Новости

Анализ патентной документации за 1998 – 2006 годы

Работа добавлена:






Анализ патентной документации за 1998 – 2006 годы на http://mirrorref.ru

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

(авторского

свидетельства),

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 дрожжейCandidasp.,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 дрожжейCandidasp.,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.

продолжение таблицы 1.1

               1

2

3

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 дрожжейCandidasp.,K1 (DRVGE-2220) и культуру дрожжейSaccharomycescerevisiae, 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

продолжение таблицы 1.1

1

2

3

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.

продолжение таблицы 1.1

1

2

3

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

окончание таблицы 1.1

1

2

3

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 семействаSaccharomycetaceae способны сбраживать лактозу – этоSaccharmyces,Zygosaccharamyces,Fabospora,Debariomyces. Из дрожжей родаSaccharmycesспособностью сбражиать лактозу обладают два вида –S.laktis иS.fragilis.

Среди дрожжей родаZygosaccharamycesспособностью сбражиать лактозу обладают представители двух видовZ.lactisиZ.mongolicus.

Из дрожжейDebariomyces могут сбраживать лактозу тольо два представителя –D.hansenii иD.huillermondii.

Из аспорогенных микроорганизмов, сбраживающих лактозу, в молочных продуктах встречаются представители родовCandida(C.pseudotropicalisvarlactosa )иTorulopsis(T.kefir,T.spherica).

Наиболее интенсивно сбраживают лактозу сыворотки дрожжиC.pseudotropicalisvarlactosa,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 (Kluyvoromycesfragilis,Candidapseudotropicalis).
  2. прямая конверсия лактозы с дополнительным обогощением сыворотки углеводами (меласса), что увеличивает концентрацию спирта в бражке.
  3. предварительный гидролиз лактозы сыворотки ферментным препаратом β-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 продуцентCandidasp.,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 ½ 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 × 44,0 × 100 ÷ 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 1м3 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 ÷ 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,

гдеG1 − 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 = 7,39м2

  1. 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,

гдеG1 − 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 = 27,27м2

  1. 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,

гдеG1 − 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 = 59,687м2

4.ВЫБОР И РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1. Сборник исходной молочной сыворотки

Количество жидкости, поступающей в сборник

Q = 4,00 м3

Требуемый объем сборника:

V=4,00×0,5/0,8= 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 теплообменаF = 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 × 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

Требуемый объем сборника:

V=3,91×0,5/0,8= 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 теплообменаF = 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 × 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

Требуемый объем сборника:

V=3,63×0,5/0,8= 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 теплообменаF = 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

Требуемый объем дрожжанки:

V=0,40×0,5/0,8= 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

Требуемый объем сборника:

V=0,76×3,9/0,8= 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

гдеn – 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 принимаемDвн= 3000мм.

Высота конического днища:

h1= 0,14*Dвн =0,14*3 = 0,42 м.

Объем конического днища:

vдн = π*h1/3*(R2 +R*r +r2) = 3,14*0,42*(  0,152+ 1,5*0,2 + 0,22) =

= 1,139 м3

гдеR – радиус большого основания конусаR = 3/2 = 1,5 м;

r – радиус усеченной вершины конуса, принимаемr = 0,2 м.

Объем конической крышки:

vкр = π*h2/3*(R2 +R*r +r2) = 3,14*0,3*(  0,152+ 1,5*0,2 + 0,22) = 0,813 м3

гдеh2  - 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 аппаратеGм = 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 =άс*F*(tстtвозд) = 38,37*95,372*(28 – 15) = 47572,507 кДж.

гдеάс – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением. Принимаем 38,37 кДж/( м2 *ч*°С);

F – наружная поверхность аппарата, м2:

F = π*(R +R1)*l1 + 2*π*R*H + π**(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

гдеR1– 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*(t1t2)*1000 = 53388,593/4,19*(22 – 10)*1000 = 1,062 т/ч

гдеcв – теплоемкость воды;

t1,t2 – температура воды  соответственно на выходе в змеевик и на входе,°С.

