Производство кормовых дрожжей на зерно-картофельной послеспиртовой барде мощностью 300 т/сутки Оглавление Введение ............................................................................................................................................................ 1 1 Аналитический обзор литературы ................................................................................................................ 5 2 Практическая (расчетная) часть .................................................................................................................. 15 2.1 Технологическая схема получения кормовых дрожжей из послеспиртовой барды ...................... 15 2.2 Материальный и тепловой балансы .................................................................................................... 19 2.3 Тепловой баланс блока выращивания дрожжей ............................................................................... 20 3 Подбор основного технологического оборудования ................................................................................ 22 3.1 Дрожжерастильный аппарат ................................................................................................................ 22 3.2. Подбор нагнетателя воздуха (турбовоздуходувки)........................................................................... 22 4 Энергозатраты на выращивание дрожжей ................................................................................................ 23 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................ 24 Введение В связи с сокращением запасов ископаемого органического сырья в последние годы во всем мире уделяется серьезное внимание вопросам химической и биотехнологической переработки биомассы растительного сырья (фитомассы) – древесины и сельскохозяйственных растений. В отличие от ископаемых источников органического сырья запасы фитомассы возобновляются в результате деятельности высших растений. Ежегодно на нашей планете образуется целлюлозосодержащей около биомассы. 200 Биосинтез млрд. т. целлюлозы крупномасштабный синтез в прошлом, настоящем и будущем. растительной – самый В следующем столетии основными видами органического сырья будут древесина, сельскохозяйственные растения и каменный уголь, в свою очередь имеющий растительное происхождение. По ориентировочным оценкам мировые разведанные запасы нефти примерно равны запасам древесины на нашей планете, однако ресурсы нефти быстро истощаются, в то время как в результате естественного прироста запасы древесины увеличиваются. Значительным резервом повышения ресурсов древесного сырья является увеличение выхода целевых продуктов из древесины. В недалеком будущем нас ожидает переход от нефтехимического производства к биохимической и химической переработке древесины и других видов растительного сырья. Переработка биомассы растительного сырья базируется в основном на сочетании химических и биохимических процессов. Под биотехнологией обычно понимают промышленный биохимический синтез ценных происхождения. веществ и переработку Производственной основой продуктов биологического современной биотехнологии является микробиологическая промышленность, включающая гидролизные производства. Эти производства основаны на реакции гидролитического расщепления гликозидных связей полисахаридов биомассы одревесневшего растительного сырья с образованием в качестве основных продуктов реакции моносахаридов, которые подвергаются дальнейшей биохимической или химической переработке, либо входят в состав товарной продукции. Гидролиз растительного сырья – наиболее перспективный метод химической переработки древесины, так как в сочетании с биотехнологическими процессами позволяет получать кормовые и пищевые продукты, биологически активные и лекарственные препараты, мономеры и синтетические смолы топливо для двигателей внутреннего сгорания и разнообразные продукты для технических целей. В настоящее время гидролизная промышленность занимает ведущее место в мире по выработке основных видов продукции: кормовых дрожжей и технического этанола. Комплексная программа развития гидролизной промышленности предусматривает увеличение производства всех видов выпускаемой продукции за счет: освоения всеми действующими предприятиями проектных мощностей, введение новых мощностей на ряде действующих предприятий