При одно потоковій вдосконаленій схемі застосовується знижена концентрація мелясної розсиропки для дріжджегенераторів. Одночасно для забезпечення встановленої міцності бражки необхідно внести в головні бродильні апарати необхідну кількість нерозбавленої меляси, яка недодана в дріжджегенератори. В дозрілій бражці, що отримана по такій схемі: накопичується менша кількість вторинних продуктів бродіння, особливо гліцерину, знижується величина незброджених цукрів і підвищується накопичення біомаси.
У зв’язку з викладенним вважаю доцільним зброджувати мелясу за одно потоковою вдосконаленою схемою, що вже довгий час дає гарні результати при використанні її на інших спиртових заводах.
Антисептування і стерилізацію меляси, а також додавання в неї необхідного для дріжджів фосфорного і азотного живлення проводять в апаратах антисептування переодичної дії.
Процес культивування дріжджів здійснюється в дріжджегенераторах. Вони можуть бути розміщені на одному рівні з бродильними апаратами з розмноженням дріжджів в одному-двох перших апаратах чи в групі паралельно працюючих апаратів, що розміщені над бродильною батареєю. В останньому випадку погіршується обслуговування і регулювання дріжджегенерування, необхідне більш високе виробниче приміщення, але процес розведення дріжджів проходить безперервно, без порушення роботи дріжджової і бродильної батареї при стерилізації одного із дріжджегенераторі. Така схема найбільш прийнятна для заводів, що виробляють хлібопекарські дріжджі, де необхідна більш часта затіна дріжджів.
Конструкція дріжджегенераторів повинна відповідати слідуючим вимогам:
1. Апарат повинен бути герметичним ы мати ефективний пристрій для миття і дезінфекції.
2. В апараті повинна бути мінімальна кількість внутрішніх пристроїв з простою, легкодоступною миттю і дезінфекції конфігурацією.
3. Повітря розподільча система повинна бути ефективною, нескладною по будові, стійкою і надійною в роботі з мінімальним гідравлічним опором.
4. Поживні речовини і дріжджі повинні рівномірно розподілятися по всьому культуральному середовищу.
В найбільшій мірі цим вимогам для умов спиртового виробництва конструкція дріжджегенератора з пневмоциркуляційним аератором.
Апаратурно-технологічну схему зброджування меляси на спирт необхідно вибрати таку, щоб вона забезпечувала хороший масообмін між дріжджовими клітинами і зароджуваним середовищем і створювала умови для ефективної профілактичн6ої стерилізації обладнання і трубопроводів.
Апаратурні схеми для безперервного зброджування меляси представляють собою складні системи з багатьма осередками інфікування бражки. Вони складаються з бродильних апаратів, послідовно з’єднаних в батарею системою трубопроводів для переміщення бражки по апаратам, а також насосів для перекачування бражки в період проведення періодичної стерилізації і додаткового верхнього розподільного трубопроводу. Тому стерилізація проводиться кожні 36 годин.
Установка для безперервного зброджування меляси складається з бродильних апаратів, що з’єднані між собою в батарею горизонтальними переточними трубопроводами, розміщеними між кожними двома апаратами. Переточні комунікації вварені по дотичній до циліндричної частини апарату для переміщення бражки в апаратах за рахунок енергії потоку. Внизу кожного бродильного апарату встановлені пропелерні мішалки.
При зброджуванні меляси утворюється значна кількість піни, яка викликає порушення технологічного режиму, приводить до виробничих втрат. Піну гасять хімічними і механічними методами. В якості хімічних піногасників використовують жироподібні речовини, що здатні на поверхні рідини утворювати плівку з невеликим поверхневим натягом, в результаті чого бульбашки піни лопаються. При виборі хімічних піногасників необхідно враховувати її вартість, ефективність гасіння піни і дію на дріжджі. Синтетичні жирні кислоти погіршують ріст дріжджів, тому в якості піногасників використовувати їх не бажано.
Для механічного гасіння піни в бродильних апаратах використовують недолив 7-10% до об’єму апарату. Між чотирма головними бродильними апаратами з обох сторін апарату встановлюють над рівнем бражки переточні трубопроводи для піни, яка переходить з головних апаратів в наступні і руйнуються на поверхню бражки.
Найбільш ефективним способом вловлювання спирту із газів бродіння є адсорбція його водою в спеціальних ловушках різної конструкції.
В спиртоловушках колпачкового типу подачу води регулюють так, щоб вміст спирту у виходящій водно-спиртовій рідині був 1,5-1,7%. При підвищенні міцності спиртові пари поглинаються неповністю і значна частина їх втрачається з виходящими газами.
