ТЕМА 15. УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА
Производство спирта и ликероводочных продуктов предусматривает безотходную комплексную технологию.
Утилизация отходов экономически выгодна и технологически эффективна, так как получение новых продуктов из вторичных ресурсов позволяет более полно использовать все компоненты сырья, получать дополнительную прибыль, снижать нагрузку на очистные сооружения, не загрязнять окружающую среду.
В производстве спирта образуются вторичные сырьевые ресурсы (ВСР): послеспиртовая барда, диоксид углерода, отходы от очистки и сортировки сырья, побочные продукты - головная фракция этилового спирта, сивушное масло. На мелассно-дрожжевых заводах как ВСР образуются отработанные дрожжи, из которых путем сепарирования и промывки получают хлебопекарные дрожжи.
Переработка барды. Выход послеспиртовой барды составляет в среднем 0,12 м3 на 1 дал спирта. Зерновая барда содержит 7-8% сухих веществ, картофельная - 3-4%. В барде содержится крахмал 0,1-0,2%, сахара - 0,25-0,5%, некрахмальные полисахариды - 1,7-3,2%, белки - 1,8-2,2% (в картофельной - 0,6-0,8%), органические кислоты, минеральные соединения. В мелассной барде сухих веществ 7,5-10,0%, в том числе 0,2-0,5 сахаров, около 3% минеральных веществ.
Основная ценность барды заключается в относительно большом количестве белковых веществ: 18-28% в пересчете на сухие вещества барды.
Зерновая и картофельная барда используется на корм животных как в нативном виде, так и сушеная или сгущеная (в виде сиропа); мелассная барда непосредственно на корм не используется, сбрасывается как сточные воды.
Более целесообразно использовать барду для выращивания кормовых дрожжей, для получения кормового витамина В12.
При производстве кормовых дрожжей из грубого фильтрата зерно-картофельной барды получают сухие кормовые дрожжи, из цельной барды - жидкие кормовые и сухие кормовые дрожжи.
Производство кормовых дрожжей имеет целью увеличение содержания усвояемого протеина в получаемом продукте за счет биомассы микроорганизмов. Кормовые дрожжи содержат до 54% протеина с высокой усвояемостью.
В качестве кормовых дрожжей выращивают дрожжеподобные грибы родов Candida, Torulopsis.
Они потребляют глюкозу, ксилозу, галактозу, частично арабинозу, глицерин, органические кислоты.
Схема выращивания кормовых дрожжей включает следующие стадии:
- приготовление питательной среды;
- размножение чистой культуры дрожжей;
- выращивание товарных дрожжей;
- выделение и промывка дрожжей;
- термолиз;
- сушка дрожжей;
- упаковка дрожжей.
Приготовление питательной среды включает выдержку горячей барды при температуре 95-98 °С 30-45 минут, фильтрование, охлаждение до температуры 20-25 °С, смешивание с растворами питательных солей (карбамидом, диаммонийфосфатом) в сборнике-смесителе. Зерно-картофельную барду перед смешиванием пропускают через разделительное сито для отделения дробины.
Чистую культуру дрожжей размножают в начале производственного сезона или при необходимости замены культуры. Засевные дрожжи получают сначала в лабораторной стадии начиная с пробирки до объема 3-5 дм3, затем в АЧК вместимостью 0,63 и 6,3 м3, в дрожжевом аппарате вместимостью 25 м3 и дрож-жегенераторе объемом 100 м3. Температура культивирования 34-36 °С, продолжительность в лабораторной стадии - 16-20 часов, в АЧК - 8-10 часов, в дрожжевом аппарате - 4-5 часов, в дрожжегенераторе - 3-4 часа. На всех стадиях, кроме лабораторной, среду аэрируют.
Товарные дрожжи выращивают непрерывно-проточным методом в дрожжерастильных аппаратах вместимостью от 320 до 600 м3, оборудованных воздухораспределительной системой. Для более полного использования питательных веществ среды, экономии воды и вспомогательных материалов, снижения количества стоков до 70% оттоков, полученных при сепарации дрожжей, возвращают в дрожжерастильные аппараты для разбавления барды. Расход воздуха - 55-60 м3 / (м3 · ч).
В процессе выращивания из дрожжерастильных аппаратов отбирают културальную среду с дрожжами и направляют на выделение и промывку дрожжей. Перед выделением среду обеспенивают путем добавления пеногасителей или механическим способом. Дрожжевую суспензию на заводах, работающих на зерно-картофельном сырье, сначала пропускают через вибросито, а затем на 2 ступени сепараторов. На заводах, перерабатывающих мелассу, культуральную среду сразу подают на сепараторы, используют, как правило, 3 ступени сепарации.
Получают дрожжевую суспензию с содержанием биомассы дрожжей 450-500 г/дм3. Сепарационные оттоки направляют обратно в дрожжерастильные аппараты.
