Partea teoretică

1.Scurt istoric Se apreciază ca porumbul a fost cultivat cam cu 4400-5000 de ani înainte de era noastră, reprezentând una dintre plantele dominante în cadrul mai multor civilizaţii precolumbiene, respectiv incaşă, mayaşă sau aztecă, cu precădere în Mexic. Primii europeni care au văzut porumbul au fost Cristofor Columb şi marinarii săi, în insula Cuba, cu prilejul primei expediţii (1492).În Europa a fost introdus mai întâi în Spania şi Portugalia, de unde apoi a fost luat de turci şi răspândit în bazinul Mediteranei, sud-estul Europei şi Asia Mică. Aşa se explică de ce mulţi europeni l-au numit “grâu turcesc”, în timp ce americanii i-au zis “grâu indian”. În Ţările Române, porumbul pătrunde în prima jumătate a secolului al XVII-lea, cultura lui înlocuind-o treptat pe cea a meiului Porumbul are efect împotriva stresului. Este bogat în vitaminele din grupa B, mai ales în vitamina B1, care are efect asupra funcţionării sistemului nervos, a muşchilor, a inimii şi asupra producţiei de globule roşii. 150 de grame de porumb acoperă aproximativ 25 % din cantitatea necesară de vitamina B1 pentru un adult. Porumbul conţine de asemenea un anti – oxidant de frunte şi anume vitamina E, care ne protejează împotriva artritei. Introducerea porumbului în meniul nostru zilnic micşorează riscul apariţiei bolilor de inimă şi a cancerului. Hidrocarburile cuprinse în porumb dau energie şi nu permit depunerea grăsimii

De obicei când rostim cuvântul "alcool" ne gândim la spirtul medicinal sau la băuturile spirtoase, dar aceste tipuri de alcooli conţin o anumită substanţă organică numită etanol. Alcoolii sunt unii dintre cei mai utilizaţi şi cunoscuţi compuşi chimici. De fapt un alcool este un compus organic care are cel puţin o grupare hidroxil legată de un atom de carbon saturat. Dintre aceştia fac parte metanolul, etanolul, butanolul şi propanolul, aceştia formând serii omoloage Alcoolul etilic se produce pe plan mondial,în cea mai mare parte,prin fermentarea lichidelor care conţin zahăr,cu ajutorul drojdiei.Alcoolul etilic obţinut pe cale biotehnologică mai poartă denumirea de bioalool,deosebindu+se astfel de alcoolul etilic de sinteză.Produsul finit obţinut din fabricile de alcool poartă denumirea de alcool rafinat.

2.Materii prime Materiile prime folosite la producerea alcoolului prin fermentaţie se pot clasifica astfel:-materii prime amidonoase:-cereale:porumb secară,grâu,orz,orez,sorg; -cartofi;

-rădăcini şi tuberculi de plante tropicale:rădăcini de manioc,tuberculi de batate;

-materii prime zaharoase: -sfecla şi trestia de zahăr;-melasa din sfeclă şi trestie de zahăr;-struguri,fructe,tescovine dulci;

-materii prime celulozice: -deşeuri din lemn de brad,molid,fag;-leşii bisulfitice rezultate de la fabricarea celulozei;

-materii prime care conţin inulină şi lichenină: -tuberculi de topinambur; -rădăcini de cicoare; -muşchi de Islanda.

1

Cele mai utilizate materii prime sunt cerealele,cartofii şi melasa.

a) Cerealele Compoziţia chimică a cerealelor variază în funcţie de soi,condiţiile pedoclimatice şi agrotehnica aplicată.În tabelul 1 se prezintă compoziţia chimică medie a principalelor cereale folosite la fabricarea alcoolului,iar în tabelul 2 compoziţia chimică a cartofilor.