Більш ефективна ловушка плівчато-конденсаторного типу. Ця ловушка працює по принципу абсорбції спиртових парів тонкою плівкою води із охолодженого газу, який турбулентно рухається назустріч воді в вертикальних трубах. Кінцева абсорбція спиртових парів водою проходить на сітчатих тарілках. Цією ловушкою практично вловлюється весь спирт і водно-спиртова рідина має міцність 5-7% об. Переваги такої лопушки дуже великі в порівнянні з іншими видами їх, тому її прийнято до встановлення.
Спирт-ректифікат безпосередньо із бражки отримують на установках прямого, напівпрямого і непрямої дії.
В апаратах прямої дії головні домішки виділяють безпосередньо із бражки в елюраційній колоні, яка зв’язана з бражною. Елюрована бражка надходить в бражну колону, де із неї виделяються решта етилового спирту, проміжні домішки, сивушне масло, азотні речовини і залишок головних домішок.
Спиртові пари, що виділяються в бражній колоні, розділяються на два потоки: великий надходить в ректифікаційну колону, де спирт зміцнюється і звільняється від проміжних і головних домішок, менший використовують в якості обігріваючого пару в елюраційній колоні.
Ці апарати найбільш економічні за витратами тепла, але якість спирту нижча, чим в апаратах непрямої чи напівпрямої дії. В експлуатації вони важче, так як порушення режимів в бражній і елюраційних колонах впливають на умови роботи ректифікаційної колони.
В установках напівпрямої дії бражка надходить в бражну колону, а пари з неї, пройшовши ловушку – в елюраційну колону. В ній флегма, що стікає в нижню частину колони, звільняється від головних домішок і в рідкому вигляді елюрат подається в якості живлення в ректифікаційну колону. В ректифікаційній колоні всі процеси проходять одинаково, як і в установках прямої дії.
Основним недоліком апаратів напівпрямої дії являється неправильне конструювання елюраційної колони,в якій відношення площ перерізів концентраційної і виварної частин рівні одиниці, а для забезпечення нормального режиму роботи переріз концентраційної частини повинен бути в 3-4 рази більше перерізу виварної. Тому експлуатаційні показники цих установок нижчі, ніж установок непрямої дії.
Установки непрямої дії відрізняються тим, що всі спиртові пари, що виділяються з бражної колони, конденсуються, і елюраційна колона живиться рідким конденсатом. Елюрат, звільнений майже повністю від головних домішок, надходить в ректифікаційну колону, де відбираються стандартний спирт, сивушне масло і сивушний спирт. Спирт етиловий головну фракцію відбирають з конденсатора елюраційної колони. Тепла і води в установках непрямої дії використовується приблизно стільки, скільки в апаратах напівпрямої дії. Перевагою апаратів непрямої дії являється те, що рідинне живлення всіх колон забезпечує незалежність їх роботи від зміни тиску, що забезпечує використання автоматичних приладів і регуляторів.
До установки приймаємо установку за патентом 2178. Перегонка і ректифікація при цьому буде здійснюватися в 4-х колонній БРУ: бражна, елюраційна і ректифікаційна колони, а також колона кінцевої очистки, що працює в режимі повторної ректифікації.
Це дозволить не лише зменшити витрати пари до 35-40 кг/дал, але й збільшити вихід ректифікованого спирту, так як зменшиться відбір спирту етилового головної фракції.
Використання в схемі закритого обігріву колон являється важливим джерелом економії тепла. В умовах мелясних спиртових заводів це дозволяє забезпечити живлення котлів на 90-95% конденсатом гріючого пару, різко скоротити витрати на хімічне очищення живильної води.
Отже для монтажу на даному заводі вибираємо брагоректифікаційну установку непрямої дії. Вона стабільна в роботі, легка в керуванні та регулюванні, на ній одержують спирт високої якості. Ректифікаційна колона у неї повна з багатоковпачковими тарілками і працює під тиском.
2. Біохімія та мікробіологія процесу
2.1 Загальна характеристика дріжджів
Цукор, що міститься в суслі, зброджується у спирт дріжджами Saccharomyes cerevisiae, які являють собою одноклітинні мікроорганізми, що відносяться до класу аскоміцетів (сумчастих грибів).
Зазвичай дріжджі розмножуються брунькуванням і дуже рідко (в умовах великого дефіциту поживних речовин) спороутворенням.
Дріжджові клітини бувають яйцеподібної, еліпсоїдальної, овальної чи витягнутої форми, яка як і їх довжина (6…11 мкм) залежить від умов росту та виду дріжджів. Відношення поверхні клітини до її об’єму впливає на швидкість масообмінних процесів між клітиною та поживним середовищем і, як наслідок, на інтенсивність життєдіяльності дріжджів.