Способ непрерывного производства спирта и установка для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК C12P7/06 

Изобретение касается способа непрерывного производства спирта ферментацией сусла в ферментерах, расположенных каскадом, в которые непрерывно вводят свежее сусло и кислород в начале каскада и непрерывно собирают сброженное сусло в конце каскада, а также установки для непрерывного производства спирта, включающей несколько ферментеров, расположенных, каскадом.

Целью изобретения является устранение недостатков указанных технических решений, а именно ускорение процесса.

повышение выхода готового продукта и снижение затрат энергии.

Поставленная цель достигается тем, что в первый по ходу процесса ферментер подают свежее сусло с содержанием сахара 70- 100 г и часовой степенью разбавления 0,8-1,0, а подачу кислорода осуществляют из расчета 0,05-0.15 мл /ч при атмосферном давлении на 1 г сухого веса дрожжей в сусле. переток сусла из первого в последующие ферментеры проводят после накопления спирта в сусле До 30-40 г/л. а при ферментации в каждый последующий ферментер

00

со

о

0 00

ю

6

подают свежее сусло с содержанием 150- 250т сбраживаемого сахара на 1 л с часовой степенью разбавления 0,04-0,4 и ферментированное сусло в количестве, равном общему количеству сусла, поданного в предыдущий ферментер, при этом ферментацию осуществляют при содержании дрожжей в сусле 30-70 г сухого вещества на 1 л до содержания спирта 55-65 г/л сусла.

Ферментацию сусла предпочтительно осуществляют под давлением углекислого газа минимально 1 бар.

Можно отделить дрожжи из сброженного сусла декантацией в конце указанного каскада.

Предпочтительно отделяют дрожжи из, сброженного сусла в декантаторе под давлением углекислого газа, причем ферментация может быть закончена в декантаторе, где они могут быть конвентируемы в спирт; остатки сахара, вызывающего брожение, поступившие из последнего циркулирующего ферментера не подвергаются рециркуляции, но наоборот удалены таким образом, чтобы радикально лимитировать время среднего пребывания дрожжей в сусле. Это время среднего пребывания в данном случае равно практически коэффициенту общего количества дрожжей, находящихся в Ферментерах и в декантаторе, разделенных по количеству дрожжей, произведенных в 1 ч во время ферментации. Среднее время, отведенное для свежего сусла, которое введено в первый ферментер для пересечения указанного каскада, обычно является более коротким, чем время среднего пребывания дрожжей в сусле, что увеличивает стабильность на большой срок настоящего способа и устройства, другими словами, их безопасность в отношении возможного заражения способобразующими микроорганизмами.

Каждый циркуляционный ферментер состоит из бродильного чана, вентиля противодавления, установленного в верхней части чана, и мамут-насоса, соединенного трубопроводом с нижней частью чана, при этом трубопровод для подачи свежего сусла в ферментер сообщен с трубопроводом, соединяющим мамут-насос с нижней частью чана.

Такой тип циркуляционного ферментера, состоящего из бродильного чана с ма- мут-нэсосом, позволяет циркулирование сусла исключительно благодаря выделяющемуся при ферментации углекислому газу, который создает давление в чане.

Количество циркуляционных ферментеров может быть, например, от 2 до 6. Их емкость может быть довольно значительная. Они вмещают от 50 до несколько сотен куб, м.

Чан содержит центральную цилиндрическую часть, нижнюю часть и полусферическое дно, а также полусферическую верхнюю часть. Горизонтальная секция указанной центральной части имеет размер сообразно восходящей скорости сусла в чане (приблизительно 0,5-2 см/с).

Высота мамут-насоса соответствует повышенному давлению (минимально 1 бар), производимому еще в верхней части чана, а имеющееся давление составляет приблизительно 0,5 бар для осуществления циркуляции сусла при пропускной способности, соответствующей приблизительно 5-10 раз емкости ферментера в 1 ч, превосходя сопротивление общего движения.

С целью сдерживания газа на 35%, например, мамут-насос должен иметь высоту минимально 15м.

Сопротивление движению осуществляется теплообменником предпочтительно трубчатого типа в отводящей трубе с целью

сохранения температуры около 30-35° в ферментационном чане, причем разница .не должна превышать 3°С между верхней и нижней температурой чана.

Чан декантатора является цилиндрическим телом, закрытым сверху плоской крышкой или слегка выпуклой и снизу коническим дном. Емкость чана может быть порядка трети или половины емкости чанов ферментеров.

. На чертеже схематически изображена предложенная установка.

