Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Исходные данные и их анализ
• 1.1 Характеристика свойств готовой продукции и сырья
• 1.2 Эскизная технологическая схема
• 2. Процессное оформление стадий производства
• 2.1 Основные факторы (физические эффекты, механизмы) определяющие изменение свойств сырья, полупродуктов на каждой технологической операции в производстве спирта
• 2.2 Характеристика процессов и описание их по стадиям производства
• 3. Физическая модель осахаривания в производстве спирта
• 3.1 Характеристика технологических потоков на входе и выходе на стадии осахаривания в производстве спирта
• 3.2 Физико-химические основы и общие принципы переработки сырья (полупродуктов) на стадии осахаривания в производстве спирта
• 3.3 Выбор и описание физической модели процесса осахаривания
• 3.4 Кинетические закономерности заданного процесса осахаривания
• Заключение
• Список используемых источников

Введение

Этиловый спирт - основной продукт, находящий широкое применение в пищевой, микробиологической, медицинской и других отраслях промышленности.

В пищевой промышленности спирт используют при изготовлении ликерно-водочных изделий, плодово-ягодных вин, пищевых ароматизаторов и т.д.

В производстве спирта воздействие ферментов на составные вещества сырья осуществляется на нескольких технологических стадиях: стадии подваривания сырья; специальной стадии осахаривания крахмала, которая проводится при оптимальной температуре для действия амилолитических сахарогенных ферментов; стадии брожения, где создаются условия, оптимальные для жизнедеятельности дрожжей, но которые не вполне благоприятны для Действия амилолитических ферментов (более низкие температура и PH среды).

Осахаривание - заключается в обработке охлажденной разваренной массы солодовым молоком или ферментными препаратами для гидролиза полисахаридов, белков и других сложных веществ. Основным и наиболее важным процессом при этом является ферментативный гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров, поэтому процесс и называют осахариванием. В результате осахаривания разваренной массы получают полупродукт - сусло спиртового производства. [3]

1. Исходные данные и их анализ

1.1 Характеристика свойств готовой продукции и сырья

Этиловый спирт (этанол) С₂Н₅ОН бесцветней жидкость, легко испаряющаяся. Спирт, содержащий 4-5 % воды, называют ректификатом, а содержащий только доли процента воды - абсолютным спиртом. Такой спирт получают химической обработкой в присутствии водоотнимающих средств (например, свежепрокаленного СаО).

Этиловый спирт - многотоннажный продукт химической промышленности. Получают его различными способами. Один из них - спиртовое брожение веществ, содержащих сахаристые вещества, в присутствии ферментов. Такой спирт называют пищевым или винным спиртом.

Этиловый спирт широко используют в различных областях промышленности и прежде всего в химической. Из него получают синтетический каучук, уксусную кислоту, красители, эссенции, фотопленку, порох, пластмассы. Спирт является хорошим растворителем и антисептиком. Поэтому он находит применение в медицине, парфюмерии. В больших количествах этиловый спирт идет для получения спиртоводочных изделий.

Качество этилового спирта должно отвечать требованиям, приведенным в таблицах - 1.1, 1.2, 1.3.

Органолептические показатели этилового спирта приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Органолептические показатели этилового спирта [1]

Наименование показателя	Характеристика
Внешний вид	Прозрачная жидкость, без посторонних частиц
Цвет	Бесцветная жидкость
Вкус и запах	Характерны для этилового ректификационного спирта высшей очистки, без привкуса и запаха посторонних веществ

Физико-химические показатели этилового спирта приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Физико-химические показатели этилового спирта [1]

