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

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 61) Дополнительное авт. свид-в(21 2888091/28-1 2) Заявлено 19,0280 ием зая и М 0 с присоедине (23) Приорите С 12 С 7/04 /С 13 К 1/06 Госу дарственный комитетСССРделам изобретенийи открытий 8.82. Бюллетень Мо 3 я описания 23,08.82(72) Авторы изобретени Р,А.Восканян, Ц.Л,Яровенко, Б,А.Устннниковт В.И.Степанов, Ю.Н.Дубров, Н.Е.Беняев и М. И ест Иолу янсва Гф 3 фбн, поР:, (;"Ръ.4 с;.к.1гщ р,и вутВй 4 т 0;ЯМА овательскийния сесоюзны учно-исс уктов бр 71) Заяви ПОСОБ ПОДГОТОВКИ КРАХМАЛСОДЕРЖАЩЕГОЫРЬЯ ДЛЯ СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИСПОСОБА Изо промышл подгот для сп вам дл101оменд темп.е струз м при ю Рьногои осахае позвоержащеею - 6-8 25 бретение относится к спиртовойенности, в частности к способовки крахмалсодержащего сырьяиртового брожения и устройстя осуществления способа,Известны способы подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртовогоброжейня, предусматривающие измельчение его, экструзию с термической обработкой и осахаривание зкструдата 1Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ подготовки крахмалсодержащегосырья для спиртового брожения п едусматривающий смешивание целсырья с водой, экструзию егоривание 23 .Однако известный способ нляет обрабатывать крахмалсодсырье с пониженной влажностьи повышенной - более 50.Кроме того, при экструдированиинеобходимо создавать большой градиент температуры, что связано с энергозатратами,Целью изобретения является создание таких условий, при которыхвозможно испольэовать крахмалсодержащее сырье любой влажности а такжеснижение энергозатоат. Поставленная цель достигает я тем, что согласно способу подготовки крах- малсодержащего сырья для спиртОвого брожения, предусматривающему смешивание сырья с водой, экструзию его и осахаривание, перед экструзией смесь сырья с водой подвергаюттермической обработке при 90-100 оС втечение 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 рек уется экструзию проводить при ратуре 90-230 оС. Можно вести эк ию вначале при 2050 оС, а зате 100- 200 оСКроме того, в способе подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового 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,перед осахариванием отделенную восмешивают с экструдатом.По этому варианту экструзию можно проводить при температуре 90-200 фС, 952954Рекомендуется по этому варианту экструзию проводить при 18-35 ОС, е перед осахариванием смесь экструдата с водой подвергать термической обработке при 90-100 С в течение 15- 60 мин. 5Известно устройство для подготов. - ки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения,. содержащее рабочую камеру с приемным бункером и расположенный внутри камеры вращающийся 10 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 которыхвозможнобыло бы использовать перед гидролизом сырье любой влажности, повышение производительности и снижение энергоемкости. 20Поставленная 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 31 жидкой фазы и зону горячей обработки с пароподводящим патрубком, при этом шнек расположен в зоне холодной обработки.Сопряженные со шнеком геометрические тела вращения выполнены в виде усеченного конуса и цилиндра, большее основание которого сопряжено со следующим телом, выполненным в виде цилиндра. Можно оба тела вращения выполнить 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, Ъатем массу после термической обработки разделяют на два потока: воду и 65 сырье, сырье экструдируют при температуре 90-200 ОС,Можно экструдировать сырье вначале при 20-50 ОС, устанавливаемой вводом теплой воды, а затем мгновенно подавать в зону с температурой 100- 170 ОС 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, экструдируютпри температуре 18-35 С или 90-200 ОС,а затем экструдат смешивают с отделенной водой и смесь в первом случаеподвергают термической обработкепри 90-100 С в течение 15-60 мин, охлаждают до 58-60 С и направляют на осахаривание,П р и м е р 1. Целое пшеничное зерно влажностью 12 смешивают с водой в соотношении 1:4 и подвергаюттермической обработке при 95 фС в те-, чение 30 мин, Влажность при этом до- стигает 38. Затем смесь разделяют на воду и зерно. Зерно экструдируют при 110 ОС, 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 какв известном случае составляет 18,0 кВт.Выход спирта при брожении на кукурузе составляет 70,2 дал на 1 т условного крахмала.Пример 2. Тоже, в примере 1, только экструзию вначале ведут при 40 С, устанавливаеьрй потокомтеплой воды, а по истечении 10 с температурный режим устанавливают потоком пара, равным 120 ОС.