Спосіб виробничої переробки зернової післяспиртової барди

Реферат: UA 74106 U UA 74106 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до спиртової галузі та паливного етанолу, а саме до способу виробничої переробки зернової післяспиртової барди. Існує спосіб обезводнювання післяспиртової барди, який передбачає її послідовну температурну обробку у вакуумній камері з паровим нагрівачем, випарювачами (Патент РФ на винахід № 2281322, м. кл. C12F 3/00, публ. 10.08.2006 [1]). Однак такий спосіб має велике споживання енергоресурсів та витрати на обладнання і капітальне будівництво. Якість готового продукту частково втрачається на стадії сушіння. Відомий спосіб переробки післяспиртової барди, який передбачає її обезводнювання та концентрування, висушування (Патент РФ на винахід № 2217490, м. кл. C12F 3/00, публ. 27.11.2003 [2]). Однак такий спосіб в результаті застосування вакуумних фільтрів, сепараторів, випаровувачів. Однак такий спосіб також має велике споживання енергоресурсів, та витрати на обладнання і капітальне будівництво. Якість готового продукту частково втрачається на стадії сушіння. Відомий спосіб переробки після спиртової барди, який передбачає її розділення центрифугуванням на фугат та осад, наступне концентрування фугату з одержанням концентрату, змішування осаду з одержаним з фугату концентратом, висушування суміші осаду та концентрату (Веб-сайт ICK GROUP, 18.07.2012, http://www.ick.ua/engineer/alc-ind/Tehnologiipererabotki-poslespirtovoy-zernovoy-bardi/[3]). Однак і цей спосіб також має велике споживання енергоресурсів, та витрати на обладнання і капітальне будівництво. Якість готового продукту частково втрачається на стадії сушіння. Відомий спосіб переробки після спиртової барди, який передбачає її розділення центрифугуванням на фугат та осад, наступне концентрування фугату з одержанням концентрату, змішування осаду з одержаним з фугату концентратом, висушування суміші осаду та концентрату (Веб-сайт ООО "Технология", 19.07.2012: http://www.texnology.ru/equip/barda/#1 [4]). І цей спосіб також має велике споживання енергоресурсів, та витрати на обладнання і капітальне будівництво. Якість готового продукту частково втрачається на стадії сушіння. Відомий спосіб переробки післяспиртової барди, який передбачає її розділення центрифугуванням на фугат та осад, наступне концентрування фугату з одержанням концентрату, змішування осаду з одержаним з фугату концентратом, висушування суміші осаду та концентрату (Веб-сайт ГНУ ВНИИПТБ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМІЇ, 18.07.2012: http://www.vniipbt.ru/lab/ledenev.files/3.htm |5]). Таке технічне рішення дозволяє завдяки процесу пневматичного спірального сушіння виключити нагароутворення, однак цей спосіб також має велике споживання енергоресурсів та витрати на обладнання і капітальне будівництво. Відомий спосіб з застосуванням концентрування рідких відходів - барди - як процес зворотного осмосу, так і ультрафільтрації (Манеева Э. Ш., Куприянов Λ.В., Попов В.П., Касперевич В.Л. Комплексное решение проблем высококачественного этилового спирта и утилизации послеспиртовой барды. Рубрика Технические науки. Техника и технологи пищевых производств. Вестник ОГУ 2 2000 [6]). Такий спосіб розроблений на основі нових підходів у концентруванні рідких відходів, але він має дуже велике споживання енергоресурсів. Найбільш близьким аналогом (прототипом) до запропонованого способу є спосіб виробничої переробки зернової післяспиртової барди, який передбачає розділення нативної барди центрифугуванням на декантері на кек, який потім висушують в сушарці, та фугат, який розділяють мембранною фільтрацією на концентрат, якій потім висушують в сушарці, та на фільтрат (Андросов А.Л., Елизаров И.Α., Третьяков А.А. Промышленные технологии переработки послеспиртовой барды. Кафедра "Информационные процессы и управление", ГОУ ВПО "ТГТУ". ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ.2010. Том 16. № 4, с. 959-960. Transaction TSTU [7]). Такий спосіб містить сучасні концепції щодо переробки післяспиртової барди. Однак при вмісті сухих речовин 25 мас. % у одержаному на стадії мембранної фільтрації концентраті такий процес економічно не ефективний; в цьому способі вказано на складність, процесу висушування кеку, та для вирішення цієї проблеми пропонується змішувати кек (дробину) з сухими зерновими оболонками, тому він потребує збільшеної кількості обладнання та обумовлює додаткові витрати у технологічному процесі; також в цьому способі вказано на проблемність процесу висушування концентрату, бо він має специфічні реологічні властивості, тому не вказується конкретне вирішення процесу сушіння з посиланням на певний тип сушильного обладнання, на якому б можна було ефективно здійснювати процес у промислових умовах, одержувати якісний готовий продукт. В основу корисної моделі поставлена задача створення надійного у виробництві, простого в експлуатації, способу виробничої переробки зернової післяспиртової барди, який не потребує великої кількості обладнання та споживає невелику кількість енергоресурсів, який за рахунок нового сполучення стадій процесу, яке раніше не використовувалося при переробці барди, 1 UA 74106 U 5 10 15 20 нових технологічних режимів, дозволив одержати технічний результат при його використанні, а саме: зменшити споживання енергоресурсів на 10-30 %, зменшити витрати на капітальне будівництво та технологічне обладнання на 10-20 %; забезпечити надійну безперервну роботу технологічного обладнання; підвищити якість готового продукту, за рахунок збільшення перетравного протеїну на 10-20 %. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб виробничої переробки зернової післяспиртової барди передбачає розділення нативної барди центрифугуванням на декантері на кек, який потім висушують в сушарці, та на фугат, який розділяють мембранною фільтрацією на концентрат, якій потім висушують в сушарці, та на фільтрат. Новим у запропонованому способі є те, що розділення фугагу мембранною фільтрацією здійснюють до отримання в концентраті вмісту сухих речовин від 26 до 35 мас. %, після чого кек та концентрат змішують, і потім одержану суміш кеку та концентрату висушують у сушарці киплячого шару з утворенням певних температурних режимів: - температура суміші, яку висушують, на вході у сушарку в межах 50…98 °C, - температура теплоносія на вході у сушарку в межах 90…250 °C, - температура теплоносія на виході з сушарки в межах 45…65 °C. Промислова здатність запропонованого способу ілюструється наступними прикладами його здійснення. Приклад 1. В цьому прикладі № 1 викладено здійснення запропонованого способу у промислових умовах з наведенням усіх меж параметрів процесу. Схема технологічного процесу відповідно до запропонованого способу показана також на: кресленні - ілюстративна схема запропонованого способу; Таблиця - процесуальна технологічна схема здійснення запропонованого способу. ТАБЛИЦЯ ПРОЦЕСУАЛЬНА ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА ЗДІЙСНЕННЯ ЗАПРОПОНОВАНОГО СПОСОБУ Декантація нативної барди Метод - центрифугування Фактор розділяння - 1700….3400 g (в залежності від конструктивного виконання декантера). Характеристики нативної барди: - вміст сухих речовин (СР) 5…10 мас. %; - температура 50…98 °C; - рН 3,2…3,8. Одержані напівпродукти: Кек (осад): - температура 50,…98 °C; - рН 3,2…3,8; - концентрація сухих речовин (СР) 28,0…35 мас. %. Фугат: - температура 50…98 °C; - рН 3,2…3,8; - концентрація сухих речовин (СР) 2,5…4,0 мас. %. Фільтрація фугату: Метод - мембранна фільтрація, безперервна Характеристика процесу: 2 Швидкість фільтрації - 100…300 л/ч/м Одержані напівпродукти: Концентрат: - температура 50…98 °C; - рН 3,2…3,8; - концентрація сухих речовин (СР) 26,0…35,0 мас. %. Фільтрат: - температура 50…98 °C; - рН 3,2…3,8; - концентрація сухих речовин (СР) 0,5…1,8 мас. %. 2 UA 74106 U Змішування кеку і одержаним з фугату концентратом: Одержаний напівпродукт: Суміш кеку та концентрату: - температура 50…98 °C; - рН 3,2…3,8; - концентрація сухих речовин (СР) 27,0…35,0 мас. %. Висушування суміші кеку та концентрату. Метод - сушіння у киплячому шарі. В сушарці киплячого шару суміш висушується за рахунок гарячого теплоносія; теплоносій в сушарці - суміш повітря та продуктів згоряння природного газу. Висушування сконцентрованої суміші кеку (осаду) та концентрату проводять з утворенням температурних режимів (сполучення наступних температурних режимів): - температура суміші кеку (осаду) та концентрату на вході в сушарку в межах 50…98 °C; - температура теплоносія на вході в сушарку в межах 90…250 °C; - температура теплоносія на виході з сушарки в межах 45…65 °C. Сухий продукт має наступні показники: - концентрація сухих речовин (СР) 88…92 мас. %. 