Способ подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения (его варианты) и устройство для осуществления способа

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 190280 (21) 2888091/28-13 (31) М.KA.З с присоединением заявки ¹â€”

С 12 С 7/04

//С 1 3 К 1/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53) УДК664.2.03 (088.8) Опубликовано 2308.82. Бюллетень ¹31

Дата опубликования описания 23)3882

Р. A. Восканян, В.Л. Яровенко, Б. A. Устн нников р И%тйолуянс вау -. (В.И. Степанов, Ю. Н.Дубров, H.Е. Беняев и M.). Пограян;;;;ло:; ..„ !

,1 ° -к. ° „. „.рВсесоюзный научно-исследовательский институт j продуктов брожения Н Д 4 аО c.Б". -чг е (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (5 4 ) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ КРАХМАЛСОДЕРЖАЩЕГО

СЫРЬЯ ДЛЯ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОИСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБА

Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к способу подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения и устройствам для осуществления способа.

Известны способы подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожей я, предусматривающие измельчение его, экструзию с термической обработкой и осахаривание зкструдата (11.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения, предусматривающий смешивание цельного сырья с водой, экструзию его и осахаривание (2) .

Однако известный способ не позволяет обрабатывать крахмалсодержащее сырье с пониженной влажностью — 6-8% и повышенной — более 50%.

Кроме того, при экструдировании необходимо создавать большой градиент температуры, что связано с энергозатратами.

Целью изобретения является создание таких условий, при которых возможно использовать крахмалсодержащее сырье любой влажности а также снижение энергозатаат. 30

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения, предусматривающему смешивание сырья с водой, экструзию его и осахаривание, перед экструзией смесь сырья с водой подвергают термической обработке при 90-100оС в течение 15-60 мин, затем отделяют воду от сырья, направляют его на экструзию, а отделенную воду смешивают с экструдатом и смесь охлаждают до температуры осахаривания.

По этому варианту рекомендуется экструзию проводить при температуре

90-230оС. Можно вести экструзию вначале при 20 50оС, а затем при 100200оС.

Кроме того, в способе подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртоBoI о брожения, предусматривающем смешивания сырья с водой, экструзию его и осахаривание, перед экструзией смесь сырья с водой выдерживают для набухания крахмала, отделяют воду от сырья и направляют его на экструзию, а перед осахариванием отделенную воду смешивают с экструдатом.

По этому варианту экструзию можно проводить при температуре 90-200оС.

952954

Рекомендуется по этому варианту экструзию проводить при 18-35 C e перед осахариванием смесь экструдата с водой подвергать термической обработке при 90-100 С в течение 1560 мин. 5

Известно устройство для подготов.— ки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения, содержащее рабочую камеру с приемным бункером и расположенный внутри камеры вращающийся l0 транспортирующий орган (3).

Однако известное устройство не обеспечивает условия для подготовки к гидролизу сырья любой влажности.

Целью изобретения является созда. †15 ние таких условий, при которых возможно было бы использовать перед гидролизом сырье любой влажности, повышение производительности и снижение энергоемкости. 20

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения, содержащем рабочую камеру с приемным бункером и расположенным внутри корпуса вращающимся транспортирующим органом, последний состоит из установленного по ходу передвижения сырья шнека и сопряженных с ним и между собой полых геометрических тел вращения образуя единый корпус, в котором установлена перегородка, разделяющая корпус на зону холодной обработки сырья с патрубками для ввода воды и пара и сливным патрубком с сеткой для отделения 3 жидкой фазы и зону горячей обработки с пароподводящим патрубком, при этом шнек расположен в зоне холодной обработки.

Сопряженные со шнеком геометричес-40 кие тела вращения выполнены в виде усеченного конуса и цилиндра, большее основание которого сопряжено со следующим телом, выполненным в виде цилиндра. Можно оба тела вращения вы-45 полнить в виде усеченных конусов, сопряженных между собой большими основаниями. Предусмотрено вращающийся ,транспортирующий орган установить с возможностью возвратно-поступательно- го перемещения в горизонтальной плоскости вдоль оси корпуса.

Рабочая камера .с расположенным внутри него вращающимся транспортирующим органом расположена в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Сущность первого варианта способа заключается в.следующем. Целое крахмалсодержащее сырье после сепарации и взвешивания смешивают с водой в со-60 отношении 1:3 или 1:4 и подвергают термической обработке при температуре 90-100 С в течение 15-60 мин, ватем массу после термической обработки разделяют на два потока: воду и 6S сырье, сырье экструдируют при температуре 90-200ОС.