Наименование показателей	Нормы для спирта высшей очистки
Объемная дома этилового спирта, % не менее	96,2
Проба на чистоту с серной кислотой	Выдерживает
Проба на окисляемость, мин, при 200С, не менее	15
Массовая концентрация альдегидов, в пересчете на уксусный, в безводном спирте, мг/дм 3, не более	4
Массовая концентрация сивушного масла, в пересчете на смесь, изоамилового и изобутилового спиртов(3:1),в безводном спирте, мг/дм 3, не более	4
Массовая концентрация эфиров, в пересчете на уксусно-этиловый в безводном спирте, мг/дм 3, не более	30
Объемная доля метилового спирта, в пересчете на уксусный, в безводном спирте, мг/дм 3, не более	0,05
Массовая концентрация свободных кислот (без СО 2), в безводном спирте, мг/дм 3, не более	15
Содержание фурфурола	Не допускается

На спирт перерабатывают любое зерно, в том числе и непригодное для пищевых и кормовых целей. Ежегодный объем переработки составляет (%): пшеницы 50 (преимущественно дефектной), ячменя 20, ржи 12, кукурузы 8, проса 5, овса 2 и прочих культур (гречиху вики, гороха, риса и др.) 3. Для приготовления солода употребляют кондиционное высококачественное зерно. этиловый спирт производство осахаривание

Рожь, пшеница, ячмень и овес. Рожь (Secale), пшеница (Triticum), ячмень (Hordeum) и овес (Avena) широко возделываются в России: рожь (преимущественно озимая) - в северных, северо-западных и центральных районах, во многих районах Сибири и Урала; пшеница - в Западной и Восточной Сибири, Поволжье; ячмень (преимущественно яровой) и овес - повсеместно - от субтропиков до Заполярья.

В небольших количествах перерабатывают крупяные культуры - просо, гречиху и рис, некоторые продовольственные (горох) и кормовые (вику).

Характеристика качества зерна приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Характеристика качества зерна приведены

Показатели	Рожь	Ячмень	Овес	Просо
Влажность, %, не более	15,5	15,5	16,0	15,0
Засоренность общая, %, не более	5,0	5,0	5,0	5,0
Засоренность сорная, %, не более	2,0	2,0	2,0	3,0
Засоренность зерновая, %, не более	---	3,0	3,0	4,0
Всхожесть на 5-е сутки, %, не менее	---	92	92	92
Энергия прорастания на 3-и сутки, %, не менее	85*	85	85	85
. * на 4-е сутки

Солод и ферментные препараты. Для осахаривания крахмала па спиртовых заводах используется солод и ферментные препараты.

Солодом называют зерно, которое проросло в определенных условиях. При прорастании в зерне образуются амилолитические, протеолитические и другие ферменты. Солод па спиртовых заводах получают из ячменя, ржи, пшеницы, овса и проса по следующей схеме:

1) очистка зерна;

2) замачивание;

3) проращивание;

4) измельчение;

5) смешивание с водой.

Для осахаривания крахмала в спиртовом производстве кроме солода используются ферментные препараты, получаемые из культур мицелиальных грибов и бактерий. Выпускаемые специальными заводами или специализированными цехами спиртовых заводов ферментные препараты представляют собой либо жидкости с содержанием сухого вещества не менее 50 %, либо порошки с определенной стандартной ферментативной активностью. Ферментные препараты, используемые в спиртовой промышленности, получают из мицелиальных грибов рода Aspergillus, бактерий Вас. mesentericus, Вас. subtilis и других. Эти микроорганизмы образуют а-амилазу, а некоторые глюкоамилазу (фермент, расщепляющий крахмал до глюкозы). Применение ферментных препаратов микробного происхождения в спиртовой промышленности взамен солода позволяет существенно снизить расход высококачественного зерна на получение солода и способствует повышению выхода спирта.

Дрожжи. В спиртовом производстве в качестве возбудителей брожения используются дрожжи семейства сахаромицетов. Они продуцируют комплекс ферментов, под действием которого сахара сусла превращаются в этиловый спирт и диоксид углерода. В спиртовом производстве применяют расы (разновидности, отличающиеся несколькими особенностями) дрожжей верхового брожения, обладающие высокой энергией брожения. Они образуют максимальное количество спирта, сбраживают моно- и дисахариды и часть декстринов. Дрожжи, используемые в производстве спирта из мелассы, должны быстро сбраживать субстрат в среде с высоким осмотическим давлением (осмофильные дрожжи).