Установка содержит четыре циркуляционных ферментера 1-4 и декантатор 5, расположенных каскадом, в который по

трубопроводу 6 подают разведенное свежее сусло. Каждый циркуляционный ферментер включает ферментационный чан 7-10, имеющий центральную цилиндрическую часть, закрытую снизу и сверху, нижнюю часть и верхнюю полусферическую часть.

Каждый чан 7-ТО имеет в своей верхней части вентиль противодавления 11-14, через который каждый чан сообщается со своим мамут-насосом 15-17, расположенным над клапаном.

Каждый мамут-насос 15-17 является простой колонкой .или насосной трубой, имеющей выход на верхнюю часть дегазэ

ционного устройства 18-21 типа циклона. Верхняя часть каждого циклона 18-21 связана с эвакуационной трубой 22 углекислого газа, тогда как нижняя часть каждого циклона соединена с отводящей трубой 23-26,

соединенной с верхом мэмут-насоса 15-17 и нижней частью чана 7-10.

Первый ферментер является устройством, вводящим газ через вводящую трубу газа 27, направленную к верхней части отводящей трубы 23. Каждая отводящая труба 23-26 пересекает в своей нижней части трубчатый теплообменник 28-31.

Каждый ферментер является вводящим .устройством свежего сусла и/или переданного подключением к нижней части отводящей трубы 23-26 снизу теплообменника 28-31. В первый ферментер разведенное свежее сусло вводят через вентиль 32, Для последующих ферментеров имеются трубопроводы ввода переработанного сусла 33-35 и трубопроводы ввода концентрированного свежего сусла 36-38, соединенным и с трубопроводом 39, поставляющим свежее концентрированное сусло через клапаны ввода свежего концентрированного сусла 40-42.

Каждый ферментер является, кроме того, устройством передачи сброженного сусла, направленного через отводящую трубу под теплообменником 28-31.

Для первых трех ферментеров это имеются трубопроводы передачи сброженного сусла 43-45, соединенные через клапаны 46-48 с трубопроводом ввода сусла, подаваемого из предшествующего ферментера. Для последнего ферментера это устройство имеет вид простого трубопровода 49, передающего сброженное сусло непосредственно в трубопровод ввода переработанного сусла 50 в декантатор 5.

Каждая отводящая труба 23-26 выходит через нижнюю часть чана 7-10 в устройство размешивания, типа Вентури 51-54. Декантатор включает чан 55 декантации под давлением, имеющий цилиндрический корпус, закрытый сверху плоской крышкой и снизу коническим дном.

Чан 55 соединен своей верхней частью или крышкой с трубопроводом 56 откачивания сброженного сусла через клапан откачивания 57. Чан 55 соединен своим дном с трубопроводом выливания 58 через клапан 59.

Декантатор 5 является также устройством ввода свежего сусла и/или передачи отведенного в нижнюю часть цилиндрического корпуса чана 55 декантации.

Установка работает следующим образом.

По трубопроводу 6 через вентиль 32 в первый ферментер 1 подают разведенное 5 свежее сусло, В ферментер 1 подают также кислород, который вводят по трубопроводу 27 в минимальных количествах в виде возможной смеси с азотом и/или углекислым газом в верхней части отводящей трубы 23.

0 соединяющей верхнюю часть насоса 15 с нижней частью ферментационного чана 7 таким образом, чтобы кислород был полностью поглощен в сусле до поступления в чан. Сусло ферментируется, при этом выде5 ляется углекислый газ, который выводится циклонами 18-21 и находится в чане 7 в растворе под давлением, при этом используя регулирующий давление клапан 11, газ производит эффект накачивания, снижая

0 давление в трубопроводе или мамут-насосе 15, расположенном над клапаном. Таким образом, давление углекислого газа позволяет осуществлять циркулирование сусла.

Переработанное в чане 7 сусло подают

5 в чан 8 ферментера 2 по трубопроводу 33; при этом в ферментер 2 по трубопроводам 39 и 38 подают свежее концентрированное сусло через клапана 40. После переработки сусла в ферментере 2 его подают в фермен0 тер 3 также с подачей свежего концентрированного сусла, а затем в ферментер 4. Из последнего ферментера 4 сброженное сусло сливают по трубопроводу 50 в декантатор 5, в котором под давлением в чане 55 осуще5 ствляют декантацию дрожжей от жидкой фазы, которую откачивают по трубопроводу 56 через клапан 57.

Пример. Для осуществления способа по изобретению используют вышеописан0 ную установку.

В этой установке четыре ферментера имеют каждый общий объем 100 куб. м и общую высоту 24 м. Декантатор имеет емкость 50 куб. м.

5Чаны ферментеров и декантатор имеют

диаметр 5 м.