Compoziţia chimică medie a unor cereale folosite la fabricarea alcoolului(după Kreipe,1972)Tabelul 1

Compusul Porumb Secară Grâu Orz Ovăz Umiditate % 13,3 13,4 13,6 13 13Subst. extractive neazotoase,din care amidon,%

67,959,1

68,158,0

67,960

65,755

58,540

Proteine,% 9,6 12,9 12,4 11,8 10,9Lipide ,% 5,1 2 1,8 2,3 4,7Celuloză % 2,6 1,7 2,5 4,4 9,5Subst.minerale %

1,5 1,9 1,8 2,8 3,4

Compoziţia chimică a cartofilor(după Kreipe,1972)Tabelul 2

Compusul Valori medii Limite de variaţie

Umiditate, % 75 68-85Subst.extractive neazotoase,din care amidon,%

20,8518

19,5-2314-22

Proteine,% 2 0,7-3,7Lipide,% 0,15 0,04-1Celuloză,% 1 0,3-3,5Subst.minerale,% 1 0,5-1

La recepţia cerealelor şi cartofilor se determină conţinutul în amidon prin metoda polarimetrică(Ewers),în cazul cerealelor şi cu ajutorul balanţelor de amidon,în cazul cartofilor(Reimann,Parow,Eckert).În locul conţinutului în amidon se foloseşte,astăzi,”substanţa fermentescibilă”,prin hidroliza totală a materiei prime cu enzime adecvate şi determinarea glucozei formate prin metoda enzimatică.

b)Melasa Compoziţia chimică a melasei variază în funcţie de materia primă folosită la fabricarea zahărului(sfeclă sau trestie de zahăr) şi de procesul tehnologic aplicat în fabricile de zahăr.

2

La recepţia melasei se determină conţinutul în zahăr prin metoda polarimetrică(directă sau cu invertirea zaharozei) sau prin metoda chimică(cu soluţie Muller),transformându-se melasa în melasă 50% zahăr.3.Materiile auxiliare Cele folosite la fabricarea alcoolului sunt malţul verde,preparatele enzimatice microbiene,sărurile nutritive şi factorii de creştere,acidul sulfuric,antispumanţii,antisepticele şi dezinfectanţii.

a)Malţul verde Este folosit ca agent de zaharificare a plămezilor din cereale şi cartofi,datorită conţinutului său în enzime amilolitice.Se obţine după o tehnologie asemănătoare cu cea de producere a malţului pentru bere,cu deosebirea că durata de germinare este mai lungă,urmărindu-se acumularea unei cantităţi maxime de amilaze. Aprecierea calităţii malţului verde se face atât după aspectul exterior,cât şi după activitatea enzimatică.Activitatea α-amilazică se exprimă în unităţi SKB,care reprezintă grame de amidon solubil dextrinizat de către 1 g malţ verde,în timp de 60 min.la temperatura de 20°C,în prezenţa unui exces de β-amilază.Activitatea β-amilazică se exprimă în unităţi Windisch-Kolbach,care reprezintă grame de maltoză rezultate prin acţiunea extractului provenit din 100 g malţ verde asupra unei soluţii de amidon solubil 2%,în timp de 30 min.,la 20°C şi la pH=4,3. Calculul cantităţii de malţ verde necesar la zaharificarea plămezilor se face cu formula lui Pieper:

Unde: =cantitatea de malţ verde necesară,în 100 kg cerea,e sau cartofi;

cifra de amilază,constantă specifică fiecărei materii prime;A=conţinutul în amidon al materiei prime,în %;α=activitatea α-amilazică a malţului verde,SKB.

Plecând de la această formulă,Pieper a întocmit tabele care indică cantităţile optime de malţ verde pentru diferite materii prime amidonoase,în funcţie de conţinutul în amidon şi de activitatea α-amilazică. Înainte de utilizare,malţul verde este mărunţit pe cale umedă în mori cu disc sau cu ciocane şi transformat într-un lapte de slad.Cantitatea de apă care se adaugă este de 250-300 l /100kg malţ verde.Pentru a se evita infecţiike cu bacterii în cursul zaharificării,laptele de slad este dezinfectat prin adăugare de formalină 40%,în cantitate de 150-200 ml la 1000 l plămadă,astfel încât să rezulte o concentraţie de 0,015-0,02 %.Aldehida formică este eficientă numai în primele ore de fermentare,deoarece în continuare este oxidată la acid formic sau redusă până la metanol.

