Проект цеха по производству этанола из молочной сыворотки
Разработка цеха по производству этилового спирта из молочной сыворотки с использованием высокопродуктивного штамма дрожжей Candida sp.,K1. Обоснование технологической схемы производства, расчет материальных и тепловых балансов, технического оборудования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.09.2016 |
| Размер файла | 61,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра биотехнологии и биоэкологии
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Технология микробного синтеза»
на тему: «Проект цеха по производству этанола из молочной сыворотки».
Выполнила: студентка 5 курса
7 группы факультета ТОВ Дробыш О. А.
Проверила: Гребенчикова И. А.
Минск 2005
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка содержит 20 страниц, 2 таблицы.
МОЛОЧНАЯ СЫВОРОТКА, БРОЖЕНИЕ, ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ, МЕЛАССА, РЕДУЦИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА, СПИРТООБРАЗУЮЩИЕ ДРОЖЖИ, БРОДИЛЬНЫЙ АППАРАТ
Целью данного курсового проекта является разработка цеха по производству этилового спирта из молочной сыворотки с использованием высокопродуктивного штамма дрожжей Candida sp.,K1. Годовая производительность цеха составляет 160 тыс. дал этанола в год. Благодаря обогащению молочной сыворотки мелассой повышается выход этанола. Также в данном проекте проведена патентная проработка и обоснована технологическая схема, рассчитаны материальные и тепловые балансы, выбрано и рассчитано основное технологическое оборудование.
введение
производство этиловый спирт технологический
В настоящее время этиловый спирт широко применяется в пищевой промышленности, качестве исходного сырья для получения синтетического каучука, в качестве растворителя в различных технических целях, в качестве растворителя в химико-фармацевтической промышленности, в медицине и др. областях промышленности.
Мировой уровень производства этилового спирта оценивается в 1 млрд. дал/год. В Республике Беларусь функционирует 80 спиртовых заводов со средней мощностью 300 - 400 тыс. дал/год.
Существует несколько способов получения спирта. Его получают химическим синтезом, микробиологическим синтезом из различных видов сырья.
Получение этилового спирта из молочной сыворотки - один из способов переработки основного отхода молочных производств, где сыворотка образуется в больших количествах. Большая часть ее не находит применения и сбрасывается со сточными водами. Тем не менее, молочная сыворотка -хорошая питательная среда для микроорганизмов, так как содержит большое количество питательных веществ.
Однако ни на одном из спиртовых заводов Республики Беларусь них спирт не получается из молочной сыворотки. Это обусловлено большим расходом молочной сыворотки на производство спирта, рассредоточенностью данного вида сырья и отсутствием выработанной технологии.
1. ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Проведен анализ патентной документации за 1998 - 2006 годы. Результаты представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Патентная проработка
Номер патента(авторскогосвидетельства),страна,класс МКИ или НКИ |
Название патента(авторского свидетельства), авторы |
Краткое описание Изобретения |
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
Пат. 2105060 Россия, А 23 С 21/00 |
Штамм дрожжей Candida sp.,K1, образующий спирт этиловый. Яровенко В. Л., Чекасина В. Н. |
Изобретение относится к биотехнологии, производству этилового спирта из молочной сыворотки и касается нового штамма дрожжей для производства спирта. Штамм дрожжей Candida sp.,K1 выделен из свежего кумыса и отселектирован по признаку образования спирта при сбраживании молочной сыворотки, являющейся отходом производства творога или сыра. Выход этилового спирта при сбраживании молочной сыворотки достигает 2,5 - 4,0% в зависимости от содержания лактозы. |
|
|
Пат. 2118368 Россия, С 12 Р 7/06 |
Способ получения спирта. Яровенко В. Л., Чекасина В. Н. |
Способ предназначен для получения спирта из молочной сыворотки. |
|
|
Сбраживают молочную сыворотку и дополнительное углеводсодержащее сырье. Вводят в сбраживаемую массу питательные соли. Перегоняют полученную при этом бражку в спирт. В сбраживаемую массу вводят одновременно 2 культуры дрожжей: культуру дрожжей Candida sp.,K1 (DRVG E-2220) и культуру дрожжей Saccharomyces cerevisiae, раса ХП. Соотношение молочной сыворотки и дополнительного углеводсодержащего сырья устанавливают в диапазоне 1:10 - 1:20. Общую концентрацию сбраживаемых компонентов среды предпочтительнее задавать от8 до 15%. В качестве питательных компонентов в питательную среду предпочтительно вводитьК2НРО4 в количестве 0,18 -0,42 г/л. Изобретение позволит снизить трудо- и энергозатраты. |
|||
|
Пат.2255973 Россия, В 01 D 3/00. |
Устройство для перегонки браги. Латышев Я. М. |
Изобретение относится к оборудованию для производства алкогольных напитков. Устройство содержит испарительную емкость для нагрева и |
|
|
парообразования браги, холодильник для проточной воды, выполненный в виде емкости с коническим днищем, сборник готового продукта. Коническое днище барабана выполнено таким образом, что вершина конуса направлена вверх. В верхней части конического днища выполнено коническое отверстие, в котором установлена эластичная круглая коническая пробка с вмонтированным в ней герметично термометром. В нижней части конуса по его переферии с внутренней стороны размещена кольцевая сборная емкость. Днище кольцевой емкости герметично приварено к патрубку и к коническому днищу и снабжено штуцером. На боковой поверхности конического днища в его верхней части выполнено отверстие, в котором герметично приварен входной конец размещенного внутри холодильника змеевика, выходной конец которого герметично приварен к наружной боковой поверхности холодильника и снабжен штуцером, сообщающимся со сборником готовой продукции. |