Можно экструдировать сырье вначале при 20-50ОС, устанавливаемой вводом теплой воды, а затем мгновенно подавать в зону с температурой 100170 С вводом пара.

Экструдат смешивают с отделенной охлажденной водой и смесь направляют на осахаривание.

Сущность второго варианта способа заключается в следующем. Сырье замачивают в холодной или горячей воде в соотношении 1:3 или 1:4 и выдержи- вают 5-25 ч для набухания, затем воду отделяют от сырья, экструдируют при температуре 18-35 C или 90-200ОС, а затем экструдат смешивают с отде ленной водой и смесь в первом случае подвергают термической обработке при 90-100 С в течение 15-60 мин, охлаждают до 58-60 С и направляют на осахаривание.

Пример 1. Целое пшеничное зерно влажностью 12Ъ смешивают с водой s соотношении 1:4 и подвергают термической обработке при 95 С в те-, чение 30 мин. Влажность при этом до- стигает 38%. Затем смесь разделяют на воду и зерно. Зерно экструдируют при 110ОС, затем экструдат смешивают с водой, охлаждают смесь до 59 С и направляют на осахаривание. Электронагрузка на двигатель при этом в целом составляет 2,5 кВт, тогда как в известном случае составляет 18,0 кВт.

Выход спирта при брожении на кукурузе составляет 70,2 дал на 1 т условного крахмала.

Пример 2. То же, в примере

1, только экструзию вначале ведут при 40 С, устанавливаемой потоком теплой воды, а по истечении 10 с температурный режим устанавливают потоком пара, равным 120ОC.

Расход электроэнергии составляет

2,5 кВт. Выход спирта — 70,1 дал.

Пример 3. Целое зерно риса влажностью 11% замачивают в теплой воде в весовом соотношении 1:4 и выдерживают 12 ч до влажности 22%. Затем от зерна отделяют воду, а зерно экструдируют при 320 С Полученный экстракт смешивают с отделенной водой, подвергают термической обработке при 96ОC в течение 50 мин. Затем массу охлаждают до 58ОС и направляют на осахаривание. Выход спирта при брожении составляет 69,7%. Расход энергии — 2,0 кВт.

Пример 4. Тоже, что в примере 3, только зерно экструдируют при 120 С. Выход спирта составляет

69,9% а расход энергии — 2 кВт.

П р .и м е р 5. Целое кукурузное зерно влажностью 12% смешивают с водой в соотношении 1:3 и выдерживают в течение 24 ч. Затем воду отделяют

952954 а зерно экструдируют вначале при 25 С в течение 5 с, а затем при 200 С. Экструдат смешивают с отделенной водой и направляют на осахаривание затем на брожение. Выход спирта составляет

67,9%, расход электроэнергии — 2,2 кВт. 5

Следует отметить, что в обоих вариантах энергозатраты могут быть сведены к минимуму за счет того, что термическую обработку можно осуществлять за счет отводящего тепла или !О даже эа счет вторичной утилизации газа или пара. Если первый вариант приемлем в основном для заводов, имекщих большое количество вторичного пара, то второй вариант проходит без энер- q гозатрат. Холодное набухание можно вести в ночное время, когда на заводах подработочные цехи не работают.

Холодное экструдирование при 18-25 С проходит беэ дополнительных энергозатрат на нагрев камеры экструдера.

Выбор варианта должен соответствовать условиям завода, его территориальному размещению, виду обрабатываемого сырья.

Таким образом, каждый вариант име25 ет свои преимущества.

На фиг.1 изображена общая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 выполнение геометрических тел вращения; на фиг.3 — вертикальное располо- 30 жение устройства.

Устройство состоит из расходного бункера 1, установленного на рабочей камере 2 вращающегося транспортирующего органа, состоящего из шнека 3 и 35 сопряженных с ним и между собой полых геометрических тел вращения 4 и образующих единый корпус 6 °

Внутри корпуса 6 установлена перегородка 7, разделяющая его на зону 4П холодной обработки 8 с патрубком для подачи воды 9 и сливным патрубком 10 с сеткой 11. Зона горячей обработки

12 имеет патрубок для подачи пара 13.

Патрубок 14 служит для выхода сырья.

Геометрические тела вращения 4 и

5 могут быть выполнены в виде усеченного конуса и цилиндра или в виде двух усеченных конусов, сопряженных между собой большими основаниями.