b)Preparatele enzimatice microbiene Se obţin prin cultivarea în condiţii absolut pure a unor tulpini de bacterii şi mucegaiuri pe medii de cultură adecvate,urmată de purificarea preparatului brut rezultat.În comparaţie cu malţul verde,ele prezintă următoarele avantaje:-activitate enzimatică standardizată,care se modifică puţin la depozitare;-α-amilaza bacteriană se caracterizează printr-o termorezistenţă mult mai ridicată;

3

-sunt mai sărace în microorganisme dăunătoare;-se oţin randamente mai ridicate ăn alcool,deoarece pot hidroliza şi alte poliglucide;-sunt necesare spaţii mai reduse la depozitare şi transport;-se economisesc cheltuielile legate de producerea şi mărunţirea malţului verde. În afară de preparatele enzimatice amilolitice prezenate,se mai pot folosi,în funcţie de materiile prime prelucrate,şi alte preparate enzimatice:proteaze,β-glucanaze,pentozane etc.

4.Fabricarea alcoolului din cereale şi cartofi Fabricarea alcoolului din cereale şi cartofi se poate face prin două grupe de procedee:-cu fierbere sub presiune a materiei prime(HDV);-fără fierbere sub presiune(DSA). Procedeele clasice de producere a alcoolului din cereale şi cartofi se bazează pe fierbere sub presiune a materiei prime,care se face în scopul gelificării şi solubilizării amidonului,astfel încât acesta să poată fi atacat de către amilaze la zaharificare.Aceste procedee prezintă următoarele dezavantaje:-consumul de energie termică este ridicat(660-800MJ/hl alcool absolut);-modul de lucru este,de regulă,discontinuu iar posibilităţile de recuperare a căldurii sunt reduse;-datorită solicitări termice ridicate a materiei prime(150...165°C) se formează melanoidine şi caramel;-plămezile obţinute nu sunt omogene,iar borhotul rezultat are o valoare furajeră mai scăzută. Procedeele de prelucrare fără presiune se bazează pe faptul că energia termică necesară pentru fierbere sub presiune este înlociută,în mare parte,prin energia de mărunţire a materiei prime,astfel încât amidon granulat să poată fi fluidizat şi zaharificat.Necesarul de energie electrică pentru mărunţire variază,în funcţie de gradul de mărunţire dorit şi de procedeul folosit,între 16 şi 30 kWh/t cereale,fiind mult mai săzut decât necesarul de energie termică de la fierberea sub presiune. Depozitarea cerealelor şi a cartofilor se poate face în silozuri şi în magazii.În timpul depozitării au loc pierderi masice şi în amidon,care sunt cu atât mai mari,cu cât cresc umiditatea materiei prime şi temperatura de păstrare.

4

Figura 1 Schema-bloc a fabricării alcoolului din cereale şi cartofi

5

5.Mărunţirea cerealelor şi cartofilor Aplicarea procedeelor de prelucrare fără presiune necesită o mărunţire optimă a materiei prime,astfel încât săs e obţină randamente maxime în alcool,cu un consum minim de energie. În cadrul acestor procedee,energia termică necesară pentru fierberea sub presiune,care este de circa 700 MJ/hl alcool,este înlocuită cu o cantitate mai mică de energie electrică pentru mărunţire,de 20-40 Mj=5-10 kWh /hl alcool. La mărunţirea cartofilor,mărimea finală a particulelor trebuie să fie de 50-100 µm,iar procedeul de particule cu mărimea de peste 1 µm trebuie să fie de maximum 3 %. O mărunţire insuficientă a materiei prime poate conduce la pierderi în alcool de până la 20 l/t cereale sau chiar mai mult. Pentru mărunţirea cerealelor se folosesc în practică trei grupe de procedee:-măcinarea uscată;-măcinarea umedă;-măcinarea uscată şi umedă.