|||
|
Пат. 2230788 Россия, 7 С 12 Р 7/06. |
Способ непрерывного получения спирта этилового. Красницкий В. М., Арсеньев Д. В. |
Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ предусматривает осуществляемые при пониженном давлении непрерывное сбраживание сусла и непрерывную отгонку вводно-спиртовых паров и углекислого газа, сжатие указанных вводно-спиртовых паров и углекислого газа, конденсацию вводно-спиртовых паров, передачу бродящему суслу тепла, выделяющегося в процессе конденсации вводно-спиртовых паров. Одновременно осуществляется непрерывный отвод сконденсированных вводно-спиртовых паров и углекислого газа, их разделение и непрерывное пополнение сусла. Изобретение позволит интенсифицировать процесс получения спирта. |
|
|
Пат.2221872 Россия, 7 С 12 Р 7/06 |
Способ производства этилового спирта. Крикунова Л. Н., Журба О. С. |
Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ предусматривает ИК-обработку зерна в течение 25 - 30 с. с нагревом его до температуры 130 - 145 °С. Затем горячее зерно смешивают с водой, осуществляя охлаждение замеса до температуры 65-70 °С. Далее замес |
|
|
диспергируют в роторно-пульсационном аппарате, пастеризуют при температуре 80 -90 °С в течение 10 - 15 мин Затем проводят осахаривание массы, полученное сусло сбраживают и перегоняют. |
В молочной сыворотке исходным материалом для спиртового брожения служит лактоза, которая прежде всего подвергается гидролитическому расщеплению на глюкозу и галактозу. Глюкоза и галактоза не одинаково энергетически сбраживаются дрожжами. Лактоза сбраживается быстрее, чем смесь глюкозы и галактозы. В молочной сыворотке встречаются также в свободном состоянии глюкоза и галактоза, которые являются или первичными продуктами гидролиза лактозы, или промежуточными продуктами ее синтеза. Из других углеводов в молочной сыворотке в небольших количествах обнаруживали арабинозу, лактулозу и полисахарид амилоид.
Сыворотка содержит 7-8% сухих веществ, в том числе 4-5% лактозы - трудносбраживаемого дисахарида. В сыворотке присутствует жир (0,1-0,3%), козеиновая пыль (частички белка козеина) 0,1-0,6%, растворенные белки, большое количество разнообразных витаминов.
Минеральные вещества в сыворотке представлены органическими и неорганическими соединениями. Состав минеральной части сыворотки обусловлен катионами калия, натрия, магния, кальция и др., а также анионами лимонной, фосфорной, соляной, серной, молочной и угольной кислот. Всего в молочной сыворотке обнаружено более 30 различных макро-, микро- и ультромикроэлементов. В этом отношении молочная сыворотка практически не имеет себе равных среди естественных субстратов, используемых в качестве среды для микроорганизмов.
Считается, что на спирт расходуется 95% сахара от того количества, которое должно быть израсходовано теоретически, а остальные 5% сахара идут на образование дрожжевых клеток и побочных продуктов спиртового брожения. И этих 5% на синтез биомассы расходуется около 1,61%, на образование глицерина - 2,65%, а в сумме общие потери составляют примерно 4,26% от сбраживаемого сахара. Из 100 кг лактозы получается 50л этилового спирта.
Способностью сбраживать лактозу с образованием спирта обладают лишь немногочисленные представители дрожжей. Из дрожжей, образующих споры, представители только четырех родов семейства Saccharomycetaceae способны сбраживать лактозу - это Saccharmyces, Zygosaccharamyces, Fabospora, Debariomyces. Из дрожжей рода Saccharmyces способностью сбражиать лактозу обладают два вида - S. laktis и S. fragilis.
Среди дрожжей рода Zygosaccharamyces способностью сбражиать лактозу обладают представители двух видов Z. lactis и Z. mongolicus.
Из дрожжей Debariomyces могут сбраживать лактозу тольо два представителя - D. hansenii и D. huillermondii.
Из аспорогенных микроорганизмов, сбраживающих лактозу, в молочных продуктах встречаются представители родов Candida(C. pseudotropicalis var lactosa ) и Torulopsis( T. kefir, T. spherica).
Наиболее интенсивно сбраживают лактозу сыворотки дрожжи C. pseudotropicalis var lactosa, наименее - Z. lactis. Эффективность брожения дрожжей высокая и составляет 86 - 94% от теоретического выхода спирта.
На интенсивность спиртового брожения определенное влияние оказывают различные факторы питания дрожжей, а также условия культивирования. все дрожжи, сбраживающие лактозу, нуждаются в никотиновой кислоте, некоторые представители этой группы дрожжей испытывают потребность также в пантотеновой кислоте и тиамине. Определенный эффект на процесс спиртового брожения оказывает активность среды, в значительной степени влияющая на ход ферментативных реакций. Так, брожение в условиях слабощелочной среды ведет к увеличению относительного содержания глицерина и уксусной кислоты в общих продуктах брожения. При кислом значении среды относительное содержание этих продуктов снижается.
Снижение температуры культивирования ведет к снижению скорости брожения и к некоторому изменению в соотношении побочных продуктов, однако выход спирта в этих условиях повышается.
Аэрация среды оказывает существенное влияние на ход биохимических процессов. При доступе кислорода воздуха дрожжевые клетки начинают усиленно размножаться, но количество образуемого спирта при этом снижается.
