Способ производства кормовых дрожжей и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к гидролизной микробиологической промышленности. Способ предусматривает гидролиз древесного сырья, разделение гидролизата и лигнина, подготовку гидролизата для получения питательной среды, культивирование дрожжей на этой среде. Полученную биомассу дрожжей сгущают и сушат сушильным агентом. Последний получают из лигнина, который подвергают нейтрализации, пластификации и формованию. Из формованного лигнина получают горючий газ, который сжигают и продукты его сгорания используют в качестве сушильного агента в процессе сушки дрожжей. Отработанный сушильный агент после сушки дрожжей подают на сушку лигнина. Способ осуществляют на установке, включающей гидролизаппарат, циклон для разгрузки последнего от лигнина, блок испарителей для охлаждения гидролизата, инвертор, устройство для нейтрализации гидролизата, отстойник, вакуум-охладительное устройство, вакуум-выпарной аппарат для сгущения биомассы дрожжей, их сушилку и сушилку лигнина. Установка снабжена устройствами для нейтрализации и пластификации последнего, формователем лигнина в брикеты перед сушилкой лигнина и газогенератором для получения горючих газов из сухих брикетов лигнина, газогенератор подключен к камере сгорания сушилки кормовых дрожжей. Изобретение обеспечивает снижение себестоимости производства кормовых дрожжей путем использования большего количества лигнина для получения сушильного агента и использование вторичных энергоресурсов производства кормовых дрожжей при утилизации лигнина. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к гидролизной микробиологической промышленности.

Известен способ производства кормовых дрожжей, включающий гидролиз растительного сырья, отделение гидролизата от лигнина, подготовку гидролизата для получения питательной среды, культивирование дрожжей на этой среде, плазмолиз полученной биомассы кормовых дрожжей и ее сгущение, сушку концентрата биомассы сушильным агентом и получение из отдельного от гидролиза лигнина сушильного агента для дрожжей путем сушки лигнина и сжигания, при этом полученный сушильный агент используется также и для сушки исходного лигнина.

(Андреев А.А., Брызгалов Л.И. Производство кормовых дрожжей. М.: Лесная промышленность, с.184-186).

Известна установка для осуществления описанного способа, включающая гидролизаппарат, подключенный к нему питатель древесного сырья и циклон для разгрузки гидролизаппарата от лигнина, блок испарителей для охлаждения гидролизата, подключенный к последнему по ходу процесса испарителю инвертор для дополнительного гидролиза, устройство для нейтрализации гидролизата, его отстойник, вакуум-охладительное устройство нейтрализата, дрожжерастительный аппарат, флотатор биомассы, сепаратор, плазмолизатор, вакуум-выпарной аппарат для сгущения биомассы дрожжей, их распылительную сушилку и сушилку в виде трубы лигнина, связанную с циклоном для разгрузки гидролизаппарата от лигнина, ряд циклонов для отделения подсушенного лигнина от сушильного агента, последний из которых связан с камерой сгорания распылительной сушилки дрожжей, и циклонную печь для сжигания лигнина, подключенную к сушилке исходного манина.

(Андреев А.А., Брызгалов Л.И. Производство кормовых дрожжей. М.: Лесная промышленность, 1986, с.100-186, рис.20 и 54).

Недостатком известного способа производства и установки для его осуществления являются высокая себестоимость кормовых дрожжей, связанная с большими лигниновыми отходами, энергозатратным его сжиганием для подсушки лигнина в сушилке в виде трубы от влажности 65-70% до 40% и неиспользованием теплоты отработанного сушильного агента сушилки кормовых дрожжей. При этом имеет место дополнительный источник вредных выбросов из сушилки в виде трубы и наличие блока оборудования для подогрева воздуха до 300-400^oС, что требует достаточно больших энергозатрат. Повышается пожаровзрывоопасность технологического комплекса при сушке и сжигании полидисперсного по составу лигнина.

Технический результат изобретения как в части способа, так и устройства заключается в снижении себестоимости производства кормовых дрожжей путем использования большего количества лигнина для получения сушильного агента в производстве кормовых дрожжей, также использования вторичных энергоресурсов производства кормовых дрожжей при утилизации лигнина.