a)Măcinarea uscată Se bazează pe folosirea unor mori cu ciocane cu sită de 1-2 mm.De la moară,făina ajunge într-un buncăr de făină,din care este trecută în cazanul de zaharificare.Necesarul de energie electrică este 20-25 kWh/t cereale.Acest procedeu se pretează pentru fabricile mici de alcool şi prezintă următoarele dezavantaje:se formează praf care nu este igienic şi prezintă pericol de explozie,este necesar un siloz de făină,iar la plămădire se formează cocoloaşe ce reprezintă o sursă de injecţie şi de pierderi.

b)Măcinarea umedă Se realizează cu ajutorul unor mori speciale cu ciocane,alimentate cu cereale,apă de plămădire şi enzime de fluidizare.FirmaWestphal a patentat un procedeu care se bazează pe folosirea unei mori cu ciocane fixe şi a unei site cu orificii mai mari,având o construcţie specială care permite reducerea consumului de energie electrică pentru măcinare.Pentru măcinarea umedă se mai folosesc morile produse de firmele Alex Faller şi Cramer. În comparaţie cu măcinarea uscată,măcinarea umedă prezintă avantajul că nu se formează praf şi cocoloaşe;acest procedeu se pretează şi pentru mărunţirea cerealelor cu umiditate ridicată,conservate în silozuri ermetice.Necesarul de energie electrică este însă destul de ridicat,de circa 30 kWh/t cereale.

c)Măcinarea uscată şi umedă Printr-o simplă măcinare uscată sau umedă nu se poate obţine,de regulă,granulaţia dorită a măcinişului,ceea ce conduce la o zaharificare incompletă şi la micşorarea randamentului în alcool.Din acest motiv se recomandă mai întâi o măcinare uscată cu ajutorul unei mori cu ciocane,cu sită cu ochiuri mai mari,urmând ca cea de a doua mărunţire umedă să se facă,după fluidizare,într-o moară cu discuri.Prin această mărunţire în două trepte,necesarul de energie se poate reduce până la 16 kWh/t cereale.

6.Procedee de obţinere fără presiune a plămezilor din cereale şi cartofi În functie de modul în care se realizează mărunţirea,diferitele procedee de obţinere fără presiune(DSA) a plămezilor din cereale şi cartofi se pot clasifica astfel:-procedee DSA cu măcinare uscată;

6

-procedee DSA cu măcinare umedă;-procedee DSA cu măcinare uscată şi umedă;-procedee prin dispersie DMV Aceste procedee se pot folosi,în practică,astfel:-fără recircularea borhotului;-cu recircularea borhotului(SRV)

a)Procedeele DSA cu măcinare uscată În figura 2 este prezentat procedeul Grosse-Lohmann-Spradau,care a fost utilizat iniţial pentru cartofi.El oferă avantajul că procesul de plămădire are loc concomitent cu cel de hidratare şi de răcire.Ca vas de plămădire se foloseşte fierbătorul Henze existent,care, deregulî,nu are agitator.Pentru o amestecare optimă a făinii cu apa şi enzima de fluidizare,este necesară folosirea unei pompe de recirculare. Cartofii spălaţi sunt trecuşi printr-o moară cu ciocane tip Mahl-Jet S,iar terciul rezultat este pompat apoi în fierbătorul Henze,unde are loc fluidizarea la 82°C cu Termamzl.Plămada este trecută apoi în zaharificator,în care se face răcirea şi zaharificarea cu SAN şi Fungamzl,după care se lucrează ca la procedeul clasic.

Figura 2 Procedeul Grosse-Lohmann-Spradau1-transportor;2-moară;3,5-pompe,4-fierbător Henze;6-zaharificator .

b)Procedeele DSA cu măcinare umedă Procedeul Westphal foloseşte o moară cu ciocane care este alimentată cu cereale şi apă de plămădire şi un schimbător de căldură special,prin care se reduce şi mai mult necesarul de energie. Aceste procedee prezintă avantajul că se pretează la măcinarea cerealelor cu umiditate ridicată,conservate în silozuri ermetice,existând şi posibilitatea folosirii apei calde la măcinare.Ca dezavantaj s-ar putea menţiona necesarul ridicat de energie la măcinare.

