Проєкт відділення зброджування спиртового сусла безперервним способом продуктивністю 4000 дал етилового спирту за добу

Abstract

Процес зброджування спиртового сусла є ключовою стадією технології виробництва етилового спирту [1, 2]. Робота дріжджо-бродильного відділення спиртового заводу може здійснюватися трьома методами: безперервним, циклічним і періодичним. Кожен метод має певні переваги й недоліки, що визначають їх доцільність у конкретних випадках. Перевагою безперервного методу у порівнні з іншим є скорочена тривалість зброджування [3]. Процес бродіння реалізується за безперервно-проточним методом із використанням дріжджогенераторів, розброджувачів та бродильних апаратів . У дріжджо-бродильному відділенні використовують два дріжджогенератори, один розброджувач і батарею бродильних апаратів, серед яких перші два є головними. Співвідношення об'ємів обладнання: дріжджогенератор – 20–30% від об’єму розброджувача, розброджувач – 30–40% від головного бродильного апарату. Потоки переміщуються самопливом: дріжджогенератори розташовують вище розброджувача, а головні апарати – на 1 м вище інших. Процес зброджування проходить етапами зі змінною температурою: 26–27 °С у першому апараті, 28 °С – у другому, 29–30 °С – у третьому, з подальшим зниженням до 27–28 °С. Стерилізація обладнання здійснюється поетапно [3-5]. 5 Об’єкт дослідження: процес зброджування спиртового сусла безперервним способом. Предмет дослідження: технологія зброджування спиртового сусла Мета дослідження: розробити проєкт відділення зброджування спиртового сусла безперервним способом продуктивністю 4000 дал етанолу на добу з оптимізацією технологічних параметрів та вибором обладнання для забезпечення стабільної якості продукції. У роботі визначено актуальність проєкту зброджування спиртового сусла безперервним методом як сучасної технології для виробництва етилового спирту, що дозволяє знизити витрати енергії та підвищити якість продукту. Обґрунтовано доцільність впровадження даної технології на підприємствах харчової промисловості. Техніко-економічне обґрунтування проєкту: виконано аналіз можливих способів зброджування: періодичний, циклічний, безперервний. Обґрунтовано вибір безперервного методу на основі порівняння показників виходу етилового спирту, витрат енергоресурсів та зниження кількості відходів. Оцінено доцільність впровадження даного способу для продуктивності 4000 дал на добу. Характеристика сировини, допоміжних матеріалів та енергетичних ресурсів: розглянуто зернову сировину - жито, його склад та показники якості. Складено таблиці технічних характеристик сировини та витратних коефіцієнтів для безперервного способу зброджування. Опис технологічної схеми: описано технологічну схему зброджування спиртового сусла безперервним способом.. Вказано основні параметри процесу: температура, тривалість бродіння, концентрація сухих речовин та кислотність сусла. Розрахунок продуктів та енергетичних ресурсів: виконано матеріальний та енергетичний баланс виробництва. Розраховано кількість сировини, витрати пари для нагрівання сусла, води для охолодження, а також втрати енергії під час бродіння. Визначено вихід етилового спирту за умови 6 безперервного процесу. Складено тепловий баланс для кожного етапу процесу. Визначено витрати тепла на нагрівання та охолодження сусла, тепловідведення зброджуваного середовища та втрати тепла через стінки апаратів. Проєктування та вибір технологічного обладнання: проведено розрахунки об’ємів дріжджогенераторів, розброджувачів та бродильних апаратів. Визначено основні геометричні параметри апаратів (діаметр, висота, товщина стінок). Виконано підбір теплообмінників для охолодження зброджуваного середовища. Компонування технологічного обладнання: визначено оптимальне розташування апаратів з урахуванням поточного напрямку руху матеріальних потоків та вимог техніки безпеки. Передбачено встановлення системи тепловідведення та автоматизованого контролю параметрів процесу. Охорона праці: проаналізовано умови праці у відділенні безперервного зброджування. Визначено можливі фактори ризику: висока температура, токсичні випари, загроза потрапляння дріжджових суспензій на шкіру. Запропоновано заходи для мінімізації ризиків. Економічна частина: виконано попередню оцінку економічної ефективності проєкту. Розраховано вартість сировини, допоміжних матеріалів, енергоносіїв та обладнання. Проведено аналіз окупності проєкту та визначено рентабельність.The