при их реконструкции, строительства и ввода в эксплуатацию новых предприятий, технического перевооружения предприятий на основе принципиально новой техники и технологиих[9]. Промышленное производство микробной белковой биомассы организовано на основе переработки углеводного и углеводородного сырья. Кормовые дрожжи вырабатываются с использованием следующих видов углеводного сырья: гидролизатов древесины и растительных отходов сельскохозяйственного производства и обесспиртованной барды гидролизноспиртового производства, сульфитных щелоков и предгидролизатов сульфатноцеллюлозного производства. Микроорганизмы также культивируют на углеводородном сырье: белково-витаминном концентрате (паприне), полученном при выращивании аспорогенных дрожжей на эмульсии н-парафинов в воде, бактериальной микробной биомассе (гаприне), выращиваемой на природном пропускаемом через ферментатор с культуральной жидкостью. газе, Кормовую микробную биомассу можно также получить при использовании в качестве сырья окисленных углеводородов, в первую очередь метанола и этанола[10]. Кормовые дрожжи вырабатываются на специализированных гидролизнодрожжевых заводах производственной мощностью 5-60 тыс. т дрожжей в год, а также на заводах спиртодрожжевого, фурфурольно-дрожжевого и ксилитнодрожжевого профилей. Белково-витаминные кормовые дрожжи являются продуктом биохимической переработки моносахаридов, получаемых при гидролизе полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок различных растительных отходов. Гидролизные дрожжи вследствие высокого содержания в них полноценных, хорошо усвояемых белков, биологически активных веществ − витаминов, ферментов, гормонов и микроэлементов применяются в качестве корма для домашних животных и птиц. Добавка кормовых дрожжей к растительным кормам, богатым углеводами, значительно улучшает их качество и повышает биологическую ценность. Белковые кормовые дрожжи по питательности и усвояемости не уступают кормам животного происхождения. В дрожжах содержится 46-55 % белка, который в свою очередь содержит все жизненно необходимые аминокислоты. В золе кормовых дрожжей содержатся также ценные для животных и птиц макро- и микроэлементы. Таким образом, кормовые дрожжи, выращенные на гидролизных средах, богаты многими витаминами, входящими в состав различных ферментативных систем и участвующими в белковом и углеводном обмене, окислительновосстановительных и других биохимических процессах. Содержащиеся в дрожжах ферменты, гормоны и другие продукты микробиологического синтеза играют важную роль в улучшении обмена веществ в организме животных и птиц. 1 Аналитический обзор литературы Процесс выращивания кормовых дрожжей на послеспиртовой барде позволяет снизить БПК биологический показатель кислорода в послеспиртовой баре с 60000 до 22000 г/литр. Побочным продуктом производства кормовых дрожжей на послеспиртовой барде является последрожжевая барда. Последрожжевая барда с БПК 22000 г/литр поступает на последующую очистку в анаэробно-аэробные очистные сооружения, где ее БПК снижается до 30 г/литр [11]. Дополнительно , в процессе очистки последрожжевой барды на анаэробно-аэробных очистных сооружениях происходит образование кормового концентрата витамина энергоснабжения роста очистных В12 и газа метана сооружений) (для отопления метановым и брожением последрожжевой барды[4]. Производственные стоки после такой биологической очистки станут пригодны для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения, или же для повторного использования в технологическом процессе. Зернокартофельная барда образуется в заключительном процессе производства спирта в результате перегонки бражки. Основными видами пищевого сырья для производства спирта являются зерновые культуры и картофель. Зерно. Основными видами зерновых культур, перерабатываемых на спирт, являются: рожь, ячмень, пшеница, кукуруза, просо, овес. На химический состав зерна, так же как и картофеля, оказывают влияние: вид культуры и сорт зерна, почвенно-климатические условия, приемы агротехники, условия хранения и другие факторы. В среднем в зерне содержится 14 % воды и 86 % сухих веществ. Альбумин и глобулин, как правило, являются полноценными белками, так как содержат 8 незаменимых аминокислот. Наиболее ценными культурами для спиртового производства являются рожь, пшеница, кукуруза, имеющие наибольшее