Этот технический результат достигается тем, что в предложенном способе, предусматривающем гидролиз древесного сырья, разделение гидролизата и лигнина, подготовку гидролизата для получения питательной среды, культивирование дрожжей на этой среде, плазмолиз полученной биомассы дрожжей и ее сгущение, сушку сгущенной биомассы сушильным агентом и получение из отделенного от гидролизата лигнина сушильного агента для дрожжей путем сушки лигнина, и сжигания, лигнин перед сушкой подвергают нейтрализации, пластификации и формованию. Из формованного лигнина получают горючий газ, который сжигают и продукты его сгорания используют в качестве сушильного агента в процессе сушки дрожжей. Отработанный сушильный агент после сушки дрожжей подают на сушку лигнина.

Технический результат достигается также тем, что предложенная установка, включающая гидролизаппарат, подключенный к нему питатель древесного сырья и циклон для разгрузки гидролизатора от лигнина, блок испарителей для охлаждения гидролизата, подключенный к последнему по ходу процесса испарителю инвертор для дополнительного гидролизата, устройство для нейтрализации гидролизата, его отстойник, вакуум-охладительное устройство нейтрализатора, дрожжерастильный аппарат, флотатор биомассы, сепаратор, плазмолизатор, вакуум-выпарной аппарат для сгущения биомассы дрожжей, их сушилку и сушилку лигнина, снабжена устройствами для нейтрализации и пластификации последнего, формирователем пластифицированного лигнина в брикеты перед сушилкой лигнина и газогенератором для получения горючих газов из сухих брикетов лигнина. Газогенератор подключен к камере сгорания сушилки кормовых дрожжей.

Способ производства кормовых дрожжей осуществляют следующим образом.

В гидролизаппарат объемом 50 м³ с помощью питателя загружают 40 м³ щепы, опилок, предназначенных для гидролиза, а также подают горячую воду и в качестве катализатора 9 м³ 0,5% варочной серной кислоты. Гидролиз осуществляют под давлением 15 атм и температуре 170^oС в течение 4 часов. В результате гидролиза полисахариды, содержащиеся в растительном сырье, распадаются на моносахара. После окончания гидролиза гидролизат вымывают из гидролизаппарата и направляют на подготовку для получения питательной среды, а лигнин выгружают в циклон 3.

Подготовку гидролизата осуществляют путем подачи в блок испарителей, в которых происходит снижение давления и температуры гидролизата. Образуется вторичный пар, с которым уходят вредные летучие вещества: фурфурол, метанол, скипидар и др. Испаритель по линии гидролизата соединены последовательно, при этом отвод паров самоиспарения осуществляется параллельно. Это позволяет поддерживать в корпусах испарителей различное давление и более полное удаление летучих веществ с целью повышения доброкачественности гидролизата. Давление в испарителях от ступени к ступени понижается: в первой ступени - 0,45 МПа, во второй - 0,25 МПа, в третьей - 0,1 МПа. Соответственно на выходе испарителей гидролизат имеет температуру 150^oС, 135^oС, 105^oС. Пары с каждой ступени испарения направляют для конденсации в соответствующую группу теплообменников. Затем гидролизат подают в инвертор, в котором при 105^oС происходит дополнительный гидролиз, т.е. оставшиеся полисахариды распадаются на моносахара. Из инвертора гидролизат подают в нейтрализатор вместе с известковым молоком, осуществляя активное перемешивание. Полученный нейтрализат подают в отстойник, в котором осаждается гипс, коллоидные и взвешенные вещества. Осветленный нейтрализат из отстойника подают в вакуум-охладительное устройство, в котором его охлаждают до 38^oС. Охлажденный нейтрализат в качестве питательной среды подают в дрожжерастильный аппарат. В него подают засевные дрожжи, а также питательные соли, аммиачную воду для поддержания рН 4,2 и сжатый воздух для аэрации. Биотепло отводят с помощью системы оборотного водопотребления.

Дрожжевую суспензию непрерывно отводят из дрожжерастильного аппарата во флотатор и сепаратор, при этом содержание биомассы повышается до 12%. Затем сгущенную дрожжевую суспензию подают в плазмолизатор. Плазмолиз осуществляют паром в емкости при температуре 90^oС в течение 0,5 часа. В вакуум-выпарном аппарате повышают концентрацию биомассы до 20% абсолютно сухих дрожжей и направляют в распылительную сушилку.