Вначале дрожжи размножают по методу чистой культуры из одной дрожжевой клетки в стерильных условиях. Спиртовые заводы получают чистую культуру дрожжей и размножают их по определенной схеме. Далее их культивируют по методу естественно чистой культуры, при котором создаются оптимальные условия для развития дрожжей (температура, рН, аэрация и др.) и неблагоприятные для посторонних микроорганизмов, в первую очередь бактерий.

В качестве питательной среды для размножения дрожжей служит сусло, содержащее вещества, необходимые для их питания. Иногда в сусло добавляют дробленый зеленый солод в качестве источника дополнительного питания. Для подавления развития посторонних микроорганизмов сусло подкисляют серной или молочной кислотой до рН 3,8-4,0. Температуру поддерживают на уровне 28-30 °С. Размножение дрожжей осуществляют в аппаратах - дрожжанках. Аппарат представляет собой вертикальный цилиндр с коническим днищем, снабженный двумя змеевиками для нагрева и охлаждения сусла. Процесс-размножения дрожжей ведут периодическим или полунепрерывным способами. При периодическом сусло из осахаривателя перекачивают в дрожжанку, нагревают до 70 °С и выдерживают при этой температуре 20 мин с целью пастеризации. Затем охлаждают до 50 °С, подкисляют серной кислотой, перемешивают, охлаждают до 30°С и вносят 10 % дрожжей от объема сусла. При размножении дрожжей поддерживают температуру на уровне 30°С, регулируя ее путем подачи в змеевики дрожжанки холодной воды. При снижении концентрации сусла на 1/3 от первоначальной производят отбор дрожжей. Длительность размножения дрожжей около 20 ч.

Полунепрерывный способ размножения дрожжей проводят в установке из двух дрожжанок и пастеризатора, в котором пастеризуют, подкисляют и охлаждают сусло. Подготовленное сусло подают в одну из дрожжанок, вводят в нее дрожжи и оставляют на 6-8 ч при 28 °С. Затем половину объема дрожжей переводят во вторую дрожжанку и обе доливают суслом из пастеризатора. Через 6-8 ч зрелые дрожжи из одной дрожжанки спускают в бродильный аппарат. Свободную дрожжанку моют и стерилизуют, после чего половину дрожжей из второй дрожжанки переводят в свободную, доливают оба аппарата суслом из пастеризатора и процесс повторяется. [4]

1.2 Эскизная технологическая схема

К подготовке сырья относятся такие стадии как очистка, измельчение.

Очистка зерно от примесей - отделение легких и тяжелых примесей.

Измельчение - эта операция необходима для более быстрого гидролиза крахмала на стадии осахаривания.

Рисунок 1 - Эскизная технологическая схема производства этилового спирта из зерна

Приготовление замеса - смешение приготовленного сырья с водой.

Разваривание - нужна для структурно- механических и химических изменений сырья.

Охлаждение разваренного сусла.

Осахаривание - происходит гидролиз крахмала.

Спиртовое брожение - получение зрелой бражки.

Перегонка и ректификация спирта - получение спирта-ректификата и побочных продуктов (таких как барда, лютерная вода, сивушное масло, ЭАФ).

2. Процессное оформление стадий производства

2.1 Основные факторы (физические эффекты, механизмы) определяющие изменение свойств сырья, полупродуктов на каждой технологической операции в производстве спирта

1. Очиска зерна от примесей

Факторы, при мойке зерна:

ь Однонаправленное движение материала по ситу.

ь Соотношение размера сита и фракции зерна (зерно =0,25 мм).

2. Измельчение зерна

Факторы, обеспечивающие правильное измельчение зерна:

ь Величина разрушающей силы 9,4-31 МПа.