5 10 15 20 25 30 35 40 Запропонований спосіб здійснюють наступним чином. Нативна (початкова; вихідна) післяспиртова зернова барда, яку обробляють відповідно до запропонованого способу, має наступні показники: - температура 50….98 °C; - рН 3,2…3,8; - концентрація сухих речовин (СР) 5,0….10 %. У залежності від типу сировини та попередньої технології виробництва спирту, показники барди нарізних підприємствах мають суттєві розбіжності, але в межах вищевказаних значень. Нативну післяспиртову зернову барду з накопичувальної ємності насосом подають на декантерну центрифугу, на якій барду розділяють (декантують) на фугат та кек (вологий осад нерозчинних речовин; дробина). Кек з декантерної центрифуги безпосередньо розвантажують в шнек-змішувач. Другий продукт, який виходить з центрифуги, - фугат, самопливом розвантажується в буферну ємність. Процес декантації безперервний. У декантерній центрифузі всі її частини, які контактують з бардою, виконані з нержавіючої сталі. Фактор розділяння в межах 1700…3400 g - в залежності від конструктивного виконання. Кек має наступні показники: - температура 50…98 °C; - рH 3,2…3,8; - концентрація сухих речовин (СР) 28…35 %. Фугат має наступні показники: - температура 50…98 °C; - рН 3,2…3,8; - концентрація сухих речовин (СР) 2,5…4,0 %. Фугат з буферної ємності насосом подають на установку тангенційної фільтрації, на якій 2 здійснюють його розділяння при швидкості фільтрації 100…300 л/ч/м , до одержання у концентраті вмісту сухих речовин від 26 до 35 %. Процес тангенційної фільтрації безперервний. Фільтрування здійснюють на мікрофільтраційній установці з розміром пор мембран 0,1…0,2 мкм, всі її частини, які контактують з бардою, виконані з нержавіючої сталі. Переваги такої фільтрації: - велика потужність в малих габаритах; - висока механічна стійкість; - висока хімічна стійкість; - безперервний процес фільтрації тривалий час; - простота автоматизації. Одержаний концентрат подають безпосередньо в шнек-змішувач, за рахунок тиску в самій фільтраційній установці. Фільтрат самопливом розвантажується в буферну ємність. Здійснюють мембранну фільтрацію - процес тангенційної фільтрації безперервний. Одержаний концентрат має наступні показники: - температура 50…98 °C; - рН 3,2…3,8; - концентрація сухих речовин (СР) 26,0…35 мас. %. Фільтрат має наступні показники: 3 UA 74106 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - температура 50…98 °C; - рН 3,2…3,8; - концентрація сухих речовин (СР) 0,5…1,8 %. У шнеку-змішувачі змішують кек та одержаний концентрат. Суміш кеку та концентрату має наступні показники: - температура 50…98 °C; - рН 3,2…3,8; - концентрація сухих речовин (СР) 27,0…35,0 %. У шнеку-змішувачі всі частини, які контактують з кеком та концентратом, виконані з нержавіючої сталі. Одержану суміш кеку та концентрату розвантажують безпосередньо в сушарку киплячого шару. У сушарці киплячого шару суміш кеку та концентрату висушують за рахунок гарячого теплоносія. Теплоносій в сушарці - суміш повітря та продуктів згоряння природного газу. В сушарці всі частини, які контактують з висушуючою сумішшю кеку та концентрату, виконані з нержавіючої сталі. Висушування суміші кеку та концентрату проводять у сушарці киплячою шару з утворенням певних температурних режимів, що мають у зонах наступні характеристики: - температура суміші, яку висушують, на вході у сушарку в межах 50…98 °C; - температура теплоносія на вході у сушарку в межах 90…250 °C; - температура теплоносія на виході з сушарки в межах 45…65 °C. Одержаний сухий продукт має наступні показники: концентрація сухих речовин (СР) 88,0…92 %. Приклад 2. За змістом здійснюють як приклад 1, але: 2 - швидкість мембранної фільтрації - 250 л/ч/м ; - вміст сухих речовин в одержаному після мембранної фільтрації концентраті від 26 %; - температура суміші, яку висушують, на вході у сушарку - 50…55 °C; - температура теплоносія на вході у сушарку в межах 200…250 °C; - температура теплоносія на виході з сушарки в межах 60-65 °C. Приклад 3. За змістом здійснюють як приклад 1, але: 2 - швидкість мембранної фільтрації - 100 л/ч/м ; - вміст сухих речовин в одержаному після мембранної фільтрації концентраті 35 %; - температура суміші, яку висушують, на вході у сушарку - 50…55 °C; - температура теплоносія на вході у сушарку в межах 90…120 °C; - температура теплоносія на виході з сушарки в межах 45-50 °C. Сукупність усіх ознак запропонованого способу, його нові ознаки при використанні цього способу дозволяють одержати технічний результат, а саме знизити споживання енергоресурсів на 10-30 %, на 10-20 % зменшити витрати на капітальне будівництво та на технологічне