Существует несколько вариантов переработки сыворотки:
1) прямая конверсия лактозы в этанол специфическими культурами дрожжей (Kluyvoromyces fragilis, Candida pseudotropicalis).
2) прямая конверсия лактозы с дополнительным обогощением сыворотки углеводами (меласса), что увеличивает концентрацию спирта в бражке.
3) предварительный гидролиз лактозы сыворотки ферментным препаратом в-галактозидазы грибного или дрожжевого происхождения с последующим сбраживанием моносахаридов классическими продуцентами этанола.
Этанол, полученный из молочной сыворотки, имеет характерные органолептические свойства и используется для производства коньячных изделий.
Побочными продуктами процесса получения спирта являются сывороточные белки, жир, углекислый газ, а также послеспиртовая бражка, которые могут высушиваться и использоваться в кормовых целях.
Для увеличения концентрации спирта в сыворотке рекомендуют предварительно упаривать сыворотку до содержания лактозы 12-13%. Но с увеличением концентрации лактозы увеличивается продолжительность процесса брожения.
Переработка сыворотки требует ее специфической подготовки, включающей отделение жира и казеиновой пыли сепарацией с получением сливок и белкового концентрата, остается растворенный белок, который способствует накоплению большого количества сивушных спиртов при брожении.
Ректификацию бражки обычно осуществляют на двухколонном аппарате: в бражной колонне с достижением концентрации этанола 80-90% и периодически действующей ректификационной колонне с кубом с последующим отбором фракций. Последовательность фракций следующая: головная, промежуточный (непастеризованный) спирт ( возвращается в кубовую колонну), товарный этанол, сивушные спирты. Из куба удаляется барда. Полученный этанол подвергается повторной ректификации.
В связи со значительными изменениями, которым подвергается молочная сыворотка в процессе хранения из - за развивающихся в ней микроорганизмов, становится актуальной задача ее консервации. Консервация дает возможность перерабатывать ее в условиях концентрированного производства с использованием привозной сыворотки. Из известных способов консервирования сыворотки наиболее целесообразны следующие:
- тепловая обработка;
- обработка химическими реагентами (формалин, перекись водорода, сорбиновая кислота);
- сгущение или сушка. Кроме того сгущенная сыворотка более транспортабельна инее требует больших емкостей для хранения. Сухая сыворотка может храниться при положительных температурах длительное время.
В данном курсовом проекте применяется продуцент Candida sp.,K1, сбраживается молочная сыворотка с дополнительным обогощением углеводами (меласса), что позволяет увеличить концентрацию спирта в бражке.
2. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Технологическая схема производства этилового спирта из молочной сыворотки приведена в приложении 1.
Молочная сыворотка из сборника 1 подается в теплообменник 2, где нагревается до температуры 45°С и направляется в сепаратор 4 для отделения молочного жира, который концентрируется до 30%-ных сливок. Обезжиренная молочная сыворотка из сборника 5 подается на теплообменник 2, где нагревается до температуры 70 - 72°С и далее в эжекторе 13 нагревается до температуры 95°С для коагуляции белков.
Скоагулированный белок отделяется в сепараторе 6, при этом образуется раствор с концентрацией белка 10%, а сыворотка подается в сборник 7.
В теплообменнике 8 сыворотка охлаждается до температуры 28°С. Часть сыворотки направляется в отделение чистой культуры.
Чистую культуру получают в несколько стадий, последняя из которых - дрожжанка 9. В ней дрожжи выращиваются на пастеризованной сыворотке в условиях интенсивной аэрации. Из дрожжанки смесь сусла и дрожжей подается в головной бродильный аппарат спиртового брожения 10, где происходит интенсивное главное брожение, при котором образуется 80 - 90 % этанола. В последовательно соединенном хвостовом бродильном аппарате 11 происходит стадия дображивания (отброд). Обычно на 2 - 3 головных бродильных аппарата приходится один дображивающий.
В головной бродильный аппарат подается меласса из сборника 14, где она предворительно разбавляется горячей водой.
Спиртовое брожение проводится в анаэробных условиях при 28?С и концентрации дрожжей в культуральной жидкости 20 - 30г/л ( в пересчете на прессованные дрожжи 75% - ной влажности ). Недоброд ( концентрация несброженных гексоз ) не должен превышать 0,23%.
Бродильные аппараты герметически закрыты крышками, что обеспечивает сбор диоксида углерода, который направляется в углекислотный цех.
Далее из хвостового бродильного аппарата бражка подается на сепаратор 12. Дрожжи отделяются и реализуются в качестве избыточных дрожжей как кормовая добавка.
Бражка подается на ректификацию.
3. МАТЕРИАЛЬНЫЕ И ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
3.1 Материальный баланс
Исходные данные:
- производительность цеха по этанолу 160 тыс. дал этанола в год;
- 345 рабочих дней в году.
На 1 кг молочной сыворотки добавляется 0,144 кг мелассы.
1кг сыворотки содержит лактозы (4,8% по массе):
1*0,048 = 0,048 кг.
0,14 кг мелассы содержит сахарозы (45% по массе):
0,114*0,45 = 0,051 кг.
Содержание несброженных сахаров 0,23%. Принимаем, что Ѕ от 0,23% - несброженная сахароза (т. е. 0,115%), то сброжено сахарозы:
0,051*(100 - 0,0115)/100 = 0, 05кг.
Из 100кг сахарозы получается 55 л спирта или 0,055 м3, что соответстветствует43,45 кг спирта. Тогда выход спирта из сахарозы:
0,05*43,45/100 = 0,02 кг.
Принимаем, что 0,0115% лактозы несброжено, тогда сброжено лактозы:
0,048*(100-0,0115)/100 = 0,05 кг.