ь Измельчение сырья до размеров частиц не более 0,25 мм.

ь Подается нагретый воздух с давлением 0,12-0,18 МПа.

3. Приготовление замеса сырья

Факторы, влияющие на приготовления замеса:

ь К измельченному зерну добавляют 280-300 % воды (1:3).

ь Концентрация сбраживаемых веществ в замесе должна быть такой, чтобы спирта в зрелой бражке накапливалось не более 10 об. %.

ь Содержание сухих веществ в сусле не более 18-19 % (вызывает значительное увеличение его вязкости и поэтому требует повышенного расхода осахаривающих средств).

4. Разваривание

Факторы, обеспечивающие оптимальное разваривание сырья:

ь Подогрев вторичным паром через поверхность змеевика до 45-50⁰С.

ь Время разваривания 55-60 минут.

ь Температура замеса 168-170 ⁰С.

ь Давление в аппарате должно составлять 0,8 Мпа.

5. Охлаждение

Факторы, обеспечивающие охлаждения:

ь Температура охлаждения 57-58 ⁰C.

ь Температура окружающей среды 18-22 ⁰C.

ь Коэффициент теплопередачи 0,198 ккал/м*час.

ь Режим движения турбулентный.

6. Осахаривание

Факторы, обеспечивающие осахаривание:

ь В течение первых 30 минут поддерживается температура равная 55°С, в дальнейшем 28°С.

ь Концентрация ферментов 20 ед. Гла/г продолжительность брожения 30 часов.

ь Активность б-амилазы рН=5,6.

7. Спиртовое брожение

С момента введения производственных дрожжей в охлажденное сусло начинается брожение.

Для сбраживания характерно:

ь Время брожения 72 часа.

ь Осахаривается 60 % нерастворенного крахмала.

ь Кислотность сусла 0,9-1,2⁰.

ь Температура 27-30 °C.

8. Перегонка зрелой бражки и ректификация спирта

Факторы, обеспечивающие перегонку бражки и ректификацию спирта:

ь Перебродившая бражка содержит от 8,5-14,5 % алкоголя.

ь Температуры кипения 83-93 ^оС.

ь Время 60-65 ч.

ь На выходе спирт-ректификат до 90 об/ %.

2.2 Характеристика процессов и описание их по стадиям производства

1. Очиска зерна от примесей -механический процесс. Все виды зерна, поступающего в производство, очищают от пыли, земли, камней, металлических и других примесей. Зерно, предназначенное для приготовления солода, освобождают также от щуплых зерен, половинок и семян сорных растений. Примеси, отличающиеся от зерна данной культуры толщиной (шириной) и аэродинамическими свойствами (парусностью), отделяют на воздушно-ситовом сепараторе. Мелкие металлические примеси, содержащиеся в зерне после очистки в воздушно-ситовых сепараторах, удаляют с помощью магнитных сепараторов. Сепараторы с постоянным магнитом встраиваются в дно наклонного деревянного желоба, по которому движется зерновая масса. [3]

2. Измельчение зерна-механический процесс. При тонком измельчении сырья улучшаются условия гидролиза его составных частей, в том числе частично и целлюлозы, гемицеллюлозы и пептозанов клеточных стенок. Вследствие этого получается дополнительное количество сбраживаемых сахаров, ц выход спирта при этом увеличивается по сравнению с выходом спирта при переработке целого сырья в аппаратах периодического действия. Выход спирта на 2-2,5 % по сравнению с выходом его при переработке сырья по существующим технологическим режимам. [3]

3. Приготовление замеса сырья-гидромеханический процесс. Приготовление замеса заключается в смешивании измельченного сырья с водой и подогреве до определенной температуры. [3]

4. Разваривание-тепловой процесс. При непрерывном разваривании измельченного сырья некоторые процессы (набухание, клейстеризация, частичный гидролиз крахмала и других составных частей сырья) проходят в стадии приготовления замеса. Основные же процессы по растворению крахмала, межклеточных и инкрустирующих веществ сырья проходят при повышенной температуре разваривания в варочном аппарате. [3]