обладнання, підвищити надійність безперервної роботи технологічного обладнання, підвисити якість готового продукту, за рахунок збільшення перетравного протеїну в готовому продукті на 10…20 %. Здійснення мембранної фільтрації фугату з наступним висушуванням продукту у сушарці киплячого шару у загальному технологічному циклі при новому сполученні запропонованих режимних характеристик цих стадій, призводить до одержання несподіваного позитивного ефекту - суттєвого зниження витрат енергоносіїв, дозволяє одержати готовий продукт з підвищеною якістю. Запропоноване сполучення технологічних характеристик, параметрів процесу, поєднання методів концентрування та висушування, висушування суміші кеку та концентрату, яка має саме запропонований вміст сухих речовин, дозволяють вперше в технології виробничої переробки післяспиртової барди ефективно здійснити процес сушіння такого продукту, при цьому в процесі сушіння у киплячому шарі продукт не перегрівається вище температури 60 °C, і тим самим зберігаються його цінні кормові властивості. При створенні запропонованого способу від винахідника вимагалося створити ефективне нове поєднання стадій процесу з визначенням обладнання, технологічних параметрів, які у сполученні дозволили одержувати якісний кінцевий продукт, значно зменшити витрати на будівництво, обладнання та суттєво зменшити витрати енергоресурсів на одиницю готового продукту. Технічний результат, який досягається при застосуванні запропонованою способу, не є передбаченим для фахівця в цій галузі - ефект від проведення запропонованого способу є неочікуваним. Запропонований спосіб не витікає із попереднього рівня техніки і з непередбаченістю для фахівця в цій галузі дозволяє одержати неочікуваний позитивний ефект при здійсненні цього способу. 4 UA 74106 U 5 10 15 20 25 30 35 Технічний результат досягається саме в межах запропонованих відповідно до формули корисної моделі кількісних характеристик режимних параметрів цього способу. Запропонований спосіб пройшов широкі експериментальні випробування. Результати випробувань підтвердили досягнення технічного результату. Цей спосіб дозволяє на 10….30 % знизити споживання енергоресурсів, зменшити на 10….20 % витрати на капітальне будівництво та на технологічне обладнання, підвищити якість готового продукту за рахунок збільшення перетравного протеїну в готовому продукті на 10…20 %. Запропонований спосіб дозволяє також поширити номенклатуру сучасних технологій переробки у спиртовому виробництві, у виробництві паливного етанолу. Джерела інформації: 1. Патент РФ на винахід № 2281322, м. кл. C12F 3/00, публ. 10.08.2006. 2. Патент РФ на винахід № 2217490, м. кл. C12F 3/00, публ. 27.11.2003. 3. Веб-сайт ІСК GROUP, 18.07.2012, http://www.ick.ua/engineer/alc-ind/Tehnologii-pererabotkiposlespirtovoy-zernovoy-bardi/. 4. Веб-сайт ООО "Технология", 19.07.2012: http://www.texnology.ru/equip/barda/#1. 5. Веб-сайт ГНУ ВНИИПТБ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМІЇ, 18.07.2012: http://www.vniipbt.ru/lab/ledenev.files/3.htm. 6. Манеева Э.Ш., Куприянов А.В., Попов В.П., Касперевич В.Л. Комплексное решение проблем высококачественного этилового спирта и утилизации послеспиртовой барды. Рубрика Технические науки. Техника и технолог и пищевых производств. Вестник ОГУ 2 2000. 7. Андросов А.Л., Елизаров И.Α., Третьяков А.А. Промышленные технологии переработки послеспиртовой барды. Кафедра "Информационные процессы и управление", ГОУ ВПО "ТГТУ". ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ.2010. Том 16. № 4, с. 959-960. Transaction TSTU. - прототип. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб виробничої переробки зернової післяспиртової барди, який передбачає розділення нативної барди центрифугуванням на декантері на кек, який потім висушують в сушарці, та фугат, який розділяють мембранною фільтрацією на концентрат, якій потім висушують в сушарці, та на фільтрат, який відрізняється тим, що розділення фугату мембранною фільтрацією здійснюють до отримання в концентраті вмісту сухих речовин від 26 до 35 мас. %, після чого кек та концентрат змішують, і потім одержану суміш висушують у сушарці киплячого шару з утворенням певних температурних режимів: температура суміші, яку висушують, на вході у сушарку в межах 50…98 °C, температура теплоносія на вході у сушарку в межах 90…250 °C, температура теплоносія на виході з сушарки в межах 45…65 °C. 5 UA 74106 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6