Из 100кг лактозы получается 50 л спирта или 0,050 м3, что соответстветствует39,5 кг спирта. Тогда выход спирта из сахарозы:
0,05*39,5/100 = 0,02 кг.
Находим суммарный выход:
0,02 + 0,02 = 0,04 кг.
Т. о. Из 1 кг сыворотки и 0,114 кг мелассы образуется 0,041 кг этанола. Значит, на образование суточного количества спирта идет сыворотки и мелассы:
3664,02*1,114/0,04 = 99554,10 кг,
где 3664,02 - суточная производительность завода по этанолу.
Расход сыворотки:
99554,10/1,11 = 89366,34 кг.
Расход мелассы:
89366,34*0,114 = 10187,76 кг.
Количество лактозы, необходимой для сбраживания:
89366,34*0,048 = 4289,58 кг.
Сыворотка нормализована по белку жиру. Найдем исходное количество сыворотки.
После удаления белка состав молочной сыворотки:
178,73 - масса белка, кг (0,2%);
89187,61 - масса сыворотки.
Белок концентрируется до концентрации 10%. Молочная сыворотка первоначально содержала 0,9% белка. Примем:
х - первоначальная масса сыворотки перед удалением белка;
у - масса сыворотки, ушедшей после отделения белка.
Получим систему уравнений:
х = у + 89366,34
у*0,009 = у*0,1 + 89366,34*0.002
Решив данную систему, получим:
у = 6874,33 кг - масса сыворотки, ушедшей после отделения белка;
х = 96240,67 кг - первоначальная масса сыворотки перед удалением белка.
После удаления жира состав молочной сыворотки:
96,24 - масса жира, кг (0,1%);
96144,43 - масса сыворотки.
Жир концентрируется до концентрации 30%. Молочная сыворотка первоначально содержала 0,5% белка. Примем:
z - первоначальная масса сыворотки, перед удалением жира;
q - масса сыворотки, ушедшей после отделения жира.
Получим систему уравнений:
z = q + 96240,67
z*0,005 = q*0,3 + 96240,67*0.001
Решив данную систему, получим:
q = 1304,96 кг - масса сыворотки, ушедшей после отделения жира;
z = 97545,63кг - первоначальная масса сыворотки, перед удалением жираю.
Меласса разбавляется водой в 2 раза:
10187,76*2 = 20375,53 кг.
Потребность в сахарозе:
10187,76*0,45 = 4584,49 кг.
Часть сыворотки (11%) уходит в отделение чистой культуры, а затем возвращается в бродильный аппарат в виде дрожжевой суспензии:
89366,34*0,11 = 9830,30 кг.
Общее количество сусла в бродильном аппарате:
29375 + 89366,34= 109741,87 кг.
Количество шлама, удаляемого из бродильных аппаратов
109741,87*0,005 = 548,71 кг,
где 0,005 - коэффициент, учитывающий количество выводимого влажного шлама.
Количество СО2, образующегося при брожении
а) из мелассы теоретический выход СО2 при сбраживании сахарозы
2 Ч 44,0 Ч 100 ч 180,2 = 48,85 %.
где 2 - количество молекул СО2, образующихся из одной молекулы глюкозы;
44,0 - молекулярная масса СО2;
180,2 - молекулярная масса глюкозы.
образуется СО2 при сбраживании РВ сусла:
4584,49*0,49 = 2239,53 кг.
количество СО2, растворяющегося в бражке
109741,87*2,0*0,665*1,7595/1000 = 3,90 кг/ м3,
где 0,665 - растворимость СО2 в 1 м3 бражки;
1,7595 - плотность СО2, кг/ м3
б) из лактозы (48% от лактозы)
4289,58*0,48 = 2059 кг.
Количество СО2, свободно выделяющегося из бражки:
2059 + 2239,53 - 128,41 = 4170,12 кг.
Количество избыточной дрожжевой суспензии составляет 20 % от сусла:
(109741,87 - 9170,12 - 548,71)*20 ч 100 = 21004,61 кг.
Количество бражки, передаваемой в брагоректификационное отделение
109741,87 - 4170,12 - 548,71 - 21004,61 = 84017,56 кг.
Концентрация спирта в бражке составит
3664,02*100/84017,56 = 4,36 % масс., или
4,36/0,79 =5,52 % объемных.
Сводный суточный материальный баланс бродильного отделения представлен в табл. 3.1.
Таблица 3.1
|
Приход |
Расход |
|||
|
наименование |
Количество, кг |
наименование |
Количество, кг |
|
|
Молочная сыворотка |
97545,63 |
Жир 30% |
1304,96 |
|
|
меласса |
10187,76 |
Белок 10% |
6874,33 |
|
|
Горячая вода |
10187,76 |
Молочная сыворотка в отделение чистой культуры |
9830,30 |
|
|
Дрожжевая суспензия в бродильный аппарат |
9830,30 |
СО2 |
4170,12 |
|
|
Избыточная дрожжевая суспензия |
21004,61 |
|||
|
Бражка в брагоректификационное отделение |
84017,56 |
|||
|
Влажный шлам |
548,71 |
|||
|
Всего |
127751,45 |
Всего |
127750,87 |
3.2 Тепловой баланс
Расчет теплового баланса сводится к расчету теплообменников.