7

Figura 3 Procedeul Westphal1-alimentare cu materie primă;2-moară;3-evacuare corpuri străine;4,10,13-pompe;5-schimbător de căldură;6-spre fermentare;7-apă de răcire;8-fierbător Henze;9-zaharificator;11-alimentare cu abur când nu se recuperează căldura din borhot;12-alimentare cu abur cu recuperare de căldură din borhot;14-tanc de borhot;15-vas de destindere;16-ejector;17-introducere enzime;18-alimentare cu apă pentru măcinare.

c)Procedeele DSA cu măcinare uscată şi umedă Deoarece printr-o simplă măcinare uscată sau umedă nu se poate obţine întotdeauna în practică,granulaţia dorită,multe dintre procedeele DSA de prelucrare a cerealelor şi cartofilor folosesc atât măcinarea uscată,cât şi măcinarea umedă.Pe lângă avantajul obţinerii granulaţiei optime,mai rezultă şi avantaje în privinţa consumului de energieAstfel,necesarul de energie la măcinare se poate reduce până la 16 kWh/t cereale.Din această grupă se pot menţiona procedeele concepute de către Dinglinger şi Klisch.Deoarece procedeul Dinglinger este destul de cunoscut,se va prezenta în continuare în figura 6.3.1. un procedeu cu funcţionare continuă elaborat recent de către Klisch.

8

Figura 4 Schema procedeului DSA cu funcţionare continuă1-alimentare cu abur;2-apă,borhot;3-α-amilază;4-materie primă;5-moară cu ciocane;6-schimbător de căldură în spirală;7-apă de răcire;8-schimbător de căldură cu plăci;9-apă caldă;10-omogenizator;11-spre fermentare;12-plămadă de drojdie;13-fierbător Henze;14-vas de leşie;15-vas de fluidificare finală;16-amiloglucozidază,17-ejector;18-dispozitiv pentru măsurarea şi reglarea temperaturii.

d)Procedeul prin dispersie (DMV) Acest procedeu elimină dezavantajul mărunţirii prealabile a materiei deoarece,în acest caz,se face mărunţirea boabelor chiar în timpul operaţiei de plămădire cu ajutorul unui dispergator tip ULTRA TURRAX,montat direct în zaharificator.Conceput de specialişti de la universitatea Hohenheim,procedeul este folosit în combinaţie cu recircularea borhotului,prin care se obţine o economie suplimentară de energie. Din experienţele practice de aplicare a acestui procedeu au rezultat următoarele avantaje:-se pot prelucra fără probleme toate materiile prime amidonoase,obţinându-se randamente ridicate în alcool,de până la 66 l alcool absolut/100 kg amidon,dacă se foloseşte combinaţia de enzime recomandată de autori:se pot utiliza cu succes şi alte combinaţii de enzime;-se poate obţine gradul de mărunţire optim prin controlul granulaţiei cu ajutorul dispozitivului de sortare hidrodinamică MAK;-la obţinerea plămezii rezultă o economie de energie de circa 80% faţă de procedeul de fierbere sub presiune HDV şi de circa 30% faţă de celelalte procedee de prelucrare fără presiune DSA;-fierbătoarele Henze disponibilizate pot fi folosite ca rezervă de apă caldă sau ca spaţiu de fermentare;-se reduce cantitatea de borhot şi de emisii în mediul ambiant,iar borhotul obţinut are o valoare furajeră mult mai ridicată;

9

-prin recircularea borhotului are loc o accelerare a fermntaţiei,iar pericolul de infecţie este mai scăzut în comparaţie cu alte procedee DSA;-se micşorează consumul de apă de răcire,în special în cazul folosirii schimbătoarelor de căldură cu plăci în locul serpentinei de răcire.

