Актуальность переработки спиртовой барды
Одной из важнейших проблем дистилляции в производстве спирта (этанола) является дальнейшая переработка или утилизация остатков дистилляции, известных как спиртовая барда. Актуальность переработки спиртовой барды возрастает с ростом производства этанола. В настоящее время минимизация всех потерь энергии и эффективное использование отходов (в данном случае барды) являются современными
Методы производства этилового спирта
Существует два основных метода производства этанола. Химический метод, используется в химической промышленности. В основном это связано с гидратацией этилена. Полученный таким образом этиловый спирт не пригоден для употребления в пищу из-за содержащихся в нем вредных компонентов.
Биологический метод используется на различных пищевых предприятиях: винокурнях, спиртовых, пивоваренных и ликероводочных заводах. Этот метод состоит из ферментации и дистилляции подходящих биологических субстратов, которые должны содержать сахариды. Только этанол, произведенный таким образом, пригоден для потребления человеком.
Существует много первичного сырья, пригодного для производства пищевого этилового спирта. Но обычно используется сырье, которое содержит достаточное количество крахмала. Крахмал представляет собой полисахарид, состоящий из двух разных полисахаридов: амилозы и амилопектина. Эти полисахариды состоят из тысяч молекул глюкозы. Основным сырьем, используемым на предприятиях по производству спирта, являются картофель и злаки (пшеница, рожь, кукуруза, иногда ячмень и овес). Остатки от производства пищевых продуктов из картофеля также используются для производства этанола. Сахарная свекла — еще один субстрат, пригодный для производства этанола.
В начале процесса входное сырье измельчается в мешанку, содержащую частицы от 0,4 до 1,2 миллиметра. Затем фермент альфа-амилаза и смесь нагревают до температурного оптимума действия фермента. Крахмал, содержащийся в заторе, расщепляясь до олигосахаридов, превращается в желеобразную жидкость. Затем брага перекачивается в баки вместе с другим ферментом – бета-амилаза. Этот фермент расщепляет крахмал до молекул глюкозы. Бражку охлаждают, а затем перекачивают в бродильные чаны. После добавления ферментативных микробных культур начинается ферментация. В ходе этого процесса глюкоза биологически превращается в конечный продукт этанол в анаэробных условиях. Процесс занимает примерно 48 –72 часа. При этом протекает множество биохимических реакций.
При идеальном и максимальном брожении из одного килограмма глюкозы около полукилограмма этанола и полукилограмма углекислого газа. При этом примерно от шести до восьми массовых процентов глюкозы, содержащейся в браге, расходуется на рост ферментативных микробных культур. После ферментации остается от шести до девяти массовых процентов спирта в браге. Полученный спирт отделяют от браги в ректификационной колонне. Из верхней части колонны собирают сырой спирт, а снизу – спиртовую барду. Неочищенный спирт очищается в специальных очистных колоннах для получения пищевого спирта. Полученный продукт подходит для производства алкогольных напитков.
Существуют два основных продукта брожения – твердые части исходного материала и жидкая фракция, то есть барда.
Остатки после перегонки сброженной браги — основные «отходы» перегонки. Производство барды на спиртзаводе находится в пределах 10–14 метров кубических к одному метру кубическому чистого этанола. Эти отходы содержат от пяти до восьми массовых процентов сухой массы, умеренно кислый (рН около 4) и имеют высокое значение показателя химическое потребление кислорода.