При температуре 120-125°С завершается набухание и растворение пектиновых веществ и начинается более интенсивное растворение крахмала и пентозаиов. Это способствует окончательному растворению клеток эндосперма и выделению крахмала в межклеточное пространство. С повышением температуры процессы протекают интенсивнее и время разваривания уменьшается. При разваривание крахмалосодержащего сырья происходит клейстеризация и растворение крахмала и химические изменения сахаров. [3]

5. Охлаждение-тепловой процесс. Для осахаривания разварную массу охлаждают до 57-58° С. Охлаждение разваленной массы со 105 до 57°С осуществляют в осахаривателе со змеевиковой поверхностью теплообмена или посредством охлаждения ее под вакуумом. [3]

6. Осахаривание-химический процесс. Осахаривание заключается в обработке охлажденной разваренной массы солодовым молоком или ферментными препаратами для гидролиза полисахаридов, белков и других сложных веществ. Основным и наиболее важным процессом при этом является ферментативный гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров, поэтому процесс и называют осахариванием. В результате осахаривания разваренной массы получают полупродукт - сусло спиртового производства. [3]

7. Спиртовое брожение-биохимический процесс. С момента введения производственных дрожжей в охлажденное сусло начинается брожение. В сусле спиртового производства содержится 75-77 % сбраживаемых сахаров (при осахаривании разваренной массы солодом в основном мальтоза, а при осахаривании ферментами микробного происхождения- в основном глюкоза), около 20 % декстринов и 4-6 % крахмала в нерастворенном виде. По мере сбраживания моно- и дисахаридов происходит доосахаривание декстринов н крахмала. За время брожения растворяется и осахаривается примерно 60 % нерастворенного крахмала, введенного с суслом. В зрелой бражке остается 40 % нерастворенного крахмала, что составляет 1,5-2 % к общему количеству крахмала, введенного в производство.

Конечные декстрины под действием фермента декстриназы (олиго-1,6-глюкозндазы) или глюкоамилазы осахариваются соответственно до мальтозы или до глюкозы. Скорость их осахаривания зависит от концентрации этих ферментов в сусле н бражке. Длительность брожения в свою очередь зависит от скорости, осахаривания декстринов в бражке.

При периодическом способе брожение продолжается 72 ч, а при непрерывном 60-62 ч. Если количество вводимой в сусло глюкоамелазы увеличить до 15 ед. на 1 г крахмала сырья, то брожение заканчивается за 36 ч. Но поскольку стоимость ферментных препаратов пока еще довольно высока, применение их в больших количествах экономически невыгодно. [3]

8. Перегонка зрелой бражки и ректификация спирта-массообменный процесс. Перегонка зрелой бражки позволяет получить спиртовой раствор повышенной концентрации. Перебродившая бражка содержит от 8,5-14,5 % алкоголя. Перегонка основана на свойстве алкоголя концентрироваться в парах в больше степени, чем в водных растворах. Для перегонки бражку помещают в перегонный куб и нагревают до температуры кипения, которая в зависимости от содержания спирта может быть 83-93 ^оС.

Ректификованный спирт может быть получен из спирта-сырца или непосредственно из бражки.

Из спирта-сырца ректификованный спирт получают на периодически или непрерывнодействующих ректификационных установках.

В спиртовой промышленности ректификованный спирт получают исключительно из бражки, что считается экономически более целесообразным. Получение ректификованного спирта непосредственно из бражки осуществляется на непрерывнодействующих брагоректификационных установках (БРУ), на которых можно выделить спирт из бражки и освободить его от сопутствующих летучих примесей. [3]

3. Физическая модель осахаривания в производстве спирта

3.1 Характеристика технологических потоков на входе и выходе на стадии осахаривания в производстве спирта

Подготовка ферментных препаратов: глубинную культуру плесневых грибов или бактерий дезинфицируют формалином; сухую поверхностную культуру смешивают с водой температурой 28-30 єС в соотношении 1:1. Затем ее тщательно измельчают на дробилках, добавляют воду в количестве 3-4 дм³ на 1 кг препарата, дезинфицируют раствором формалина, выдерживают 25-30 мин и направляют на осахаривание.