Готовую суспензию дрожжей направляют на термолиз для разрушения дрожжевых клеток и сопутствующих им микроорганизмов. Термолиз проводят непрерывно при температуре 75 °С в нагревателе и выдерживателе, рассчитанных на 45-минутное пребывание в них суспензии.
Из выдерживателя суспензия направляется на сушку на распылительные или вальцовые сушилки, где высушивают дрожжи до влажности не более 10%. Температура теплоносителя в распылительной сушилке 280-300 °С.
Сухие дрожжи упаковывают в бумажные крафт-мешки по 20 или 30 кг. Лучше дрожжи предварительно гранулировать с помощью пресса-гранулятора, в этом случае возможно бестарное транспортирование дрожжей.
Выход кормовых дрожжей составляет 1,5-2,5 кг/дал спирта, выработанного из мелассы, 1,5 кг/дал - из картофеля, 2,5-3,5 кг/дал - из зерна.
Отход после выделения кормовых дрожжей - последрожжевая барда, также может служит кормовым продуктом.
Производство жидких кормовых дрожжей из цельной барды более экономично, но они содержат до 93% воды, поэтому являются скоропортящимся продуктом, транспортировка на расстояния свыше 30-40 км нерациональна.
Сухие кормовые дрожжи из цельной барды получают аналогично производству из грубого фильтрата, но упрощается стадия подготовки питательной среды.
Сушка барды предусматривает предварительное разделение ее на фильтрат и дробину с последующим раздельным высушиванием и смешиванием сухой дробины и сиропа из фильтрата. Однако фильтрат содержит мелкодисперсные взвешенные частицы, которые пригорают к поверхности нагрева, что снижает производительность сушильных установок.
За рубежом предусматривается осветление фильтрата и его сгущение до содержания сухих веществ 60%.
Диоксид углерода на спиртовых заводах выделятся при брожении, его количество составляет 95,6% от выхода этилового спирта.
Около 70% диоксида углерода утилизируют, получая жидкий или твердый диоксид углерода.
Диоксид углерода находится в жидком состоянии при давлении около 7 МПа и температуре до 20-25 °С или при давлении 0,8-1,2 МПа и температуре минус 43,5 - минус 33,3 °С.
Диоксид углерода из бродильных аппаратов собирают в газгольдере, очищают от газов брожения промывкой водой, затем пропускают через водоотделитель и направляют на сжатие в трехступенчатом компрессоре.
На первой ступени газ сжимают до давления 0,5 МПа, во второй - до давления 2,4-2,5 МПа, в третьей - до 7 МПа. После каждой ступени сжатия диоксид углерода проходит холодильник, маслоотделитель, после третьей ступени сжатия дополнительно проходит абсорберы с силикагелем и цеолитом для окончательной очистки и осушения.
После компрессора газ конденсируется в конденсаторе, направляется в рессиверы высокого давления, а оттуда разливается в стальные баллоны.
Для розлива в изотермические резервуары получают переохлажденный диоксид углерода. Для этого его подвергают дросселированию до давления 0,8-1,2 МПа, в вихреотделителе разделяют газообразную и жидкую фазы. Газообразную фазу смешивают с газом после первой ступени компрессии, а жидкую подают в накопительный сосуд, а оттуда разливают в изотермические резервуары.
Сжиженный диоксид углерода используют для пищевых целей в производстве газированных напитков, а также как технический. Пищевой диоксид углерода должен содержать СО2 не менее 98,8%.
Головная фракция отбирается из конденсатора эпюрационной колонны. Крепость ее не менее 92%. В ее состав входит до 96% этилового спирта, а также легколетучие примеси - альдегиды, кислоты, эфиры, метанол.
Головную фракцию подвергают разгонке на специальных ректификационных установках. Получают ректификованный спирт 1-го сорта 90-94%, эфироальдегидный концентрат 4-7%.
Сивушное масло содержит 5-12% этилового спирта, 7-15% н-пропанола, 10-20% изобутилового спирта, 60-60% изоамилового спирта, 5-10% воды.
Его можно использовать как сырье для получения чистых высших спиртов, которые применяют в фармацевтической промышленности, как растворители и пр.
В производстве ликероводочной продукции образуются отходы - исправимый и неисправимый брак. Неисправимым браком являются водно-спиртовые растворы после пропаривания угольных колонок, дистилляты после выпаривания спирта из мезги при производстве соков, морсов, ароматных спиртов, после перегонки брака напитков на перегонном аппарате. Все эти водно-спиртовые растворы как неисправимый брак направляются на спиртовые заводы для извлечения из них спирта.
К исправимому браку относятся сливы из бутылок с отклонениями по объему, с внутренними включениями (осколки стекла, мелкие посторонние включения), сливы с разбитых бутылок в разливном и отпускном цехах. Неисправимый брак собирают в отдельной емкости и используют при приготовлении очередной сортировки.