содержание крахмала и наименьшее — клетчатки. * Крахмал является важнейшей составной частью, определяющей ценность картофеля как сырья для производства спирта. В картофеле присутствуют разнообразные ферменты, осуществляющие реакции обмена веществ. Из минеральных веществ больше всего в нем содержится калия, его окиси составляют в среднем 60 % золы, и фосфора до 17 %. При переработке на спиртовых заводах крахмалистого сырья только 30— 33 % сухого вещества сырья превращается в спирт, примерно такое же количество переходит в углекислоту, а остальные 30—35 % — в отходы производства (барду). Барда содержит все питательные вещества, присущие исходному сырью, за исключением комплекса углеводов (крахмал и сахар). Так как все процессы производства осуществляются в водной среде, содержание сухих веществ в барде невелико и колеблется в зависимости от ассортимента сырья в пределах от 4 до 8 %. Важнейшей составной частью сухих веществ барды являются азотистые вещества, в состав которых входят протеины, аминокислоты и др. Другую группу сухих веществ составляют так называемые безазотистые вещества или углеводы — декстрины, сахара, крахмал, пектиновые вещества и прочие углеводы, за исключением клетчатки и гемицеллюлозы. Состав картофельной и зерновой барды различен. Первая содержит меньшее количество сухих веществ — 3,2—4,1 %, вторая — большее — 6,7— 7,8 %. В сухих веществах картофельной барды меньше протеина, чем в зерновой: 18,7—19,5 % против 26,8—27,5 % и относительно меньше жиров — 3,1 % против 5,9—7,5% в зерновой барде. Вместе с тем картофельная барда богаче зерновой по содержанию углеводов и золы. В сухом веществе картофельной барды 56,2—58,5 % углеводов, в то время как в зерновой — в пределах 40,0—41,8 % Барда имеет кислую реакцию (рН = 4,2). Удельный вес ее колеблется от 1,02 до 1,08 и в среднем составляет 1,04. В ней содержатся витамины группы В, поэтому, несмотря на большое содержание воды, она считается ценным кормовым продуктом[5]. На основании многочисленных анализов и опытов по изучению перевариваемости и усвояемости сельскохозяйственными животными отдельных составных частей барды установлено, что кормовая ценность ее составляет 1/4—1/3 кормовой ценности того материала, из которого получена барда. По данным [12] 1 дал картофельной барды эквивалентен 0,4 корм, ед., ржаной — 0,8, кукурузной — 0,9 корм. ед. Коэффициент перевариваемости протеина в картофельной барде — 52 %, в кукурузной — 65, в ржаной — 52 %. Барда является белковым кормом и хорошей средой для выращивания микроорганизмов — продуцентов белка и витаминов. При выращивании кормовых дрожжей на зернокартофельной барде образуется отход — вторичная барда. Во вторичной барде по сравнению с натуральной содержание витаминов группы В повышено в 1,5—2,0 раза. Особенно увеличено содержание витаминов Bi и Вг. Вторичная барда полностью используется на корм скоту, особенно крупному рогатому. Норма образования зернокартофельной барды зависит от вида сырья, техники и технологии его переработки, а также от содержания спирта в бражке. При нормальном содержании спирта в бражке (8,0—8,2 %) количество барды на 1 дал спирта составляет в среднем 13,8—13 5 дал. Для расчета объемов зернокартофельной барды с содержанием в ней 7,5% сухих веществ принят выход 135 м3 на 1000 дал спирта-сырца. Объемы образования зернокартофельной барды, исходя из фактических и расчетных объемов производства спирта, приведены в табл. 2.4.6. Качество зернокартофельной барды определяется ее кормовой ценностью, которая в свою очередь зависит от содержания в барде усвояемого протеина. В сухом веществе зернокартофельной барды содержится в 2—3 раза больше протеина, чем в исходном сырье. Содержание пищевых веществ и кормовая ценность барды зависят от вида используемого сырья — зерна или картофеля. В настоящее время в СССР основная масса зерпокартофельной барды скармливается сельскохозяйственным животным в натуральном виде. Зернокартофельная барда в свежем виде отпускается в среднем по цене 50 коп. за 1 т (с колебанием от 0,3 до 3 руб./т). Приведенные цифры показывают, что зернокартофельная барда реализуется по цене, не соответствующей ее потребительским свойствам. Полное использование барды в свежем виде затруднено, так как транспортировка ее на дальние расстояния связана с большими затратами из-за высокого содержания в барде воды (до 95 %). Хранение