Устройство имеет механизм (не показан), сообщающий ему возвратно-поступательное перемещение в горизонтальной плоскости, и привод.

Устройство работает следукщим образом.

Сырье подают через расходный бункер 1, которое перемещается шнеком 3 и геометрическими телами вращения 4 и

5 внутреннего корпуса 6. Перемещаясь шнеком 3 по зоне холодной обработки 60

8, сырье прессуется и диспергируется, а выделякщаяся при этом жидкость отводится патрубком 10 через сетку 11.

В зоне горячей обработки 12 сырье обезвоживается. В этой зоне происхо- 65 дит деструкция межклеточных и клеточных оболочек зерна. Экструдат через патрубок 14 отводится на осахаривание и брожение.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволит значительно интенсифицировать технологический процесс подготовки крахмалсодержащего сырья к осахариванию за счет независимости от влагосодержания исходного сырья, учитывая, что на спиртовый завод поступает сырье с различной влажностью.

Кроме того, процесс интенсифицируется за счет того, что способы позволяют при одних и тех же режимах обрабатывать различное крахмалсодержащее сырье и даже их смесь.

Технико-экономический расчет показал, а экспериментальные показатели подтвердили, что в сравнении с известной машиной А1-КХП при экструдировании высоковлажного сырья производительность предлагаемой машины увеличивается в три раза, а энерго- затраты с 20 кВт уменьшаются до 2-3 кВт при равнозначном качестве полученного экструдата для дальнейшего осахаривайия.

Формула изобретения

1. Способ подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения, предусматривакщий смешивание сырья с водой, экструзию его и осахаривание, отличающийся тем, что, с целью возможности использования крахмалсодержащего сырья любой влажности и снижения энергозатрат, перед экструзией смесь сырья с водой подвергают термической обработке при

90-100ОС в течение 15-60 мин, затем отделяют воду от сырья и направляют его на экструзию, à отделеннущ воду смешивают с экструдатом и смесь охлаждают до температуры ос л ринания.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что экструзию проводят при 90-200ОС.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ющ,и и с я тем, что в начале процесса температуру экструзии устанавливают равной 20-50 С, а затем - 100200о C

4. Способ подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения, предусматривающий смешивание сырья с водой, экструзию егои осахаривание, отличающийся тем, что, с целью BosMoxHQOTH использования крахмалсодержащего сырья любой влажности и снижения энергозатрат, перед экструзией смесь сырья с водой выдерживают для набухания крахмала, отделяют воду от сырья и направляют его

952954 на экструзию, перед осахариванием отделенную воду смешивают с экструдатом.

Способ по п.4, о т л и ч а ю— шийся тем, что экструзию проводят при 90-200 С. 5

6. Способ по п.4, о т л и ч а ю шийся тем, что экструзию проводят при 18-35 С, а перед осахариванием смесь экструдата с водой подверга-; ют термической обработке при 90-1ООС С 0 в течение 15-60 мин.

7. Устройство для подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения, содержащее рабочую камеру с приемным бункером и расположенным внутри корпуса вращающимся органом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью возможности использования сырья любой влажности, повышения производительности и снижения энергозатрат, вращающийся транспортирующий орган состоит из установленного по ходу передвижения сырья шнека и сопряженных с ним и между собой полых геометрических тел вращения, образуя единйй полый корпус, в котором установлена перегородка, разделяющая корпус на зону холодной обработки сырья с патрубками для ввода воды и сливным патрубком с сеткой для отделения жидкой фазы и зону горячей обработки с пароподводящим патрубком, при этом шнек расположен в зоне холодной обработки.

8. Устройство по п.7, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что сопряженные со шнеком геометрические тела вращения соответственно выполнены в виде усеченного конуса и цилиндра, сопряженных между собой большим основанием конуса.

9. Устройство по п.7, о т л и ч аю щ е е с я тем, что сопряженные со шнеком геометрические тела вращения выполнены в виде усеченных конусов, сопряженных между собой большими основаниями.

10. Устройство по п.7, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что транспортирующий орган установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси корпуса.

11. Устройство по п.7, о т л ич а ю щ е е с я тем, что рабочая камера с транспортирующим органом расположена в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство .СССР по заявке Ф 2732602/28-13, кл. С 13 К 1/02, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2841342/28-13, кл. С 12 С 7/04, 1979 (прототип).

3. Авторское свидетельство СССР

656612, кл. В 23 N 17/00, 1976 (прототип).