1) теплообменник для подогрева молочной сыворотки перед отделением жира:
Количество тепла, необходимое для нагрева молочной сыворотки до 45°С:
Q=G1*c1*(tн1-tк1)*0,97,
где G1 ? расход молочной сыворотки, кг/ч;
с1 ? удельная теплоемкость нагреваемой смеси, Дж/кг*°С;
tн1, tк1 ? начальная и конечная температура смеси соответственно, °С;
0,97 - коэффициент использования тепла в теплообменнике.
Q=4064,401*3,98*(45-20)*0,97 = 404407,9 кДж.
Количество греющего агента, необходимое для нагрева нормализованной смеси до 45 °С:
G = Q/c*(tн-tк)*0,97,
где с ? удельная теплоемкость пара, Дж/кг*°С;
tн, tк ? начальная и конечная температура молочной сыворотки соответственно, °С;
0,97 - коэффициент использования тепла в теплообменнике.
G = 404407,9/4,19*(160 - 145)*0,97 = 6633,45 кг/ч.
Средняя разность температур:
?tcp = (?tб - ?tм)/2,3*lg(?tб /?tм).
?tcp =(140 - 100)/2,3* lg(140/100) = 119 °С.
Коэффициент теплопередачи принимаем равным 460 Вт/ м2 *°С. Тогда поверхность теплообмена будет равна:
F = Q/k*?tcp
F = 404407,9/460*119 = 7,39 м2
2) теплообменник для подогрева молочной сыворотки перед отделением белка:
Количество тепла, необходимое для нагрева молочной сыворотки с 45 до 95 °С:
Q=G1*c1*(tн1-tк1)*0,97,
где G1 ? расход молочной сыворотки, кг/ч;
с1 ? удельная теплоемкость нагреваемой смеси, Дж/кг*°С;
tн1, tк1 ? начальная и конечная температура молочной сыворотки соответственно, °С;
0,97 - коэффициент использования тепла в теплообменнике
Q=4010,028*3,98*(95-45)*0,97 = 774055,71 кДж.
Количество греющего агента, необходимое для нагрева нормализованной смеси до 45 °С:
G = Q/c*(tн-tк)*0,97,
где с ? удельная теплоемкость пара, Дж/кг*°С;
tн, tк ? начальная и конечная температура смеси соответственно, °С;
0,97 - коэффициент использования тепла в теплообменнике.
G = 4010,028/4,19*(160 - 123)*0,97 = 5147,36 кг/ч.
Средняя разность температур:
?tcp = (?tб - ?tм)/2,3*lg(?tб /?tм),
?tcp =(115 - 28)/2,3* lg(115/28) = 61,7°С.
Коэффициент теплопередачи принимаем равным 460 Вт/ м2 *°С. Тогда поверхность теплообмена будет равна:
F = Q/k*?tcp,
F = 774055,705/460*61,7 = 27,27 м2
3) теплообменник для охлаждения сыворотки перед подачей в бродильный аппарат:
Количество тепла, необходимое для охлаждения молочной сыворотки с 95 до 28 °С:
Q=G1*c1*(tн1-tк1)*0,97,
где G1 ? расход молочной сыворотки, кг/ч;
с1 ? удельная теплоемкость охлаждаемой смеси, Дж/кг*°С;
tн1, tк1 ? начальная и конечная температура молочной сыворотки соответственно, °С;
0,97 - коэффициент использования тепла в теплообменнике
Q=3723,598*3,98*(95-28)*0,97 = 963146,603 кДж.
Количество охлаждающего агента, необходимое для охлаждения молочной сыворотки до 28°С:
G = Q/c*(tн-tк)*0,97,
где с ? удельная теплоемкость охлаждающей воды, Дж/кг*°С;
tн, tк ? начальная и конечная температура воды соответственно, °С;
0,97 - коэффициент использования тепла в теплообменнике.
G = 963146,6/4,19*(20 - 10)*0,97 = 23697,72 кг/ч.
Средняя разность температур:
?tcp = (?tб - ?tм)/2,3*lg(?tб /?tм)
?tcp =(85 - 10)/2,3* lg(85/10) = 35,08°С.
Коэффициент теплопередачи принимаем равным 460 Вт/ м2 *°С. Тогда поверхность теплообмена будет равна:
F = Q/k*?tcp
F = 963146,603/460*35,08 = 59,687 м2
4. ВЫБОР И РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1. Сборник исходной молочной сыворотки
Количество жидкости, поступающей в сборник
Q = 4,00 м3/ч
Требуемый объем сборника:
V=4,00Ч0,5/0,8= 2,5 м3
Подбираем стандартную емкость по ГОСТ 9931-85 с объемом 2,5 м3, диаметром 1400 мм и длиной цилиндрической части 1220 мм.
2. Теплообменник для нагрева молочной сыворотки перед отделением жира
Поверхность теплообмена F = 7,39 м2. Подбираем стандартный кожухотрубчатый теплообменник по ГОСТ 15119-79 с поверхностью теплообмена 7,5 м2, диаметром 273 мм и длиной труб 2000 мм.
3.Сепаратор для отделения жира
Примем по ГОСТ 377-76 сепаратор А1-ОЦМ -10 производительностью 5 м3 /ч.
Число резервных машин
1 Ч 6 / 24 = 0,21 = 1.
где 6 ч - продолжительность мойки и чистки сепаратора в течение суток.
Общее количество сепараторов типа А1 - ОЦМ - 10 2 шт., длина 975 мм, высота 1210 мм, диаметр 705 мм.
4. Сборник молочной сыворотки после отделения жира
Количество жидкости, поступающей в сборник
Q = 3,91 м3/ч
Требуемый объем сборника:
V=3,91Ч0,5/0,8= 2,4 м3
Подбираем стандартную емкость по ГОСТ 9931-85 с объемом 2,5 м3, диаметром 1400 мм и длиной цилиндрической части 1220 мм.