Расход поверхностной культуры - 5 % к массе крахмала разваренной массы. Можно использовать смесь сухой культуры ферментных препаратов и солода. Их вместе измельчают и готовят суспензию наподобие солодового молока. При осахаривании крахмала в спиртовом производстве необходимо достичь полного его гидролиза до сбраживаемых сахаров. На практике осахаривание протекает на нескольких технологических стадиях:

- при разваривании сырья;

- при осахаривании при оптимальной температуре для действия ферментов;

- при брожении (температура благоприятная для жизнедеятельности дрожжей, но не ферментов).

При разваривании под действием бактериальной б-амилазы гидролиз крахмала незначителен, образуются, главным образом, декстрины.

На стадии осахаривания образуется максимальное количество сбраживаемых сахаров. Крахмал гидролизуется на 70-75 % до глюкозы и мальтозы и 25-30 % предельных декстринов. Причем если используется в качестве осахаривающего материала солод, то образуется 71-76 % мальтозы и 24-29 % глюкозы от суммы сбраживаемых сахаров; если применяют ферментные препараты, то 14-21 % мальтозы и 79-80 % глюкозы.

Некрахмальные полисахариды под действием ферментов солода почти не гидролизуются, ферментными препаратами гидролизуются в незначительной степени, что является положительным, так как возрастает количество сбраживаемых сахаров. [3]

При осахаривании гидролизуются также белки под действием протеолитических ферментов до пептонов, полипептидов аминокислот (необходимы для питания дрожжей). Причем солод при гидролизе дает больше аминокислот, чем ферментные препараты.

Предельные декстрины доосахариваются до мальтозы в процессе брожения декстриназой солода или глюкоамилазой ферментных препаратов.

На скорость осахаривания крахмала влияют температура и рН среды. Оптимальная температура для действия амилазы солода на 2 %-й раствор картофельного крахмала составляет 53-58 єС. Однако для клейстеризации нерастворенного крахмала, вносимого с солодом, и стерилизации замеса необходима более высокая температура. При таких температурах (свыше 56 єС) амилаза инактивируется, но медленно. Поэтому осахаривание проводят при температуре 60-62 єС. Эта температура хотя и выше оптимальной, но присутствующие в заторе защитные вещества (сахара, декстрины, пептиды) предохраняют амилазу от инактивации. рН затора 4,9-5,6.

Осахаренное сусло должно иметь следующие показатели:

Полнота осахаривания определяется по йодной пробе. При использовании в качестве осахаривающего материала солодового молока цвет раствора йода с каплей фильтрата не должен изменяться. Красный цвет свидетельствует о наличии в сусле декстринов, сине-фиолетовый - о присутствии неосахаренного крахмала. Применение ферментных препаратов для осахаривания может оставлять окраску фильтрата с йодом светло-коричневой.

Содержание сухих веществ - 16-18 %, в т.ч. 13-15 % - сбраживаемые сахара.

Доброкачественность - отношение общего количества содержащихся в сусле сбраживаемых углеводов к общей сумме растворимых сухих веществ, выраженное в процентах. Доброкачественность должна быть в пределах 76-78 %.

Кислотность выражают в градусах кислотности. 1є кислотности соответствует 1 см³ раствора NаОН концентрацией 1 моль/дм ³, израсходованного на нейтрализацию 20 см³ раствора (сусла, бражки). Кислотность должна быть в пределе 0,2-0,3є, что соответствует рН 4,9-5,6. Кислотность сусла меньше 0,2є может привести к развитию посторонней микрофлоры, выше 0,4є - к инактивации ферментов. [3]

3.2 Физико-химические основы и общие принципы переработки сырья (полупродуктов) на стадии осахаривания в производстве спирта

Осахаривание разваренной массы, как правило, осуществляют непрерывным способом и лишь на некоторых заводах малой мощности - периодическим.