Сушильный агент для сушки кормовых дрожжей получают на основе газификации лигнина. Для получения горючего газа лигнин из циклона подают в нейтрализатор, пластификатор, в котором производится смешивание лигнина с известковым молоком концентрацией 140 г/л воды. Норма расхода извести - 10 кг на 1 тонну лигнина и осуществляют перетирание. Однородную нейтрализованную массу лигнина подают в формователь типа экструдера (шнековый пресс), а сформованный лигнин - в конвейерную сушилку. В качестве теплоносителя для сушки лигнина используют тепло отработанного сушильного агента в сушилке кормовых дрожжей. Отработанный сушильный агент сушилки имеет температуру около 100^oС и поступает в конвейерную сушилку лигнина через поверхностный теплообменник. Высушенный формованный лигнин посредством транспортера подают в газогенератор, в котором из него при 900^oС получают горючий газ, содержащий водород, оксид углерода, углеводороды и др. Температура горючего газа в факеле горения достигает 1100^oС. Горючий газ сжигают в камере сгорания сушилки кормовых дрожжей. Температуру сушильного агента снижают до 400^oС путем подачи воздуха в камеру смешения сушилки и направляют непосредственно в зону распыла дрожжевой суспензии. Кормовые дрожжи оседают в конусной части сушилки, откуда их по трубопроводу подают в блок циклонов. В циклонах сушилки кормовые дрожжи отделяют от сушильного агента и фасуют, а отработанный сушильный агент подают в теплообменник для сушки формованного лигнина в сушилке.

Из 1 тонны абсолютно сухой древесины получают 235 кг кормовых гидролизных дрожжей, которые являются биологически полноценным кормом, источником белка, витаминов, незаменимых аминокислот и биологически активных элементов.

Предложенная установка поясняется чертежом, на котором схематично изображен ее общий вид.

Установка содержит гидролизаппарат 1, подключенный к нему питатель 2 древесного сырья и циклон 3 для разгрузки гидролизаппарата от лигнина, блок испарителей 4, 5, 6 для охлаждения гидролизата, испаритель 4 которого соединен с гидролизаппаратом, подключенный к последнему по ходу процесса испарителю инвертор 7 для дополнительного гидролиза, устройство 8 для нейтрализации гидролизата, его отстойник 9, вакуум-охладительное устройство 10, дрожжерастильный аппарат 11, флотатор 12, сепаратор 13, плазмолизатор 14, вакуум-выпарной аппарат 15 для сгущения биомассы дрожжей и их распылительную сушилку 16. Установка снабжена устройствами 17 и 18 соответственно для нейтрализации и пластификации лигнина, формирователем 19 пластифицированного лигнина в брикеты, установленным перед конвейерной сушилкой 20 брикетов и газогенератором 21, подключенными к распылительной сушилке 16. Последняя через поверхностный теплообменник 22 сообщена с сушилкой 20. Газогенератор 21 по полученным горючим газам связан с камерой горения 23 сушилки 16 через камеру 21 смешения этой сушилки. Конвейерная сушилка 20 и газогенератор 21 сообщены при помощи транспортера 25.

Установка работает следующим образом.

В гидролизаппарат 1 с помощью загрузочного транспортера 2 подается щепа опилки или др. растительное сырье, предназначенное для гидролиза, а также подают горячую воду и в качестве катализатора 0,5% варочную кислоту (серную или соляную). Гидролиз осуществляют под давлением 13-16 атм и температуре 130-190^oС. В результате гидролиза полисахариды, содержащиеся в растительном сырье, распадаются на моносахара. После окончания гидролиза гидролизат направляется на подготовку в качестве питательной среды, а лигнин, выгружается в циклон 3.

Подготовка гидролизата осуществляется в блоке испарителей 4, 5, 6, в которых происходит ступенчатое снижение давления до 1 атм и снижение температуры гидролизата до 105^oС. Образуется вторичный пар, с которым уходят вредные летучие вещества (например, фурфурол).

Затем гидролизат подается в инвертор 7, в котором при 105^oС происходит дополнительный гидролиз, т.е. оставшиеся полисахариды распадаются на моносахара. Из инвертора 7 гидролизат поступает в устройство 8 для нейтрализации известковым молоком и/или аммиачной водой, которая осуществляется при активном перемешивании. Из устройства 8 нейтрализат подается в отстойник 9, в котором осаждаются гипс, коллоидные и взвешенные вещества. Осветленный нейтрализат из отстойника 9 подается в вакуум-охладительное устройство 10, в котором нейтрализат охлаждается до 38^oС. Охлажденный нейтрализат в качестве питательной среды направляется в дрожжерастильный аппарат 11.