барды летом в течение более одних суток приводит к разложению белка, что вызывает закисание барды и снижение ее кормовых качеств. Более рациональным способом утилизации зернокартофельной барды является использование ее в качестве сырья для выращивания микроорганизмов, кормовых дрожжей и получения других ценных белковых продуктов, а также упаривание и сушка ее. В 1970—1980 гг. зернокартофельная барда использовалась в основном в свежем виде в качестве корма скоту и только 7—8 % ее шло на производство сухих кормовых дрожжей, которых было выработано: Сухие кормовые дрожжи из барды Получение сухих кормовых дрожжей —значительный шаг в направлении рационального использования ценных веществ барды. Дрожжевые клетки, используя полисахариды, сахара, а также азотсодержащие неорганические соединения (аммониевые соли), синтезируют белок, витамины и другие физиологически важные активные вещества. Коэффициент усвояемости белка кормовых дрожжей составляет 0,83— 0,95 по сравнению с 0,52—0,65 белка барды. Кормовые дрожжи выращивают на грубом фильтрате барды. Технология получения кормовых дрожжей на зернокартофельной барде состоит из следующих стадий: размножения маточных дрожжей, выделения дробины (фильтрация барды), приготовления питательной среды, выращивания кормовых дрожжей, выделения и сгущения дрожжей, сушки, расфасовки и упаковки (см. схему на 2.4.2). После выращивания дрожжи отделяются на сепараторах, а фугат смешивается с дробиной от фильтрации барды и получается вторичная барда, количество которой составляет 72,2 % исходной. Химический состав кормовых дрожжей зависит от состава сырья, применяемого для производства спирта — зерна или картофеля[5] Кормовые дрожжи, выпускаемые спиртовыми заводами,- перерабатывающими крахмалистое сырье, должны соответствовать ГОСТ 20083—74 «Дрожжи кормовые». Они содержат 51—56 % сырого протеина и имеют коэффициент перевариваемости не менее 83 %. Кормовые дрожжи, получаемые аминокислот. на зернокартофельной барде, содержат 12 незаменимых В состав кормовых дрожжей входят фосфор и кальций в соотношениях, обеспечивающих нормальное развитие костного остова молодняка, разнообразные ферменты и гормоны, улучшающие обмен веществ. Значительное увеличение количества перевариваемого протеина имеет место за счет введения в барду неорганического азота, что очень важно для животноводства, так как белковый состав кормов оценивается по содержанию протеина. Для нормирования расхода зернокартофельной барды на производство 1 т сухих кормовых дрожжей с 1979 г. установлены нормы, которые разработаны исходя из существующего регламента на производство сухих кормовых дрожжей с учетом усовершенствования технологической схемы, оборудования и других мероприятий: при выращивании кормовых дрожжей на зерновой барде — 3000 кг/1000 дал спирта и на картофельной барде — 1700 кг/1000 дал спирта; при выращивании дрожжей на смешанной зернокартофельной барде выход сухих кормовых дрожжей определяется как средневзвешенная величина и составляет 2900 кг/1000 дал спирта (из расчета 10 % картофельной и 90 % зерновой барды). Удельный объем расхода зернокартофельной барды на производство 1 т сухих кормовых дрожжей за 1980 г. составил 5 тыс. дал/т с учетом переработки 81 % зерновой барды и 19 % картофельной и из тапиоки. Отпускная цена на сухие кормовые дрожжи колеблется от 295 до 385 руб. за 1 т (при влажности 10%) в зависимости от содержания в них протеина. Другие кормовые продукты из барды. В настоящее время проблема обеспеченности сельского хозяйства белком весьма актуальна, так как производство кормового белка отстает от развития животноводства. Для увеличения ресурсов белковых кормов для нужд животноводства Всесоюзным научно-исследовательским институтом продуктов брожения разработан ряд методов по производству жидких и сухих кормовых дрожжей на базе цельной зернокартофельной барды. Результаты проведенных исследований позволили усовершенствовать схему утилизации барды и разработать безотходную технологию выращивания кормовых дрожжей на цельной зернокартофельной барде без отделения дробины. В результате выход готового продукта повысился до 8—9 т на 1000 дал спирта за счет лучшего использования сухих веществ барды, содержащих 45—48 % протеина. При этом исключается образование вторичной барды. Разработанная институтом технологическая схема прошла производственную