После начальной стадии способа, в течение которого введено и/или произведено необходимое количество коагулирующих

0 дрожжей Saccaromyces cerevisial CBS2961, в чанах осуществляется способ непрерывной ферментации согласно условий, приведенных в таблице.

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Сущность изобретения: по трубопроводу для ввода свежего сусла разведенное свежее сусло с содержанием 70-100 г/л сахара и часовой степенью разбавления 0,8-1.0 подают в первый по ходу процесса циркуляционный ферментер, в него же подают кислород из расчета 0,050,15 мл/ч при атмосферном давлении на 1 г сухого веса дрожжей в сусле. Ферментацию осуществляют в каскадно расположенных циркуляционных ферментерах, состоящих из бродильного чана, вентиля противодавления, установленного в верхней части чана, и мамут-насоса, соединенного трубопроводом с нижней частью чана, при перетоке сусла из одного ферментера в другой после накопления спирта в сусле 30-40 г/л. В каждый ферментер подают свежее сусло с содержанием 150-250 г сбраживаемого сахара на 1 л с часовой степенью разбавления 0,04-0.4 и ферментированное сусло в коли- .честве, равном общему количеству сусла, поданного в предыдущий ферментер. Ферментацию проводят под давлением углекислого газа минимально 1 бар при содержании дрожжей в сусле 30-70 г с.в. на 1 л до содержания спирта 55-65 г/л сусла. После ферментации сусло подают в декантационный чан для отделения сброженного сусла от дрожжей и завершения ферментации. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.. 1 табл. Ё

Это устройство включает трубопровод 50 для ввода сусла, подающегося из последнего ферментера и трубопровод 60 для подачи концентрированного свежего сусла, соединенный с трубопроводом подачи 39 через клапан 61.

В этих условиях скорость общей циркуляции сусла, другими словами, общая пропускная способность устройства, составляет 163 куб. м/ч. Общее производство спирта, включая спирт, который восстанавливают из СОз. выведенный циклонами.

составляет 9,63 м /h, что составляет производительность 21,4 г спирта в 1 ч и литров от общей емкости устройства. Общее количество произведенных дрожжей составляет 400 кг/h. которые выделены в количестве 3.63 куб. м/ч из суспензии, содержащей 110 г сухого вещества дрожжей на Т л.

Ферментация может производиться таким образом в течение многих месяцев, не подвергаясь опасности заражения спорооб- разующими микроорганизмами. Формула изобретения 1.Способ непрерывного производства спирта, предусматривающий непрерывную подачу свежего сусла с коагулирующими дрожжами и кислорода в первый по ходу процесса ферментер, ферментацию сусла под давлением углекислого газа в каскадно расположенных ферментах при перетоке ферментированного сусла из одного ферментера в другой и подаче в каждый ферментер свежего сусла, размножении дрожжей в начале процесса и замедлении их роста в конце процесса, отделение дрожжей от сброженного сусла и их удаление, о т л и ч а ю щ и и с я тем. что, с целью ускорения процесса, повышения выхода готового продукта и снижения расхода энергии, свежее сусло подают в первый по ходу процесса ферментер с содержанием 70-100 г/л сахара и часовой степенью разбавления 0,8-1.0, подачу кислорода осуществляют из расчета 0,05-0,15 мл/ч при атмосферном давлении на 1 г сухой массы дрожжей в сусле, переток сусла из первого в последующие ферментеры проводят после накопле- ния спирта в сусле 30-40 г/л, а при ферментации в каждый последующий ферментер подают свежее сусло с содержанием 150-250 г сбраживаемого сахара на 1 л с часовой степенью разбавления 0,04-0,4 и

Показатели

Количество свежего вве денного сусла(м /h)

Содержание сахара, вызы

брожение свежеfro введенного сусла (г/л)

t ь

.- Коэффициент растворения

введенного свежего сусла

i

ферментированное сусло в количестве, равном общему количеству сусла, поданного в предыдущий ферментер, при этом ферментацию осуществляют при содержании дрожжей в сусле 30-70 г сухого вещества на 1 л до содержания спирта 55-65 г/л сусла.

бар.

углекислого газа.

ферментированного сусла, подачи свежего сусла в ферментеры .и удаления дрожжей с трубопроводом для отвода сусла и дрожжей, отличающаяся тем, что, с целью ускорения процесса, повышения выхода готового продукта и снижения расхода энергии, каждый циркуляционный ферментер состоит из бродильного чана, вентиля противодавления, установленного в верхней части чана, и мамут-насоса, соединенного

трубопроводом с нижней частью чана, при этом трубопровод для подачи свежего сусла в ферментер сообщен с трубопроводом, соединяющим мамут-насос с нижней частью чана, а устройство для отделения

дрожжей представляет собой декантаци- онный чан.

Продолжение таблицы