Figura 5 Procedeul prin dispersie DMV cu recircularea borhotului1-cereale(boabe);2-enzime;3-apă;4-aparat de plămădire şi dispersie;5-alimentare cu abur a mantalei;6-agitator;7-apă de răcire;8-evacuare condens;9-plămadă dulce;10-dispergator;11-lin de fermentare;12-plămadă fermentată;13-abur;14-aparat de distilare;15-borhot;16-alcool;17-vas de sedimentare borhot;18-drojdie;19-borhot concentrat;20-borhot lichid;M-motor;P-pompe.

7.Fermentarea plămezilor din cereale şi cartofi Pentru fermentarea plămezilor se pot folosi drojdii lichide,drojdii speciale pentru alcool sau drojdii de panificaţie.În ultimul timp se folosesc pe scară tot mai largă drojdiile uscate în locul celor lichide,deoarece acestea pot fi imediat utilizate după o prealabilă hidratare,au o bună conservabilitate şi se dozează mult mai uşor. În cazul drojdiilor lichide se folosesc,de regulă 1-3/drojdie cultivată la 1 hl plămadă,în cazul drojdiilor uscate 10-20 g/hl plămadă,iar în cazul drojdiilor comprimate 100-200 g/hl plămadă.Într-un gram de drojdie uscată se află,de regulă,20-25 miliarde celule de drojdie. Drojdiile utilizate trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:să se poată acomoda la plămezile acide din cereale şi cartofi,să declanşeze rapid fermentaţia,să formeze o cantitate redusă de spumă la fermentare şi să roducă o cantitate cât mai mică de hidrogen sulfurat şi alte substanţe de gust şi aromă nedorite.

10

Drojdiile lichide şi drojdia comprimată au o putere alcooligenă mai scăzută decât majoritatea drojdiilor uscate,astfel încât costurile ceva mai ridicate pentru drojdiile uscate se compensează în timp scurt prin randamentele mai ridicate în alcool. Cultivarea în continuare a drojdiei în fabrică se face prin procedeul simplificat cu acid sulfuric,astfel încât se poate lucra timp de mai multe luni fără a se procura o nouă drojdie.Fermentaţia plămezii principale are o durată de circa 72 de ore şi cuprinde cele 3 faze:-faza iniţială,circa 22 ore;-faza principală,circa 18 ore;-faza finală,circa 32 ore. Pentru scurtarea duratei de fermentare până la 48 de ore,se pot folosi următoarele metode:-pornirea fermentaşiei l temperaturi mai ridicate de 24-25°C,prin care faza iniţială se reduce la 4-6 ore;-folosirea de borhot lichid recirculat la obţinerea plămezii prin care se declanşează mai rapid fermntaţia,scurtându-se faza iniţială până la 2-3 ore;-utilizarea unei cantităţi mai mari de lapte de slad pentru a asigura cantităţi suficiente de amilaze,pentru zaharificarea secundară;-folosirea unei cantităţi mai mari de plămadă de drojdie de 10-15%;-conducerea fermentaţiei la temperaturi mai ridicate de 35-36°C;-folosirea preparatelor enzimatice microbiene,care produc o hidroliză mai avansată a amidonului până la glucoză,fără formare de dextrine limită,scurtându-se astfel,faza finală a fermentaţiei.

Controlul microbiologic al plămezilor din cereale şi cartofi este important pentru stabilirea stării fiziologice a drojdiei şi pentru depistarea microorganismelor de infecţie.Astfel,în plămezile de drojdie,numărul de celule de drojdie trebuie să varieze între 50 şi 300* celule/ml plămadă.Valori sub 50* celule/ml denotă o multiplicare slabă a drojdiilor.Determinarea concentarţiei în celule de drojdie,în plămezile principale,cu ajutorul camerei thoma trebuie să se facă numai după prima zi de fermentare,deoarece ulterior are loc o sedimentare a drojdiei în linurile de fermentare.Drojdiile cu o bună stare fiziologică nu trebuie să conţină mai mult de 5% celule moarte. Infecţiile cu bacterii sunt foarte periculoase deoarece consumă zahăr pentru metabolismul propriu,iar prin acizii organici formaţi inhibă activitatea drojdiei.De asemenea,în urma infecţiilor cu bacterii are loc o creştere a conţinutulului în acroleină a alcoolului produs.Astfel,în Germania,conţinutul în acroleină al alcoolului brut nu trebuie să depăşească 0,2 mg/100 ml;în caz contrar se fac scăzăminte de la preţul de livrare al alcoolului produs.Pentru scăderea conţinutului în acroleină se recomandă o acidulare specială a plămezii de drojdie şi a plmămezii principale.