проверку на Мичуринском экспериментальном заводе, по результатам которой себестоимость кормовых дрожжей определена в 135,2 руб. за 1 т. В среднем оптовая цена с учетом содержания в барде протеина может быть принята в сумме 320 руб. за 1 т. В отличие от действующей технологической схемы производства сухих кормовых дрожжей, по этой схеме дрожжи вырабатываются из зернокартофельной барды без отделения дробины и получения вторичной барды, т. е. барда используется в натуральном виде для выращивания на ней дрожжевой культуры. При этом в нее добавляется азотистое питание п виде сернокислого аммония — 5 кг на 1 м3 барды или мочевины — около 2,2 кг на 1 м3 барды. Полученная дрожжевая культура высушивается и в сухом виде (до 10 % остаточной влажности) отпускается потребителям в качестве кормовых дрожжей. Особенностью производства кормовых дрожжей из натуральной барды является значительное упрощение оборудования, так как становятся излишними медные конические сита для отделения дробины, оборудование для сепарации дрожжей, в том числе дрожжевые сепараторы со сборниками, а также устройство для получения и раздачи вторичной барды. Вместе с тем требуется высушивание всей дрожжевой культуры. Данный способ получения кормовых дрожжей создает предпосылки для перехода заводов при переработке зернокартофелыюго сырья на безотходное производство, при котором отпадает необходимость в значительных земельных массивах для создания полей фильтрации и возникают условия для оздоровления окружающей среды. При откорме крупного рогатого скота, в том числе молочного, а также свиней па комплексах, расположенных вблизи спиртовых заводов, экономически целесообразно перерабатывать барду в жидкие кормовые дрожжи по технологии сухих кормовых дрожжей на цельной барде, исключая стадии сепарации и высушивания[11]. УкрНИИСПом разработана и проверена в заводских условиях технология производства сушеной барды, разработаны также и утверждены технические условия и временная цена на нее— 155 руб. за 1 т. Сухая зерновая барда является полноценным белковым кормом. Производство ее несложно. Выход товарной продукции составляет 11 — 11,5 т на 1 ООО дал спирта. Содержание истинного протеина в ней 25 %. Коэффициент перевариваемости протеина при переработке кукурузы, пшеницы — 0,65, по остальным видам сырья — 0,52. Сухая барда является хорошим кормом для птицы и свиней. Сырьем для производства спирта за рубежом в основном являются зерновые культуры, при переработке которых получают зерновую барду. Производство спирта из картофеля незначительное. В ГДР, Англии, Польше, Чехословакии имеются заводы по производству спирта из картофеля. Их строительство было рассчитано на переработку местного картофеля и скармливание картофельной барды непосредственно в заводских хозяйствах или ближайших сельскохозяйственных кооперативах. Промышленная переработка барды в концентрированные корма в этих странах не организована. На спиртовых заводах США, Канады, Финляндии зерновую барду, преимущественно кукурузную или пшеничную, перерабатывают в сухие кормовые концентраты, которые добавляют в комбикорма. Экономическая эффективность использования зернокартофельной барды при производстве кормовых дрожжей по действующей в отрасли технологии определяется следующими расчетами: использование зернокартофельной барды в свежем виде — 24%; выход зернокартофельной барды на 1000 дал спирта — 135 м3 (содержание сухих веществ — 7,5 %); отпускная цена 1 т барды — 50 коп.; общая стоимость от реализации барды 0,5Х 135=67,5 руб. В летнее время барда в качестве корма полностью не используется, так как частично теряется (не менее 5 % общего количества). Сумма реализации зернокартофел кнои барды в свежем виде для завода мощностью 1800 дал спирта в сутки за 305 дней работы составляет: 1,8X67,5X305X0,95 = 35,2 тыс. руб. При использовании зернокартофельиой барды для производства сухих кормовых дрожжей на грубом фильтрате выход сухих кормовых дрожжей на 1000 дал спирта — 2,9 т, выход вторичной барды на 1000 дал — 135X0,722=97,5 м3; средняя себестоимость 1 т сухих кормовых дрожжей— -247,3 руб.; оптовоотпускная цена в среднем — 355 руб., прибыль — 107,7 руб. Сравнительные расчеты экономической эффективности различных направлений использования зернокартофельиой барды показали, что для спиртовой отрасли наиболее эффективным является переработка цельной