Объем воды, проходящей через змеевик

vв = 1,062 м3

Для охлаждающего змеевика принимаем трубы наружным диаметром

dн = 55 мм при толщине 3 мм, диаметр витка змеевикаDзм = 2м.

Поверхность теплообмена змеевика:

F = Q/к*∆tcp =53388,543/1254,076*10,94 = 3,891 м2

ПринимаемF = 4 м2.

Коэффициент теплопередачи определяем из выражения:

к = 1/(1/ά1 + δ/άст + 1/ά2) = 1/(1/2508 + 0,003/209 + 1/2605,508) =

= 1254,076 кДж/( м2 *ч*°С)

где δ – толщина стенки змеевика, м;

άст  = 209 кДж/( м2 *ч*°С);

ά1  - 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 = ά2*dвнв = 0,023*Re0,8*Pr0,4

ά2 = 0,023*Re0,8*Pr0,4*dвнв=0,023* 5972,8590,8*9,10,4*2,073/0,05 =      =2420,688кДж/(м2 *чС),

гдеλв – 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*dвнвв*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,

гдеf – площадь сечения трубы змеевика, м2.

Критерий Прандтля:

Pr = 3600*μв*g*cв/ λв = 3600*0,000128*4,19*9,81/2,073 = 9,1.

К полученному значениюά2 вносим поправку на кривизну теплообменной трубы змеевика по формуле:

ά2 =ά2*(1 + 3,54*dвн/Dзм) = 2420,688*(1 + 3,54*0,05/2) =

=2605,508 кДж/( м2*ч*°С).

Длина трубы змеевика:

L =F/π*dср = 3,891/3,14*0,053 = 23,381 м.

гдеdср – средний диаметр трубы змеевика, м.

Длина одного витка змеевика:

l = ((π* 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 × 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

Требуемый объем сборника:

V=3,41×0,5/0,8= 2,13 м3

Подбираем стандартную емкость по ГОСТ 9931-85 с объемом 2,5 м3, диаметром 1400 мм и длиной цилиндрической части 1220 мм.

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 дрожжейCandidasp.,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

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.

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 дрожжейCandidasp.,K1, что позволяет увеличить выход спирта.

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

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………….

1.Патентная проработка и обоснование технологической схемы………

2.Описание технологической схемы………………………………………

3.Материальные и тепловые балансы технологического процесса……..

4.Выбор и расчет основного технологического оборудования……..……

    Заключение…………………………………………………………………..

    Список использованных источников………………………………………

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

1.Залашко М. В., Залашко Л. С. Микробный синтез на молочной сыворотке. Мн.: Наука и техника, 1976. – 274с.

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. – 391с.

3. И. И. Бортников, А. М. Босенко.Машины и аппараты микробиологических производств/Учебн. пособие для технол. ВУЗов/.− Мн.: Выш. школа, 1982. – 288с.

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. – 496с.

5.СТП 001-2002. Стандарт предприятия. Проекты (работы) дипломные.– Взамен СТП 05.9.97; Введ. 01.04.02.– Минск: БГТУ, 2002.– 159 с.

Анализ патентной документации за 1998 – 2006 годы на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Использование патентной документации для оценки технического уровня продукции

2. Всемирные Юношеские игры 1998 (World Youth Games 1998)

3. Анализ оптового рынка электроэнергии за 2006 год

4. Анализ несчастных случаев на электроустановках потребителей, подконтрольных Московскому межрегиональному территориальному управлению технологического и экологического надзора Ростехнадзора в 2006 г. и за 8 месяцев 2007 г.

5. Анализ состояния нормативной документации строительного комплекса

6. Формирование патентной политики фирмы

7. Анализ индексов Республики Беларусь за 2008-2015 годы

8. Советская школа в годы ВОВ и послевоенные годы (1941-58гг.)

9. Региональный патриотизм как фактор политической жизни Красноярского края в 1998-2002 годах

10. Анализ стилистических особенностей газетных заголовков в американской прессе за 2013-2017 годы