8.Fabricarea alcoolului din melasă Obţinerea plămezilor fermentate din melasă cuprinde trei etape:-pregătirea melasei pentru fermentare;-pregătirea drojdiei pentru fermentare;-fermentarea plămezii principale. La fermentarea plămezilor din melasă se folosesc atât procedee cu funcţionare discontinuă cât şi continuă. Procedeele de fermentare continuă se împart în două grupe:-procedee fără refolosirea drojdiei;

11

-procedee cu separarea şi refolosirea drojdiei. Pregătirea melasei cuprinde operaţiile de diluare cu apă,neutralizare şi acidulare,adăugare de săruri nutritive,limpezire şi sterilizare.Plămada principală se diluează până la 30-34% extract,iar plămada de drojdie până la 12-16 % extract.Cele două plămezi pot avea şi aceeaşi concentraţie în extract de 23%. Pregătirea drojdiei cuprinde multiplicarea în laborator,în secţie de culturi pure şi prefermentare.În urma prefermentării rezultă o cantitate mare de plămadă de drojdie,reprezentând circa 40% din plămada totală. Fermentarea continuă are loc într-o baterie formată din mai multe linuri de fermentare.Separarea drojdiei se face din ultimul lin de fermentare cu ajutorul unor separatoare centrifugale,care concentreză drojdia într-un volum reprezentând 7-10% din plămada fermentată. Laptele de drojdie obţinut este,apoi purificat prin tratare cu o soluţie de acid sulfuric,timp de 1-2 ore,la pH=2,2-2,4 pentru distrugerea eventualelor bacterii de infecţie,după care este refolosit la fermentare. Procedeele de fermentare continuă a melasei cu reutilizarea drojdiei prezintă următoarele avantaje:-creşterea randamentului în alcool până la 64-65 l alcool absolut /100 kg zaharoză din melasă;-creşterea productivităţii şi reducerea corespunzătoare a necesarului de spaţiu şi investiţii de fermentare;-automatizarea mai uşoară a procesului tehnologic;-micşorarea şi uniformizarea consumului de utilităţi. Ca dezavantaj s-ar putea menţiona greutăţile care apar datorită instabilităţii biologice.Pentru a se elimina acest dezavantaj,firma STARCOSA /BMA a conceput un procedeu de fermentare continuă a m,elasei,care permite obţinerea alcoolului cu o productivitate foarte ridicată din substraturi nesterile.Acset lucru s-a obţinut printr-o combinaţie între un bioreactor şi o unitate de separare solid /lichid,cu ajutorul căreia se recirculă biomasa de drojdie în sistem până la o concentraţie foarte ridicată.

Figura 6 Procedeu de fermentare continuă a melasei cu substrat nesteril şi recircularea drojdiei1-fermentator;2-alimentare cu substrat nesteril;3-dispozitiv de amestecare;4-evacuare dioxid de carbon;5-modul de microfiltrare;6-aer comprimat;7-tanc tampon;8-evacuare permeat A;9-evacuare produs B;10-pompă de recirculare;11-alimentare cu oxigen.

