Способ производства спирта и устройство для его осуществления

Способ производства спирта и устройство для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к процессам производства спирта и переработки крахмалсодержащего сырья, преимущественно зерновых культур.

Известен способ производства спирта, включающий сбраживание сусла в бродильном чане, циркуляцию сусла по внешнему замкнутому контуру, вакуумную отгонку водно-спиртовых паров и последующую их конденсацию (RU 2230788 С2, 2001 г.).

Вакуумную отгонку паров и их конденсацию ведут совместно с выделяющимся при брожении углекислым газом.

Недостатками указанного технического решения являются существенное увеличение объемов откачиваемой паро-газовой смеси, что накладывает дополнительные требования к вакуумному оснащению процесса, и наличие значительного количества неконденсирующихся газов в паровой фазе, что приводит к увеличению габаритов теплообменного оборудования и усложненности процесса технологии получения спирта в целом.

Ближайшим техническим решением является способ производства спирта, включающий сбраживание сусла в бродильном чане, предварительный отвод углекислого газа, циркуляцию сусла по внешнему замкнутому контуру с вакуумной отгонкой водно-спиртовых паров и последующую конденсацию (GB 2054645 А, 1981 г.).

Для более полного извлечения спирта сусло после вакуумной отгонки разделяют на два потока, один из которых в порядке рециркуляции возвращают в бродильный чан, а другой поток сусла подвергают сепарации и из образованной жидкости повторно отгоняют спирт в дополнительной емкости.

Недостатком указанного технического решения является значительная энергоемкость процесса производства спирта и связанные с этим энергозатраты.

Известно устройство для производства спирта, содержащее бродильный чан с внешним циркуляционным контуром по суслу, вакуум-насос и сборник образованного конденсата (RU 2230788 С2, 2001 г.).

Вакуум-насос в указанном техническом решении подключен непосредственно к газовому объему бродильного чана.

Недостатком указанного технического решения является вспенивание сусла в бродильном чане в процессе вакууммирования и образование на поверхности сусла значительного слоя пены, что приводит к увеличению габаритов бродильного чана и всего устройства в целом.

Ближайшим техническим решением изобретения является устройство для производства спирта, содержащее бродильный чан с внешним циркуляционным контуром по суслу, встроенный в контур испаритель, снабженный вакуумной линией с, по крайней мере, одним вакуум-насосом, связанный с испарителем конденсатор паров и сборник образованного конденсата (GB 2054645 А, 1981 г.).

В циркуляционный контур по суслу встроены сепаратор и дополнительная емкость отгонки спирта из отсепарированного сусла.

Недостатком указанного технического решения являются значительные габариты оборудования и энергоемкость процесса производства спирта.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении энергозатрат при производстве спирта и уменьшении габаритов технологического оборудования.

Указанный технический результат в части способа достигается тем, что в способе производства спирта, предусматривающем сбраживание сусла в бродильном чане, предварительный отвод из него углекислого газа, циркуляцию сусла по внешнему замкнутому контуру с вакуумной отгонкой водно-спиртовых паров и последующую их конденсацию, конденсацию водно-спиртовых паров осуществляют в два последовательных этапа, на первом из которых конденсацию ведут в условиях разрежения на теплообменной поверхности, температуру которой устанавливают такой, что на ней конденсируется часть поступивших водно-спиртовых паров, а на втором этапе осуществляют окончательную конденсацию на струях охлажденного водно-спиртового конденсата, при этом давление в конденсаторе и испарителе регулируют путем изменения количества сконденсированной части паров в конденсаторе, а сусло после отгонки перед подачей в бродильный чан нагревают.

Указанный технический результат в части устройства достигается тем, что в устройстве для производства спирта, содержащем бродильный чан с внешним циркуляционным контуром по суслу, встроенный в контур испаритель, снабженный вакуумной линией с, по крайней мере, одним вакуум-насосом, связанный с испарителем конденсатор паров и сборник образованного конденсата, конденсатор встроен в вакуумную линию, а вакуум-насос выполнен в виде струйного аппарата, пассивное сопло которого подключено к полости конденсатора, а выход и активное сопло сообщены со сборником конденсата, причем в циркуляционный контур по суслу после испарителя встроен нагреватель.

В вакуумную линию перед конденсатором может быть встроен дополнительный вакуум-насос.

На чертеже схематично изображено предложенное устройство, реализующее описанный способ производства спирта.

Устройство для производства спирта содержит бродильный чан 1 с внешним циркуляционным контуром 2 по суслу, встроенный в контур 2 испаритель 3, снабженный в свою очередь вакуумной линией 4 с, по крайней мере, одним вакуум-насосом 5, связанный с испарителем 3 конденсатор 6 паров и сборник 7 образованного конденсата. Конденсатор 6 встроен в вакуумную линию 4, а вакуум-насос 5 выполнен в виде струйного аппарата, пассивное сопло которого подключено к полости конденсатора 6, а выход и активное сопло сообщены со сборником 7 конденсата, причем в циркуляционный контур 2 по суслу после испарителя 3 встроен нагреватель 8.

В общем случае, для создания разрежения в испарителе 3, может быть использован вакуум-насос любого исполнения, однако выполнение его в виде струйного аппарата с описанным подключением сопел исключает потери спирта с газовой составляющей и обеспечивает повышение степени извлечения спирта.

Кроме того, в вакуумную линию 4 перед конденсатором 6 может быть встроен дополнительный вакуум-насос 9. Бродильный чан 1 может быть снабжен вспомогательным охлаждающим контуром 10 с теплообменником 11.

Описываемый способ осуществляется следующим образом.