Независимо от способа процесс осахаривания складывается из следующих операций:

ь охлаждение разваренной массы до определенной температуры, которая после смешивания массы с солодовым молоком (микробной культурой) понизится до заданной для осахаривания;

ь смешивание разваренной массы с солодовым молоком (микробной культурой);

ь осахаривание крахмала;

ь охлаждение сусла до температуры "складки" - начальной температуры брожения сусла;

ь перекачивание сусла в бродильное и дрожжевое отделения завода.

Все эти операции, кроме перекачивания сусла, при периодическом процессе выполняются в одном аппарате, называемом заторным баком; при непрерывном процессе - или в отдельных аппаратах, установленных последовательно, или в одном аппарате (сочетается несколько операций).

При периодическом осахаривании все операции, кроме последней, выполняются в одном аппарате (заторном чане). При непрерывном - в отдельных аппаратах, устанавливаемых последовательно, или в одном аппарате, в котором происходит выполнение нескольких операций. [3]

Периодический способ проводится в осахаривателе - заторном чане чашеобразной формы с мешалкой для перемешивания и змеевиком для охлаждения. В осахариватель набирают 5 % от всего количества осахаривающего материала и холодную воду, чтобы она покрыла лопасти мешалки. Включают мешалку и быстро выдувают из паросепаратора разваренную массу. Когда температура достигнет 75-80 єС, в змеевик пускают воду. Массу охлаждают до температуры 62-63 єС, добавляют остальное количество осахаривающего материала, перемешивают 5 мин и осахаривают при отключенной мешалке 15-20 мин. Конец осахаривания определяют по йодной пробе. Затем мешалку включают, в змеевик подают холодную воду и охлаждают сусло до температуры 29-30 єС.

Непрерывное осахаривание. Существует несколько способов. Наиболее простой - одноступенчатое осахаривание. Проводят в осахаривателе ^__ цилиндрической емкости со сферическим или коническим днищем, мешалкой, регулятором уровня и змеевиком для охлаждения. В осахариватель подают воду и часть осахаривающего материала. Затем из паросепаратора поступает разваренная масса, которую охлаждают до температуры 65 єС. Вносят оставшееся количество осахаривающего материала. Температура при этом понижается до 57-58 єС. Осахаривают 20-25 мин и затем в аппарат непрерывно подают разваренную массу и осахаривающие материалы и непрерывно отводят осахаренное сусло. Сусло охлаждают до температуры "складки" в теплообменнике типа "труба в трубе". [3]

Двухступенчатое осахаривание. Разваренное сырье из паросепаратора непрерывно поступает в осахариватель первой ступени, куда вводят 30 % от всего количества осахаривающих материалов. Температура 60-61 єС, продолжительность 10 мин. Конструкция осахаривателя аналогична аппарату в одноступенчатом способе.

Затем насосом затор перекачивают в осахариватель второй ступени, представляющий собой несколько труб длиной 5-6 м, соединенных на концах между собой "калачами". Вводят остальную часть (70 %) осахаривающих материалов. Температура 57-58 єС, продолжительность 2-5 мин. Сусло охлаждают так же, как в предыдущем способе.

Осахаривание (как одно-, так и двухступенчатое) может проводиться с одно- или двухступенчатым вакуум-охлаждением. Сущность вакуум-охлаж-дения заключается в том, что при разряжении (0,08 МПа) происходит самоиспарение воды, в результате чего температура массы почти мгновенно понижается от 104-105єС до соответствующей создаваемому разряжению (62-63 єС).