зернокартофельиой барды в сухие кормовые дрожжи. Увеличи- ние производства сухих кормовых дрожжей позволяет более полно использовать сухие вещества барды, повышать ее белковый состав и усвояемые формы белка. При этом содержание витаминов, главным образом группы В, увеличивается в процессе выращивания дрожжей в 1,5—2 раза по сравнению с исходной бардой, что крайне необходимо при балансировании рационов кормов по перевариваемому протеину и витаминами. В результате создается безотходное производство, увеличиваются ресурсы белка для животноводства, сокращаются потери полезных веществ при хранении и транспортировке натуральной барды; капитальные вложения окупаются в течение 1 года. Всесоюзным научно-исследовательским институтом продуктов брожения (ВНИИПрБ) в содружестве с Рязанским и Одесским сельскохозяйственными институтами в 1975—1978 гг. проводились опыты по скармливанию натуральной зернокартофельиой барды и получаемых из нее продуктов различным видам сельскохозяйственных животных и птицы. Результаты проведенных испытаний показали, что наиболее эффективным является использование в рационе животных и птиц кормовых дрожжей, получаемых из цельной зернокартофельиой барды. По сравнению с использованием натуральной барды привес крупного рогатого скота возрастает на 5,7 %, по сравнению с сушеной бардой — на 19,4 %. Привес свиней при использовании дрожжей по сравнению с использованием основного рациона возрастает на 7—8%. Надои молока увеличиваются на 16,1 %, сокращаются затраты на корма для птицы и возрастает их яйценоскость. Как показали результаты научно-хозяйственных опытов, использование жидких кормовых дрожжей по сравнению с натуральной бардой позволяет увеличить привес крупного рогатого скота на 41,7 % и надой молока на 19 %. Исследования и расчеты показали, что в птицеводстве наиболее эффективно использовать сухие дрожжи из цельной барды, в свиноводстве — как сухие, так и жидкие дрожжи, при мясном откорме крупного рогатого скота и производстве молока барду целесообразно обогащать белком и скармливать в виде жидких кормовых дрожжей. Строительство предприятий по переработке зернокартофельной барды на сухие или жидкие кормовые дрожжи может осуществляться как спиртовыми заводами, так и на межхозяйственной основе за счет средств колхозов и совхозов. Технология производства кормовых дрожжей не имеет значительных отличий и может быть представлена в виде следующей схемы (рис.1). Рисунок 1-Схема технологии производства кормовых дрожжей 2 Практическая (расчетная) часть 2.1 Технологическая схема получения кормовых дрожжей из послеспиртовой барды Технологическая схема получения кормовых дрожжей из послеспиртовой барды приводится на рисунке. Барда, выходящая из бардорегулятора бражной колонны, подается на барабанное сито или декантер 1 с отверстиями диаметром 0,5—0,7 мм для отделения дробины, поступающей в сборник 2. Жидкая часть барды, стекает в сборник 3, температура ее здесь равна 90—95°С. Поступающая барда перед барабанным ситом и в сборнике 3 подогревается паром, чтобы температура ее была не ниже 100°С. Для охлаждения барда насосом 4 подается на теплообменник 5. Охлажденная до 35°С барда непрерывно поступает в дрожжерастильный чан 6, сюда же одновременно непрерывно поступают отсепарированные дрожжи из сборника 23 (в количестве около 20% от общего объема дрожжевой суспензии). Выращивание кормовых дрожжей в дрожжерастильном чане 6 происходит по непрерывному способу. Для аэрации дрожжевой бражки в дрожжерастильном чане воздух подается воздуходувкой 13. Перед воздуходувкой устанавливается висциновый фильтр 12. После воздуходувки воздух проходит оросительную камеру 14, в которой создаются две водяные завесы путем распыления воды через барботеры, и ресивер 15. Дрожжевая бражка из дрожжерастильного чана 6 поступает в пеногаситель 16, в котором происходит механическое пеногашение. В случае необходимости сюда же подается пеногаситель. Дрожжевая бражка проходит через сепаратор углекислоты 17 и с помощью насоса подается в напорный чан 18 и отсюда — на центрифуги 19. Отделяемая здесь фракция в виде массы концентрацией 25—30% поступает в сборник 25, а дрожжевое молоко — в сборник 20, из которого оно направляется на дрожжевые сепараторы 21 через ловушку 22. Фугат после сепарации дрожжей поступает в сборник 24, а дрожжевое молоко направляется в сборник 23. Из