5. Теплообменник для нагрева молочной сыворотки перед отделением белка
Поверхность теплообмена F = 27,773 м2.Подбираем стандартный кожухотрубчатый теплообменник по ГОСТ 15119-79 с поверхностью теплообмена 31 м2, диаметром 400 мм и длиной труб 3000 мм.
6.Сепаратор для отделения белка
Примем по ГОСТ 377-76 сепаратор А1-ОЦМ - 10 производительностью 5 м3 /ч.
Число резервных машин
1 Ч 6 / 24 = 0,21 = 1.
где 6 ч - продолжительность мойки и чистки сепаратора в течение суток.
Общее количество сепараторов типа А1 - ОЦМ - 10 2 шт., длина 975 мм, высота 1210 мм, диаметр 705 мм.
7. Сборник молочной сыворотки после отделения белка
Количество жидкости, поступающей в сборник
Q = 3,63 м3/ч
Требуемый объем сборника:
V=3,63Ч0,5/0,8= 2,3 м3
Подбираем стандартную емкость по ГОСТ 9931-85 с объемом 2,5 м3, диаметром 1400 мм и длиной цилиндрической части 1220 мм.
8. Теплообменник для нагрева молочной сыворотки перед отделением белка
Поверхность теплообмена F = 59,687 м2.Подбираем стандартный кожухотрубчатый теплообменник по ГОСТ 15119-79 с поверхностью теплообмена 61 м2, диаметром 600 мм и длиной труб 4000 мм.
9. Дрожжанка
Количество жидкости, поступающей в сборник
Q = 0,40 м3/ч
Требуемый объем дрожжанки:
V=0,40Ч0,5/0,8= 2,9 м3
Подбираем стандартную емкость по ГОСТ 9931-85 с объемом 0,32 м3, диаметром 700 мм и длиной цилиндрической части 630 мм.
10. Сборник для разбавления мелассы
Количество мелассы и воды, поступающей в сборник
Q = 0,76 м3/ч
Требуемый объем сборника:
V=0,76Ч3,9/0,8= 3,72 м3
Подбираем стандартную емкость по ГОСТ 9931-85 с объемом 4 м3, диаметром 1600 мм и длиной цилиндрической части 1530 мм.
11. Бродильный аппарат.
а) геометрические размеры
vбp = 2,0*G*bсус =2,0*463,77*0,23 = 209,62 м3
где 2,0 - продолжительность брожения, сут;
G - суточная производительность завода по спирту, дал/сут;
bсус - удельный расход сусла на получение1 дал спирта, м3/дал.
Рабочий объем одного головного бродильного аппарата:
vаp = vбp/n = 209,62/4 = 52,4 м3
где n - число аппаратов в бродильной батарее (4).
Полный объем аппарата при коэффициенте запаса 0,9:
v = vаp /0,9 = 52,4/0,9 = 58,22 м3
Внутренний диаметр аппарата принимаем Dвн = 3000мм.
Высота конического днища:
h1 = 0,14*Dвн =0,14*3 = 0,42 м.
Объем конического днища:
vдн = р* h1/3*( R2 + R*r + r2) = 3,14*0,42*( 0,152 + 1,5*0,2 + 0,22) = 1,139 м3
где R - радиус большого основания конуса R = 3/2 = 1,5 м;
r - радиус усеченной вершины конуса, принимаем r = 0,2 м.
Объем конической крышки:
vкр = р* h2/3*( R2 + R*r + r2) = 3,14*0,3*( 0,152 + 1,5*0,2 + 0,22) = 0,813 м3
где h2 - высота конической крышки, h2 = 0,1*3 = 0,3 м.
Объем цилиндрической части аппарата:
vц = v - (vдн + vкр) = 58,22 - (1,139 + 0,813) = 56,268 м3
Высота цилиндрической части чана:
Hц = vц /Fц = 56,268/0,785*3*3 = 7,964 м.
Общая высота чана:
Н = 0,43 + 7,96 + 0,3 = 8,69 м.
б) тепловой расчет
В период главного брожения концентрация зрелой бражки снижается в течение 1 часа приблизительно на 4 ° по сахарометру.
Количество бродильной массы в аппарате Gм = 4,573 т/ч.
Количество сбраживаемого сахара в течение 1 часа:
Gсах = 0,04*Gм = 4,573*0,04 = 0,183 т/ч.
При сбраживании 1 кг РВ выделяется 613 кДж тепла. При сбраживании 183 кг углеводов выделяется тепла:
Q1 = 613*183 = 112179 кДж.
Количество тепла, теряемого за счет испарения и уносимого СО2, принимаем ориентировочно в размере 10% от общего количеств тепла:
Q2 = 0,1*112179 = 11217,9 кДж.
Потери тепла поверхностью чана определим из выражения:
Q3 =Ьс*F*(tст - tвозд) = 38,37*95,372*(28 - 15) = 47572,507 кДж.
где Ьс - суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением. Принимаем 38,37 кДж/( м2 *ч*°С);
F - наружная поверхность аппарата, м2:
F = р*(R + R1)*l1 + 2*р*R*H + р**(R + R1)*l2 = 3,14*(1,5 + 0,105)*1,358 + + 2*3,14*1,5*8,69 + 3,14*(1,5 +0,105)*1,323 = 95,372 м2
где R1 - радиус нижнего основания конического днища или верхнего основания конической крышки, R1 = 0,105м;
l2 - длина образующей конуса крышки, l2 = 1,323 м;
l1 - длина образующей конуса днища, l1 = 1,358 м.
