Введение к работе
Актуальность темы. Анализ состояния спиртовой и ликероводочной отрасли ставит перед ней задачи, в первую очередь по совершенствованию технологии и стабилизации процесса получения спирта; по сокращению теплоэнергетических затрат, по более эффективному использованию сырья, вторичных ресурсов и отходов производства, по увеличению ассортимента, повышению качества и конкурентоспособности продукции.
Для решения поставленных задач отечественными и зарубежными специалистами предлагаются различные схемы переработки зерна в спиртовом производстве. Среди них в последнее время активно развивается научное направление, посвященное использованию аппаратов роторно-пульсационного типа на стадии подготовки сырья.
Реализуемые в установках условия обработки - большие градиенты скоростей, активный гидродинамический режим, эффективная турбулизация и пульсации потока, поле мощных акустических колебаний широкого диапазона частот, кавитационные эффекты, высокие напряжения сдвига, сочетающиеся с одновременным механическим воздействием на частицы дисперсной фазы, приводят к интенсификации всех процессов, протекающих в гетерогенных средах.
Эффективность переработки сырья с использованием роторно-пульсационных аппаратов достигается за счет одновременного протекания процессов доизмельчения помола зерна, растворения и гидролиза крахмала. Все это происходит с высокой скоростью массообмена, в условиях механо-кавитационного воздействия на водно-зерновую смесь.
Однако, несмотря на все перечисленные достоинства, в разработанных технологических схемах, относящихся преимущественно к перспективным «мягким» режимам водно-тепловой обработки, исходное зерно предварительно измельчают, хотя степень дробления, как установлено, принципиального значения при этом не имеет. Измельчение рассматривается как фактор необходимый для последующего перевода крахмала в растворимое состояние.
Вместе с тем, переход на обработку зерна при температурах до 100С обостряет
проблемы микробиологического характера. Общеизвестно, что зерновое сырье,
особенно фуражное, является источником различных ШіяиуШЛ^Ш^ш^І^рин&і, их
С О»
содержание и качественный состав подвержен значительным колебаниям. Попадая в технологический процесс, они могут привести к инфицированию сред и, как следствие, к снижению выхода этилового спирта из 1 т условного крахмала и понижению его качества.
Стадия предварительного сухого измельчения зерна практически перекрывает пути к снижению микробиологической обсемененности помолов. Включение в технологическую линию мойки зерна, как одного из самых легких и распространенных, к примеру, в мукомольно-крупяном производстве, способов снижения его загрязненности по классическим схемам, не представляется возможным. Существуют и другие, нетрадиционные для спиртовой отрасли способы повышения микробиологической чистоты целого зерна, например ИК-обработка сырья. Однако, данных по их применению в технологии этанола не обнаружено. Вместе с тем, исключение из технологического процесса стадии сухого измельчения зерна позволит, во-первых, освободить значительные производственные площади и исключить пыление, во-вторых, повысить за счет специальной обработки чистоту зерна, в-третьих, даст возможность, в случае необходимости, предварительно изменить реологические, в том числе структурно-механические, свойства- зерновки.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является разработка технологии этанола повышенного качества из пшеницы на основе применения аппаратов роторно-пульсационного типа и интенсивных способов воздействия на сырье.
В задачу исследований входило:
изучить процессы при переработке целого зерна пшеницы на стадии замеса с применением роторно-пульсационного аппарата;
исследовагь принципиальную возможность улучшения технологических свойств основного сырья спиртового производства термообработкой зерна пшеницы ИК-излучением и изучить влияние режимов обработки на биохимические и реологические характеристики зерна;
определить оптимальные режимы гидротермической обработки зерна и разработать на его основе способ глубокой очистки зерновки от микробиологических и химических загрязнений;
исследовать видовой и количественный состав внешней и внутренней микрофлоры зерна до и после очистки;
изучить динамику процесса получения разваренной массы по механико-ферментативной схеме контрольного и разрабатываемого вариантов;
провести сравнительную характеристику показателей качества сусла и бражки, в том числе, по содержанию побочных продуктов спиртового брожения, полученных по традиционной и новой технологии;
разработать аппаратурно-технологическую схему производства этанола, включающую стадии мойки, проларивания, обработки сырья в РПА.
Научная новизна. Впервые изучена возможность использования ИК-воздействия на зерно для улучшения технологических свойств основного сырья спиртового производства. Показано, что при оптимальном времени прогрева (30-40 сек.) в сырье протекают процессы, направленные на разупрочнение зерновки, тепловую и биохимическую деструктуризацию углеводов, повышение степени клейстеризации и ферментативной атакуемости крахмала.
Научно обоснованы и определены оптимальные параметры скоростного кондиционирования зерна, позволяющие провести целенаправленное изменение реологических свойств сырья.
Исследован видовой и количественный состав внешней и внутренней микрофлоры зерна и показано, что режимы разработанного на основе скоростного кондиционирования способа глубокой очистки зерна определяют микробиологическое состояние сырья.
Изучена динамика процесса получения разваренной массы, по результатам которой теоретически обоснованы температурно-временные режимы стадий механико-ферментативной обработки сырья.
Установлены закономерности изменения показателей качества сусла и зрелой бражки, полученных в ходе переработки целого зерна пшеницы, прошедшего стадии глубокой очистки и роторно-пульсационного воздействия и показано, что они превышают контрольные.
Научная новизна разработанной технологии этанола из пшеницы, в основу которой положены интенсивные способы теплового и механического воздействия на сырье, защищена Патентом РФ № 2221872.
Практическая ценность. Разработана высокоэффективная технология этанола повышенного качества из зерна пшеницы на основе интенсивных способов теплового и механического воздействия на сырье, позволяющая:
исключить из технологической схемы стадию сухого дробления зерна и, как следствие, обеспечить чистоту производства, снизить категорийность участка подготовки сырья;
проводить глубок) ю очистку зерна от микробиологических загрязнений;
сократить продолжительность стадий механико-ферментативной обработки сырья с 4-5-ти часов для традиционных схем до 2-2,5 часов;
увеличить выход спирта на 0,2-0,3 дал из 1 т условного крахмала сырья;
повысить качество бражки, снизив на 20-30% содержание в ней летучих примесей, а следовательно, сократить материальные затраты на ректификацию.
Проведена опытно-промышленная проверка технологии высококачественного эганола из целого зерна пшеницы с использованием стадий мойки, пропаривания и роторно-нульсационной обработки сырья на Корыстовском и Симском (ОАО «Симе») спиртовых заводах.
По результатам опытно-промышленной проверки рассчитана условно-годовая экономия от снижения себестоимости продукции по проектируемому варианту. Для спиртового завода мощностью 3000 дал/сут. этот показатель составил 1,66 млн. рублей.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на II Международной научно-практической конференции «Разработка, производство, продвижение и продажа вин, алкогольных и пивобезалкогольных напитков» (Москва, 2002 г.), на IV Международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и современное оборудование - важнейшие составляющие успеха экономического развития предприятий спиртовой и ликероводочной промышленности» (Москва, 2003г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 8 публикациях, включая 4 статьи и 1 патент.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной и экономической частей, выводов, списка литературы из 200 наименований и приложений.