сборника 23 дрожжевое молоко частично поступает в дрожжерастильный чан, как указывалось выше, а основная масса его перетекает в сборник 25 и, смешиваясь с массой, поступающей с центрифуг, образует жидкие дрожжи. Жидкие дрожжи из сборника 25 непрерывно поступают на вальцовые сушилки или трубчатые паровые сушилки26. Для увеличения производительности сушилок и уменьшения их количества перед сушилками следует устанавливать выпарной аппарат для упаривания дрожжевой суспензии после сепараторов до 39—41% по СВ. На сушилках дрожжи высушиваются до содержания влаги 10%. Сушеные дрожжи шнеком 27 подаются в бункер 28, взвешиваются на весах 29, упаковываются в тару 30 и в таком виде отправляются на склад. Маточные кормовые дрожжи выращиваются в начале производственного цикла, а в случае необходимости (для систематического подсева) — в процессе выращивания. Выращивание маточных кормовых дрожжей проводится в аппарате чистой культуры, состоящем из маточника 10 и посевного чана 9. Барда, поступившая в маточник, стерилизуется в нем при температуре 120°С в течение 30 минут и затем охлаждается до 30°С. После этого из посевного чана 9 в маточник 10 поступают посевные дрожжи в количестве 15% от объема маточного сусла. После тщательного перемешивания содержимого маточника часть его вытесняется обратно в посевной чанок, заполняя его до нормального уровня. После этого начинается размножение дрожжей как в маточнике, так и в посевном чане при постоянной аэрации. Цикл ращения дрожжей в аппарате чистой культуры принимается 8 часов. По истечении этого срока посевные дрожжи из маточника направляются в дрожжерастильный чан 6. После спуска маточных дрожжей цикл работы (набор сусла, стерилизация, охлаждение, инокуляция и пр.) повторяется... Воздух, поступающий в аппарат чистой культуры для аэрации, очищается в ватном фильтре 11. Подсев кормовых дрожжей чистой культуры предполагается проводить 1—2 раза в сутки. Один раз в 10—15 суток кормовые дрожжи в посевном чане заменяются свежей культурой, выращенной в лаборатории обычным порядком. Фугат, поступающий в сборник 24, подается в сборник 2. Здесь дробина и отсепарированная бражка перемешиваются и в виде вторичной барды с концентрацией сухих веществ около 5 — 5,5% выкачиваются на бардораздаточный пункт или на выпарную установку. Часть фугата можно также возвращать в спиртовое производство для замены воды при разваривании. Раствор углекислого аммония (или мочевины) находится в сборнике 8 и отсюда частично поступает в дрожжерастильный чан, а в основном — в сборник 2 для добавки к вторичной барде. В процессе выращивания дрожжей на барде происходит подщелачивание среды, в связи с чем для поддержания нормальной величины рН среду необходимо подкислять. Для этой цели установлен сборник 7 серной кислоты, откуда по мере необходимости подается необходимое количество кислоты. 2.2 Материальный и тепловой балансы Материальный баланс блока выращивания кормовых дрожжей Таблица 1 – Исходные данные Наименование размерность т/сут Численное значение 300 Ссылка источник Задание Расход питательной среды (парафинов и смеси минеральных солей) Концентрация взвешенных веществ Плотность воздуха ρвозд Cодержание С18-С30 Выход кормовых дрожжей Интенсивность аэрации среды J Температура начала кипения нпарафина Концентрация естественного прироста(по дрожжам) Удельная производительность по биомассе μ % 3 [4] кг/м3 1,29 - % % 99% 0,95-1,15 [4] [4] м 3 /м3 ·ч 50 - о 200-270 [4] кг/м3 36 [4] Ч-1 0,11 [4] С на Принимаем, что численные значения входных и выходных потоков одинаковые. ПРИХОД 1) Питательная среда 300/24=12,5 т/ ч в том числе дробины 12,5∙30 1000 = 0.375 т/ ч 2) Воздух 50∙12,5∙1,29 0.11∙1000 =7,3 т/ ч РАСХОД 1) Дрожжевая суспензия 12,5 т/ч, в том числе абсолютно сухих дрожжей 12,5∙36 4∙1000 = 0,11т/ч, Абсолютно сухих взвешенных веществ (дрожжи + дробина) 0,11 0,375 0,485т/ ч 2) Воздух 7,3 т/ч. Полученные данные сводим в таблицу 2 Приход Послеспиртовая барда т/ч 12,5 Расход Дрожжевая суспензия Дробина Воздух В т.ч (0,11) 7,3 Итого: 19,8 Дрожжи+дробина В т.