Количество тепла отводимого от бродильной массы поверхностью теплообмена:
Q = Q1 - (Q2 + Q3 ) = 112179 - 11217,9 - 47572,507 = 53388,593 кДж.
Определим количество воды, необходимой для отвода тепла:
W = Q/cв*(t1 - t2)*1000 = 53388,593/4,19*(22 - 10)*1000 = 1,062 т/ч
где cв - теплоемкость воды;
t1, t2 - температура воды соответственно на выходе в змеевик и на входе,°С.
Объем воды, проходящей через змеевик
vв = 1,062 м3/ч
Для охлаждающего змеевика принимаем трубы наружным диаметром
dн = 55 мм при толщине 3 мм, диаметр витка змеевика Dзм = 2м.
Поверхность теплообмена змеевика:
F = Q/к*?tcp =53388,543/1254,076*10,94 = 3,891 м2
Принимаем F = 4 м2.
Коэффициент теплопередачи определяем из выражения:
к = 1/(1/Ь1 + д/Ьст + 1/Ь2) = 1/(1/2508 + 0,003/209 + 1/2605,508) =
= 1254,076 кДж/( м2 *ч*°С)
где д - толщина стенки змеевика, м;
Ьст = 209 кДж/( м2 *ч*°С);
Ь1 - коэффициент теплоотдачи от бродящей массы к стенке, принимаем равным 2508 кДж/( м2 *ч*°С).
Коэффициент теплоотдачи от стенки змеевика к охлаждающей воде определим сначала для прямой трубы из формулы:
Nu = Ь2*dвн/лв = 0,023*Re0,8*Pr0,4
Ь2 = 0,023*Re0,8*Pr0,4*dвн/лв =0,023* 5972,8590,8*9,10,4*2,073/0,05 = =2420,688 кДж/( м2 *ч*°С),
где лв - коэффициент теплопроводности воды, 2,073 кДж/( м2 *ч*°С);
dвн - внутренний диаметр труб змеевика, м.
Критерий Рейнольдса при движении воды в охлаждающем змеевике:
Re = wв* dвн*св/мв*g = 0,15*0,05*1000/0,000128*9,81 = 5972,859.
Скорость воды в змеевике:
wв = vв /3600*f = 0,062/3600*0,785*0,052 = 0,15м/с,
где f - площадь сечения трубы змеевика, м2.
Критерий Прандтля:
Pr = 3600*мв*g*cв/ лв = 3600*0,000128*4,19*9,81/2,073 = 9,1.
К полученному значению Ь2 вносим поправку на кривизну теплообменной трубы змеевика по формуле:
Ь2 = Ь2*(1 + 3,54*dвн/Dзм) = 2420,688*(1 + 3,54*0,05/2) =
=2605,508 кДж/( м2 *ч*°С).
Длина трубы змеевика:
L = F/р*dср = 3,891/3,14*0,053 = 23,381 м.
где dср - средний диаметр трубы змеевика, м.
Длина одного витка змеевика:
l = ((р* Dзм)2 + hзм2)1/2 = ((3,14* 2)2 + 0,22)1/2 = 6,28 м.
hзм принимаем 0,2 м.
Число витков в змеевике:
z = L/l =23,381/6,28 = 3,72.
Общая высота змеевика:
Hзм = z* hзм = 3,72*0,2 = 0,754 м.
11.Сепаратор для сепарирования бражки
Примем по ГОСТ 377-76 сепаратор А1 -ОЦМ - 10 производительностью 5 м3 /ч.
Число резервных машин
1 Ч 6 / 24 = 0,21 = 1.
где 6 ч - продолжительность мойки и чистки сепаратора в течение суток.
Общее количество сепараторов типа А1 - ОЦМ - 10 2 шт., длина 975 мм, высота 1210 мм, диаметр 705 мм.
12. Сборник отсепарированной бражки
Количество жидкости, поступающей в сборник
Q = 3,41 м3/ч
Требуемый объем сборника:
V=3,41Ч0,5/0,8= 2,13 м3
Подбираем стандартную емкость по ГОСТ 9931-85 с объемом 2,5 м3, диаметром 1400 мм и длиной цилиндрической части 1220 мм.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте разработан цех производства этилового спирта из молочной сыворотки с мощностью 160 тыс. дал этанола в год. Также в данном проекте приведена патентная проработка; приведена, описана и обоснована технологическая схема; рассчитаны материальные и тепловые балансы; выбрано и рассчитано основное технологическое оборудование, изложены теоретические основы данного производства. Применена технология производства спирта из сыворотки, обогащенной мелассой с использованием высокопродуктивного штамма дрожжей Candida sp.,K1, что позволяет увеличить выход спирта.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1.Залашко М. В., Залашко Л. С. Микробный синтез на молочной сыворотке. Мн.: Наука и техника, 1976. 274 с.
2.Инженерные расчеты технологического оборудования предприятий бродильной промышленности.Учеб. для ВУЗов/ С.Т.Антипов, И.Т. Кретов, С. В. Шахов.; Под ред. Л. Л. Кожина. М.: КолосС, 2004. 391 с.
3. И. И. Бортников, А. М. Босенко.Машины и аппараты микробиологических производств/Учебн. пособие для технол. ВУЗов/. Мн.: Выш. школа, 1982. 288 с.
4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. 496 с.