В бродильном чане 1 затворяют сусло и выбраживают его при атмосферном давлении. При необходимости, для поддержания оптимальной температуры брожения сусла, его прокачивают по вспомогательному охлаждающему контуру 10. В процессе брожения происходят накопление спирта в массе сусла и выделение углекислого газа. Углекислый газ постоянно отводится из чана 1 по технологическому назначению (при необходимости через устройства спиртоулавливания), и при полном прекращении процесса брожения сусло подается в циркуляционный контур 2, прокачивается через испаритель 3, нагреватель 8 и возвращается в бродильный чан 1. Давление в испарителе 3 поддерживается несколько ниже давления вскипания бинарной водно-спиртовой смеси при рабочей температуре сусла, которое раздается в испарителе 3 струями и в условиях пониженного давления находящиеся в составе сусла спирт и вода вскипают и в виде водно-спиртовых паров с примесью некоторого количества углекислого газа откачивается через вакуумную линию 4. Частично освобожденное от спирта сусло подогревается в нагревателе 8 до требуемой рабочей температуры и подается в бродильный чан. Циркуляцию сусла по контуру 2 поддерживают до полного выхода из его состава спирта, по завершении чего выработавшееся сусло сливают, и бродильный чан 1 заполняют свежей порцией сусла. В процессе циркуляции содержание спирта в сусле постоянно снижается, и для его дальнейшего извлечения осуществляют взаимную корректировку рабочей температуры сусла и значения давления в испарителе 3. Водно-спиртовые пары с примесью газов откачиваются из испарителя 3 вакуум-насосом 5 при рабочей температуре сусла и в процессе движения по вакуумной линии 4 поступают в конденсатор 6, в котором реализуется первый этап конденсации паров. Первый этап конденсации ведут в условиях разрежения на теплообменной поверхности, температуру которой выбирают с тем, чтобы из поступившего количества водно-спиртовых паров сконденсировалось лишь определенное, заданное их количество. Таким образом, путем регулирования количества сконденсированной части паров в конденсаторе 6 поддерживается и регулируется требуемое значение давления как в самом конденсаторе 6, так и в испарителе 3. Далее смесь конденсата с несконденсированными парами и примесью углекислого газа поступает на второй окончательный этап конденсации, после чего образованный конденсат отводится в сборник конденсата. Второй этап конденсации организуют на струях охлажденного вводно-спиртового конденсата, в результате чего достигается полное отделение спирта от газовой составляющей без увеличения водного компонента в водно-спиртовом конденсате.

При необходимости получения более глубокого вакуума в вакуумную линию 4 перед конденсатором 6 может быть встроен дополнительный вакуум-насос 9, при этом регулированием количества сконденсированных паров на первом этапе устанавливают требуемое значение давления на выходе из вакуум-насоса 9, тем самым определяя итоговое давление в испарителе 3.

Давление в испарителе 3 складывается из парциальных давлений спирта, воды и диоксида углерода и определяется только крепостью бражки и температурой.

Предельная температура бражки ограничивается термотолерантностью (температурной устойчивостью) дрожжевых клеток, осуществляющих сбраживание сахаросодержащего сырья, и находится на уровне 35-40°С.

Концентрация спирта в бражке по ходу процесса меняется от 0% (начало процесса) до порядка 4-6% в середине. Отгонка полностью сбраженного сусла для ускорения процесса может производиться при повышенных температурах, например, 60-80°С.

Конденсатор 6 в вакуумном тракте служит для снижения нагрузки на струйный вакуум-насос 5, а в ряде случаев для поддержания его работы в эффективном расчетном режиме.

Дополнительный вакуум-насос 9 предназначен для создания определенного давления парогазовой смеси перед струйным вакуум-насосом 5, поскольку требуемая степень улавливания (конденсации) спирта прямо определяется величиной этого давления при установленной температуре рабочего спирто-водяного раствора, прокачиваемого через струйный вакуум-насос 5.

Таким образом, предложенное техническое решение снижает энергозатраты при производстве спирта, уменьшает габариты технологического оборудования и обеспечивает более полное извлечение спирта из сусла.

1. Способ производства спирта, предусматривающий сбраживание сусла в бродильном чане, предварительный отвод из него углекислого газа, циркуляцию сусла по внешнему замкнутому контуру с вакуумной отгонкой водно-спиртовых паров и последующую их конденсацию, отличающийся тем, что конденсацию водно-спиртовых паров осуществляют в два последовательных этапа, на первом из которых конденсацию ведут в условиях разрежения на теплообменной поверхности, температуру которой устанавливают такой, что на ней конденсируется часть поступивших водно-спиртовых паров, а на втором этапе осуществляют окончательную конденсацию на струях охлажденного водно-спиртового конденсата, при этом давление в конденсаторе и испарителе регулируют путем изменения количества сконденсированной части паров в конденсаторе, а сусло после отгонки перед подачей в бродильный чан нагревают.

2. Устройство для производства спирта, содержащее бродильный чан с внешним циркуляционным контуром по суслу, встроенный в контур испаритель, снабженный вакуумной линией с, по крайней мере, одним вакуум-насосом, связанный с испарителем конденсатор паров и сборник образованного конденсата, отличающееся тем, что конденсатор встроен в вакуумную линию, а вакуум-насос выполнен в виде струйного аппарата, пассивное сопло которого подключено к полости конденсатора, а выход и активное сопло сообщены со сборником конденсата, причем в циркуляционный контур по суслу после испарителя встроен нагреватель.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в вакуумную линию перед конденсатором встроен дополнительный вакуум-насос.