Расход электроэнергии составляет 2,5 кВт. Выход спирта - 70,1 дал.П р и м е р 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 фС. Полученный экстракт смешивают с отделенной водой, подвергают термической обработке при 96 ОС в течение 50 мин. Затем массу охлаждают до 58 ОС и направляют на осахаривание. Выход спирта при брожении составляет 69,7. Расход энергии - 2,0 кВт.П р и м е р 4. То же, что в примере 3, только зерно экструдируют при 120 ОС. 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 отделяютг,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. 5Следует 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 гозатрат. Холодное набухание можно вести в ночное время, когда на заводах подработочные цехи не работают. Холодное экструдирование при 18-25 ОС проходит беэ дополнительных энергозатрат на нагрев камеры экструдера.20Выбор варианта должен соответствовать условиям завода, его территориальному размещению, виду обрабатываемого сырья.Таким образом, каждый вариант име 25 ет свои преимущества.На фиг.1 изображена общая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 выполнение геометрических тел вращения; на фиг.3 - вертикальное располо 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 иобразующих единый корпус 6Внутри корпуса б установлена перегородка 7, разделяющая его на зону 40 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 следунзаим образом.55Сырье подают через расходный бункер 1, которое перемещается шнеком 3 и геометрическими телами вращения 4 и 5 внутреннего корпуса б. Перемещаясь шнеком 3 по зоне холодной обработки 60 8, сырьепрессуетсяи диспергируется, а выделякщаяся при этом жидкость отводится патрубком 10 через сетку 11. В зоне горячей обработки 12 сырье обезвоживается. В этой зоне происхо 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 А 1-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 изобретения1. Способ подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения,предусматривакщий смешивание сырьяс водой, экструзию его и осахаривание, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью возможности использования крахмалсодержащего сырья любойвлажности и снижения энергозатрат,перед экструзией смесь сырья с водойподвергают термической обработке при90-100 ОС в течение 15-60 мин, затемотделяют воду от сырья и направляют его на экструзию, а отделеннущ воду смешивают с экструдатом и смесьохлаждают до температуры осаларицания.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что экструзию проводят при 90-200 ОС.3. Способ по п.1, о т л и ч а ющ,и й с я тем, что в начале процесса температуру экструзии устанавливают равной 20-50 фС, а затем - 100200 о С,4. Способ подготовки крахмалсодержащего сырья для спиртового брожения,предусматривающий смешивание сырьяс водой, экструзию егри осахаривание,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью воэможности использованиякрахмалсодержащего сырья любой влажности и снижения энергозатрат, передэкструзией смесь сырья с водой выдерживают для набухания крахмала, отделяют воду от сырья и направляют егона экструзию, перед осахариванием отделенную воду смешивают с экструдатом.5, Способ по п.4, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что экструзию проводят при 90-200 С. 56, Способ по п,4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что экструзию проводят при 18-35 С, а перед осахариванием смесь экструдата с водой подверга-; ют термической обработке при 90-1 ООССО 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 ич а ю щ е е с я тем, что сопряженныесо шнеком геометрические тела вращения соответственно выполнены в видеусеченного 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 сошнеком геометрические тела вращениявыполнены в виде усеченных конусов,сопряженных между собой большими основаниями.10. Устройство по п.7, о т л ич а ю щ е е с я тем, что транспортирующий орган установлен с возможностью возвратно-поступательногоперемещения вдоль оси корпуса,11, Устройство по п.7, о т л ич а ю щ е е с я тем, что рабочаякамера с транспортирующим органомрасположена в горизонтальной или вертикальной плоскости,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство .СССРпо заявке 9 2732602/28-13,кл, С 13 К 1/02, 1979.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2841342/28-13,кл. С 12 С 7/04, 1979 прототип).3. Авторское свидетельство СССРР 656612, кл, В 23 М 17/00, 1976952954 НИИПИ Заказ 6214/42 ираж 505 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Уйгород, ул.Проектная