5. СТП 001-2002. Стандарт предприятия. Проекты (работы) дипломные. Взамен СТП 05.9.97; Введ. 01.04.02. Минск: БГТУ, 2002. 159 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общая характеристика технологической схемы цеха по получению белковых кормовых дрожжей, описание и обоснование выбора его основного технологического оборудования. Расчет материального баланса цеха и оборудования по получению белковых кормовых дрожжей.
курсовая работа [58,6 K], добавлен 23.03.2010Обоснование выбора технологической схемы производства и расчет производственной мощности цеха по производству консервов "Томаты маринованные". Характеристика сырья, продуктов и тары для производства консервов. Расчет оборудования производственной линии.
курсовая работа [220,5 K], добавлен 05.11.2014Разработка линии по переработке подсырной молочной сыворотки. Технология переработки продукта с применением блоков ультрафильтрации и обратного осмоса. Расчет конструктивных параметров теплообменника типа "труба в трубе". Выбор статического смесителя.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 03.01.2015Характеристика строительных теплоизоляционных материалов. Проект цеха по производству ячеистых бетонов; номенклатура продукции. Определение состава газобетона, расхода порообразователя; технические требования. Расчет и выбор технологического оборудования.
курсовая работа [497,4 K], добавлен 17.02.2015Изучение принципа работы солнечного элемента. Описание технологии получения поликристаллического кремния карботермическим методом и путем водородного восстановления трихлорсилана. Разработка технологической планировки цеха по производству мультикремния.
дипломная работа [4,8 M], добавлен 13.05.2012Разработка рациональной технологической схемы производства строительного закалённого стекла. Закалочные среды и способы закалки стекла; ассортимент выпускаемой продукции. Расчет материального баланса, подбор оборудования. Контроль качества продукции.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 27.03.2013Выбор и обоснование технологической схемы варочного цеха пивоваренного завода. Расчёт продуктов производства. Расчёт и подбор технологического оборудования варочного цеха. Расчёт расхода воды и тепла в варочном цеха, площади складских помещений.
курсовая работа [93,2 K], добавлен 10.12.2013Расчет выпуска конфет, расхода сырья и полуфабрикатов. Описание технологической схемы производства конфет. Подбор технологического оборудования. Компоновка предприятия, производственных и подсобно-вспомогательных цехов. Производственная санитария.
курсовая работа [217,0 K], добавлен 12.01.2012Проектирование цеха по производству сметаны, йогурта и творога обезжиренного мощностью 80 тонн перерабатываемого молока в сутки. Обоснование технологических схем, расчеты по распределения сырья. Технохимический и микробиологический контроль производства.
курсовая работа [452,2 K], добавлен 04.04.2012Требования к цеху по производству вафельных изделий. Расчет выпуска готовой продукции, расхода сырья и полуфабрикатов. Специфика организации складских помещений и схемы производства изделий. Подбор оборудования и установление численности персонала.
курсовая работа [78,7 K], добавлен 12.01.2012Выбор и обоснование технологической схемы производства, подбор основного и вспомогательного оборудования. Проектирование цеха по производству мягких теплоизоляционных древесноволокнистых плит. Контроль производства и качества выпускаемой продукции.
курсовая работа [61,5 K], добавлен 06.08.2015Физико-химическое обоснование основных процессов производства этилового спирта. Сернокислая гидратация этилена. Структурная и операторская схема процесса спиртового брожения. Материальный баланс ХТС производства этанола на 7900 кг этиленэтановой фракции.
реферат [172,6 K], добавлен 03.10.2014Назначение цеха по производству древесноволокнистых плит. Основные требования, предъявляемые к сырью, химикатам и готовой продукции. Описание технологической схемы производства древесных плит. Техническая характеристика плоскосеточной отливной машины.
курсовая работа [274,6 K], добавлен 20.02.2013Основные методы переработки полимерных материалов в изделия. Основания для выбора способа переработки. Технологические особенности литья под давлением. Составление и описание технологической схемы производства. Выбор технологического оборудования.
дипломная работа [78,4 K], добавлен 20.08.2009Нанофильтрация как процесс, промежуточный между ультрафильтрацией и обратным осмосом. Утилизация молочной сыворотки в России с помощью нанофильтрации, области применения сывороточных концентратов. Процессы концентрирования и деминерализации сыворотки.
презентация [534,1 K], добавлен 08.04.2015Источники снабжения предприятия сырьем и товарами. Разработка производственной программы птицегольевого цеха. Разработка технологических схем производства полуфабрикатов. Подбор технологического оборудования. Расчет площади основного производства.
курсовая работа [39,7 K], добавлен 30.05.2012Разработка цеха ремонтного чугунного литья для производства отливки "Ванна". Выбор типа используемого оборудования. Отделения плавки, формовки и финишной обработки. Производственная программа, режим работы цеха и фонды времени. Расчет баланса материалов.
реферат [41,2 K], добавлен 05.01.2014Описание технологии производства продуктов из свинины. Требования к проектируемому производству, к основному и дополнительному сырью, к упаковке, к готовой продукции. Расчет технологического оборудования, потребности в рабочей силе, площади отделений.
курсовая работа [207,0 K], добавлен 29.03.2014Принципы изготовления кирпича методами полусухого прессования и пластического формования. Роль нетрадиционных добавок в производстве строительной керамики. Проектирование цеха по производству кирпича М 150, расчет его экономической эффективности.
дипломная работа [5,3 M], добавлен 17.06.2011Выбор, разработка технологической схемы процесса улавливания этилового спирта. Описание технологической схемы улавливания. Технологический расчет вертикального кольцевого адсорбера. Схема общего вида, устройство и принцип действия адсорбционной установки.
курсовая работа [131,9 K], добавлен 15.11.2009