Для культивирования кормовых дрожжей в дрожжерастильный аппарат 11 подают также засевные дрожжи, питательные соли, аммиачную воду для поддержания рН 4,2. Культивирование осуществляется при активной аэрации культуральной жидкости воздухом.

При культивировании кормовых дрожжей выделяется тепло, которое отводится из дрожжерастильного аппарата 11. Температура культивирования поддерживается в пределах 36-38^oС.

После культивирования требуемого количества биомассы дрожжей культуральную жидкость сгущают. Сначала ее подают во флотатор 12, в котором путем флотации повышается концентрация биомассы культуральной жидкости. Из флотатора 12 сгущенная биомасса направляется в сепаратор 13 для ее концентрирования.

Концентрат биомассы подвергается плазмолизу в плазмолизаторе 14 путем ее нагревания до 90^oС.

Из плазмолизатора 14 плазмолизированная биомасса подается в вакуум-выпарной аппарат 15 для сгущения до 20% абсолютно сухих дрожжей, затем биосуспензию направляют в распылительную сушилку 16, в которой она высушивается до 10% влажности.

Одновременно с процессами подготовки гидролизата в качестве питательной среды, культивирования дрожжей и обезвоживания культуральной жидкости осуществляется утилизация лигнина, полученного при гидролизе растительного сырья.

Из циклона 3 лигнин поступает в устройство 17 для нейтрализации известковым молоком и затем в устройство 18 пластификации. Из него пластифицированный лигнин направляется в формирователь 19, в котором его формуют в брикеты или гранулы. Формованный лигнин сушится в конвейерной сушилке 20, при этом в качестве сушильного агента используют вторичный сушильный агент, образующийся в сушилке 16. Этот сушильный агент имеет температуру около 100^oС и поступает в конвейерную сушилку 20 через поверхностный теплообменник 22. Высушенный формованный лигнин транспортером 25 подается в газогенератор 21, в котором из него получают горючий газ, содержащий водород, оксид углевода, углеводороды. Горючий газ сжигается в камере 23 сгорания сушилки 16 кормовых дрожжей.

Из нее последние подаются в блок циклонов, в которых отделяется отработанный сушильный агент от дрожжей и подается в теплообменник 22 и затем в сушилку 20. Высушенные дрожжи направляются на фасовку.

Изобретение позволяет существенно уменьшить энергозатраты на производство кормовых дрожжей, уменьшить объем вредных выбросов в атмосферу и снизить себестоимость полученного продукта, а также обеспечить безопасность производства.

Формула изобретения

1. Способ производства кормовых дрожжей, предусматривающий гидролиз древесного сырья, разделение гидролизата и лигнина, подготовку гидролизата для получения питательной среды, культивирование дрожжей на этой среде, плазмолиз полученной биомассы дрожжей и ее сгущение, сушку сгущенной биомассы сушильным агентом и получение из отделенного от гидролизата лигнина сушильного агента для дрожжей путем сушки лигнина и сжигания, отличающийся тем, что лигнин перед сушкой подвергают нейтрализации, пластификации и формованию и из формованного лигнина получают горючий газ, который сжигают и продукты его сгорания используют в качестве сушильного агента в процессе сушки дрожжей, причем отработанный сушильный агент после сушки дрожжей подают на сушку лигнина.

2. Установка для осуществления способа, включающая гидролизаппарат, подключенный к нему питатель древесного сырья и циклон для разгрузки гидролизаппарата от лигнина, блок испарителей для охлаждения гидролизата, подключенный к последнему по ходу процесса испарителю инвертор для дополнительного гидролиза, устройство для нейтрализации гидролизата, его отстойник, вакуум-охладительное устройство нейтрализата, дрожжерастильный аппарат, флотатор биомассы, сепаратор, плазмолизатор, вакуум-выпарной аппарат для сгущения биомассы дрожжей, их сушилку и сушилку лигнина, отличающаяся тем, что она снабжена устройствами для нейтрализации и пластификации последнего, формователем пластифицированного лигнина в брикеты перед сушилкой лигнина и газогенератором для получения горючих газов из сухих брикетов лигнина, при этом газогенератор подключен к камере сгорания сушилки кормовых дрожжей.

РИСУНКИ

Рисунок 1