При одноступенчатом охлаждении разваренную массу охлаждают в вакуум-испарительной камере, а осахаренное сусло в теплообменнике. При двухступенчатом вакуум-охлаждении и разваренную массу, и полученное сусло охлаждают в вакуум-испарительных камерах. [3]

3.3 Выбор и описание физической модели процесса осахаривания

Ферментативный гидролиз крахмала. Цель ферментативного гидролиза крахмала - получение сусла. Разваренную массу зерна осахаривают (гидролизуют) ферментами солода или культур плесневых грибов. Получаемый в результате этого продукт сусло.

Химия гидролиза. Независимо от природы катализатора при разрыве каждой б-1,4- и б-1,6-глюкозидной связи в крахмале по месту разрыва присоединяется молекула воды:

.

При разрыве б-1,4-глюкозидной связи гидроксил воды присоединяется к первому углеродному атому левого остатка глюкозы, образуя альдегидную группу в скрытой форме, водород воды присоединяется к кислороду глюкозидной связи при четвертом углеродном атоме правого остатка глюкозы. Гидролиз амилопектина в точке ветвления (а-1,6-глюкозидной связи) сопровождается присоединением гидроксила воды также к первому углеродному атому, а водорода воды - к шестому углеродному атому. Отсюда теоретический выход глюкозы в процессе гидролиза составляет 111,11 % к массе крахмала.

Механизм действия всех ферментов основан на образовании неустойчивых промежуточных соединений - комплексов из реагирующих молекул субстрата и активных центров ферментов. При этом в реагирующих молекулах происходит деформация, обеспечивающая вступление их в реакцию. После реакции фермент и химически измененный субстрат отталкиваются один от другого и фермент может реагировать с новой молекулой субстрата. [3]

3.4 Кинетические закономерности заданного процесса осахаривания

Кинетика гидролиза крахмала зависит в основном от активности и концентрации ферментов, температуры и концентрации водородных ионов.

Скоростью химической реакции v называют первую производную от концентрации любого из исходных веществ или конечных продуктов реакции во времени ф. Для гидролиза количества крахмала S и образования в качестве конечного продукта, например, мальтозы в количестве М:

Так как концентрация крахмала со временем убывает, то при вычислении скорости реакции по 5 в уравнение вводят знак "минус". Скорость реакции пропорциональна произведению концентраций исходных компонентов и, следовательно, во времени становится меньше.

Исходя из этого, скорость гидролиза при прочих равных условиях (концентрация фермента, температура) будет пропорциональна только концентрации крахмала в растворе:

где а - начальное содержание крахмала в пересчете на мальтозу; к - константа скорости реакции.

После интегрирования этого уравнения получаем:

Константа имеет размерность r ^-1поэтому ее значение не зависит от размерности, в которой выражают концентрации.

На кинетику гидролиза значительно влияет также изменяющаяся степень сродства продуктов гидролиза к ферменту. Таким образом, гидролиз глюкоамилазой в присутствии б-амилазы ускоряется только в начальных стадиях процесса. [3]

Заключение

Основной задачей производства спирта является получение высококачественного этилового спирта высокого качества из сырья при минимальных затратах труда, энергии и вспомогательных материалов. Для решения этой задачи были рассмотрены физико-химические основы и общие принципы переработки зерна в спиртовом производстве.

В курсовой работе был подробно рассмотрен процесс осахаривания. Проанализировав входные и выходные параметры сырья на этой стадии, можно установить, что процесс осахаривания зависит от: температуры, концентрации ферментов(б-амилазы) и их активности.

Список используемых источников

1. ГОСТ Р 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством. - Введ. 1982.18.10. - Москва: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1999. - 10 с.

2. ГОСТ 5962-2013 Спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья. Гигиенические требования и контроль за качеством. Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 2001. - 17 с.

3. Яровенко В.Л. Технология спирта/ В.Л. Яровенко. - М.: Колос, 1999. - 465 с.

4. Мальцев П.М. Технология бродильных производств/ Мальцев П.М-М.: Пищевая промышленность. 1980. - 560 с.

Размещено на Allbest.ru

...