fermentation of alcohol wort is a key stage in the technology of ethanol production [1, 2]. The operation of the yeast-fermentation department of a distillery can be carried out using three methods: continuous, cyclic, and batch. Each method has certain advantages and disadvantages, which determine their feasibility in specific cases. The main advantage of the continuous method compared to others is the reduced fermentation duration [3]. The fermentation process is implemented using a continuous flow method involving yeast generators, fermenters, and fermentation tanks. In the yeast-fermentation department, two yeast generators, one fermenter, and a battery of fermentation tanks are used, with the first two tanks being the main ones. The ratio of equipment volumes is as follows: yeast generator – 20-30% of the fermenter volume, fermenter – 30-40% of the main fermentation tank. The flows move by gravity: the yeast generators are placed above the fermenter, and the main tanks are 1 m higher than the other tanks in the battery. The fermentation process proceeds in stages with changing temperatures: 26-27 °C in the first tank, 28 °C in the second, 29-30 °C in the third, followed by cooling to 27-28 °C. Equipment sterilization is carried out in stages [3- 5]. Object of the study: The process of alcohol wort fermentation by the continuous method. Subject of the study: The technology of alcohol wort fermentation. 9 Aim of the study: To develop a project for a department of alcohol wort fermentation using the continuous method with a capacity of 4000 dal of ethanol per day, optimizing technological parameters and selecting equipment to ensure stable product quality. The study establishes the relevance of implementing the continuous fermentation method as a modern technology for ethanol production, which allows for energy savings and product quality improvement. The feasibility of introducing this technology at food industry enterprises is substantiated. Technical and Economic Feasibility of the Project: an analysis of possible fermentation methods (batch, cyclic, continuous) was carried out. The choice of the continuous method is justified based on a comparison of ethanol yield, energy consumption, and waste reduction. The feasibility of implementing this method for a capacity of 4000 dal per day was evaluated. Raw Materials, Auxiliary Materials, and Energy Resources: the grain raw material – rye, its composition, and quality indicators are considered. Tables of technical characteristics of raw materials and consumption coefficients for the continuous fermentation method are provided. Description of the Technological Scheme: the technological scheme of continuous alcohol wort fermentation is described. The main process parameters are indicated: temperature, fermentation duration, dry matter concentration, and wort acidity. Calculation of Products and Energy Resources: a material and energy balance for the production process is carried out. The quantity of raw materials, steam consumption for wort heating, water for cooling, and energy losses during fermentation are calculated. The ethanol yield under the continuous process is determined. A thermal balance for each process stage is compiled, identifying heat consumption for heating and cooling wort, heat removal from the fermented medium, and heat losses through equipment walls. Design and Selection of Technological Equipment: calculations of the volumes of yeast generators, fermenters, and fermentation tanks are performed. The 10 main geometric parameters of the equipment (diameter, height, wall thickness) are determined. Heat exchangers for cooling the fermented medium are selected. Equipment Layout: the optimal arrangement of equipment is determined considering the flow direction of material streams and safety requirements. The installation of a heat removal system and automated process control is envisaged. Occupational Safety: working conditions in the continuous fermentation department are analyzed. Potential risks are identified: high temperatures, toxic vapors, and contact with yeast suspensions. Measures to minimize risks are proposed. Economic Section: a preliminary assessment of the economic efficiency of the project is conducted. The costs of raw materials, auxiliary materials, energy resources, and equipment are calculated. The payback period and profitability of the project are determined.