rafinat.

100 litri spirt rafinat..........................5 litri spirt tehnic 1000 litri spirt rafinat..........................x litri spirt tehnic

litri spirt tehnic/zi exprimat ca alcool absolut.

Volum zilnic: 55 litri

100 litri spirt tehnic ....................... 92 litri alcool absolut x litri spirt tehnic ........................50 litri alcool absolut

Volum total:

G. Rezervor borhot:

Volum plămadă: 12.5 m3/zi = 12500 litri/zi;Concentraţie alcoolică: 8%;

100 litri plămadă ....................... 8 litri alcool absolut12500 litri plămadă ........................x litri alcool absolut

litri alcool absolutVolum spirt 80% (brut):

litri spirt brut 80% concentraţie alcoolică.

28


100 litri spirt brut ....................... 80 litri spirt rafinat12500 litri spirt brut ....................1000 litri spirt rafinat

Volum borhot=Volum plămadă-Volum spirt brut 80%Volum borhot=12500-1250=11250 litriVolum borhot=11250 litri=11.25 m3

Se consideră asigurător 15 m3 borhot/ 24h

Capacitate rezervor borhot:

H. Siloz pentru porumb:

Consum specific: 3000 kg porumb/ 24h;

Stoc necesar pentru 21 de zile: kg porumb;Greutatea hectolitrică a porumbului: 0.6 (600 kg/ 1 m3).

Se vor lua în proiect două silozuri L x lx H= 21x5x1L=21m; l=5 m; H=1m

I. Buncăr pentru mălai:

Cantitate mălai/1 şarjă: 375 kg;Greutatea hectolitrică a mălaiului: 690 kg/m3

29


h1

D H

H=D=h1=0.8 m.Volumul zonei cilindrice:

Volumul conului

Volum total

30

cap. 2 memoriul tehnic privind procedeul de fabricare a alcoolului etilic din cereale în...

Documents