ч (0,485) Отработанный 7,3 воздух 19,8 2.3 Тепловой баланс блока выращивания дрожжей т/ч 12,5 Таблица 3. – Исходные данные для расчета расхода охлаждающей воды Наименование показателя Производительность блока по дрожжам Удельная теплота биосинтеза Доля теплоты биосинтеза, которую необходимо отводить с охлаждающей водой Температура охлажденной воды Температура нагретой воды Размерность т/ч Цифровое значение 0,11 Ссылка источник П.1.1 Ккал/кг 2300 - % 20 - ºС 15 - ºС 25 - на Рисунок 4 - Схема теплового баланса Принимаем, что: 1) Теплота, вносимая с питательной средой (послеспиртовая барда) равна теплоте, уносимой с дрожжевой суспензией Qпит.среды = Qдрож.сусп. 2) Теплота, вносимая с воздухом равна теплоте, уносимой с отработанным воздухом Qвозд = Qотраб.возд. Рассчитываем необходимый расход воды в блок выращивания дрожжей. Расход охлаждающей воды: 𝐺охводы = 0,11∙2300∙1000∙0,2 1000∙(25−10) = 3,4м3/ч 3 Подбор основного технологического оборудования 3.1 Дрожжерастильный аппарат Исходные данные: 1) Производительность блока выращивания Q = 0,11 т/ч = 110 кг/ч 2) Удельная продуктивность дрожжей по биомассе μ = 0,11 час-1 3) Рабочая концентрация дрожжей в дрожжерастильном аппарате xес.пр. = xр = 9,0 кг/м3 Рабочий объем аппарата: 𝑉𝑝 = В 𝑄 𝜇𝑥𝑝 = 110 0.11∙9 = 111 м3 промышленности широко используются эрлифтные дрожжерастильные аппараты ДРА с требуемым объемом 320 м3 (Vр = 70 – 80). Сопоставляя рабочие объемы данной серии ДРА с требуемым объемом 111 м3 , принимаем решение использовать для переработки два ДРА объемом 320 м3 . 3.2. Подбор нагнетателя воздуха (турбовоздуходувки) По результатам расчета материального баланса расход воздуха на блок выращивания дрожжей 7,3 т/ч. Переведем эту величину в м3 /ч: 7,3∙1000 1,29 = 5659 м3/ч Напор воздуха, выходящего из турбовоздуходувки, определяется необходимостью преодоления столба жидкости в аппарате и потерь в системе воздуховодов. Сопротивление составляет 4 м вод. ст. жидкости. Выбираем напор воздуха 4,5 м вод. ст. жидкости. На два дрожжерастильных аппарата целесообразно использовать две турбовоздуходувки марки ТВ-50-1,6-0,1 производительностью 60 м3 /мин. 4 Энергозатраты на выращивание дрожжей Энергозатраты на выращивание рассчитываются исходя из мощности турбовоздуходувки и прироста кормовых дрожжей. Исходные данные Мощность электродвигателя 110 кВт Ожидаемый прирост дрожжей 0,11 т/ч Энергозатраты Nt/Производительность , где N – мощность 2х электродвигателей турбогазодувки, кВт t=1ч Энергозатраты = 2000 кВт ч / т СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. http://bvkbio.ru/11.htm 2. Приказ Минсельхоза РФ от 25 июня 2007 г. № 342 «О концепции развития аграрной науки и научного обеспечения АПК России до 2025 года». 3. Кузнецов Н.И., Воротников И.Л. и др. Перспективы научно-технологического развития переработки сельскохозяйственного сырья: производство готовых кормов для животных. Саратов ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ, 2016. 27 с. 4. продукты Новый справочник химика и технолога. Сырье и промышленности органических и неорганических веществ. Ч. II. — СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2005, 2007. — 1142 с. 5. Прикладная экобиотехнология: учебное пособие: в 2 т. Т. 1 / А.Е. Кузнецов [и др.]. 2-е изд. (эл.). М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. 629 с.: ил., [4] с. цв. вкл. (Учебник высшей школы). 6. БирюковВ.В. Основы промышленной биотехнологии. М., 2004. 296 с. 7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. 752 с. 8. БеккерМ.Е. Введение в биотехнологию. Пер с латышского. Рига: Изд. "Звайгэне", 1978. 9. Грачева И.М., Гаврилова Н.Н., Иванова Л.А. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и жиров. Учебное пособие, - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 448 Для с. студентов вузов, обучающихся по специальностям "Микробиология" и "Биотехнология". 10. Авшистер В.А. Химический состав кормовых дрожжей, выращенных на непищевых отходах сельскохозяйственного производства: Автореф. дис. .канд. биол. наук. Оренбург, 1972. - 20 с. 11. Адамова B.C., Золотникова P.A., Саргаев П.М. и др. Диэлектрические используемых и в поверхностные свойства гидролизно-дрожжевом дрожжей, производстве // Гидролизная и лесохимическая промышленность. № 3. 1982. - С. 1819. 12. Акназаров Х.А. Оценка флоры России в обогащении ассортимента кормовых культур на Памире. СПб, 2003. - С. 58. 13. Акназаров Х.А., Касач А.Е. Результаты интродукции новых кормовых культур в ботанических садах Хорога и Минска // Изв. АН БССР. Серия биол.науки. 1984. - С. 10. 14. Андреев A.A., Брызгалов Л.И. Производство кормовых дрожжей. М.: Лесная помышленность, 1986. 249 с.