12

9.Distilarea şi rafinarea alcoluluia)Bazele teoretice ale distilării şi rectificării Plămada fermentată este un amestec apos de diferite substanţe aflate în soluţie sau în suspensie,fie provenite din materiile prime şi auxiliare,fie produse ale fermentaţiei alcoolice.Concentraţia alcoolică a plămezii fermentate variază între limite largi,cuprinse între 6 şi 12 %,în funcţie de materia primă prelucrată şi de procesul tehnologic aplicat. Separarea alcoolului etilic din acest amestec se bazează pe diferenţa de volatilitate dintre alcool şi apă. Antrenarea unor produse secundare de fermentaţie cu alcolul la distilare se poate observa din figura 7 în care sunt prezentaţi coeficienţii de distilare ai unor produse secundare de fermentaţie,în funcţie de concentraţia alcoolică a lichidului.

Figura 7 Coeficienţii de distilare pentru alcoolul etilic şi acetatul de etil

Rafinarea este operaţia de purificare şi concentrare în alcool,a alcoolului brut,în vederea obţinerii alcoolului etilic rafinat,cu concentraţia alcoolică de circa 96%.Rafinarea se poate face pe cale fizică sau pe cale chimică.Rafinarea chimică constă în tratarea alcoolului brut cu substanţe chimice,în vederea transformării unor impurităţi din formă volatilă în formă fixă. Separarea impurităţilor prin rectificare se bazează pe diferenţa de volatilitate şi de solibilitate în amestecul alcool etilic-apă. Pentru stabilirea comportării unei impurităţi la rectificare se calculează coeficientul de rectificare al impurităţilor respective :

Unde : =este coeficientul de distilare al impurităţii =coeficientul de distilare al alcoolului etilic.

13

Impurităţile care au >1 se concentrază la rectificare în faza de vapori formând frunţile,iar cele care au <1 se concentrează în faza lichidă de pe taler formând cozile sau uleiul de fuzel.În figura 8 se prezintă coeficienţii de rectificare pentru unele produse secundare rezultate de la fermentaţia alcoolică.

Figura 8.Coeficienţii de rectificare ai unor produse secundare ale fermentaţiei alcooliceUnde:A-alcool amilic;B-acetat de izoamil;C-acetat de etil;D-acetat de metil

b)Instalaţii de distilare şi rectificare Instalaţiile de distilare a plămezilor fermentate sunt prevăzute cu două coloane,de plămadă şi de concentrare,care pot fi amplasate suparapus sau alăturat. Cele mai utilizate în practică sunt instalaţiile de distilare cu coloane suprapuse.În figura 9 este prevăzută o instalaţie de distilare a plămezilor fermentate,prevăzute cu încălzire indirectă,care permite obţinerea unui borhot mai concentrat. Instalaţiile de rafinare discontinuă sunt prevăzute cu separartoare de aldehide şi ulei de fuzel(figura 10 ). Pentru capacităţi mai mari se folosesc instalaţii de distilare-rafinare continuă,care permit obţinerea alcoolului rafinat dirct din plămezile fermentate. În figura 11 este reprezentată schematic o instalaţie de distilare-rafinare continuă cu trei coloane,care se bazează pe antrenarea frunţilor direct din plămada fermentată. Consumul de abur pentru instalaţia de distilare-refinare continuă(figura 11) este de circa 5 kg / l alcool absolut. Pentru reducerea consumulului de energie la distilare şi rafinare se pot folosi următoarele metode:-recuperarea căldurii din borhot prin recomprimare termică sau mecanică a vaporilor;-distilarea şi rectificarea cu efect multiplu;-folosirea pompelor de căldură.

14

Prin recomprimarea directă a vaporilor alcoolici rezultaţi din coloana de rectificare şi refolosirea lor la încălzirea coloanei de plămadă şi hidroselecţie,este posibilă o reducere drastică a consumului de energie la distilare-rafinare,În acest caz(figura 12),vaporii alcoolici rezultaţi din coloana de rectificare cu temperatura de circa 78°C şi concentraţia alcoolică de 94-95% masice sunt comprimaţi în două trepte,într-un turbocompresor,până la temperatura de 118-120°C şi refolosiţi ca agent de încălzire a coloanei de plămadă şi hidroselecţie

Figura 9 Instalaţie de distilare a plămezilor fermentate.1-pompă de plămadă;2-alimentare cu abur;3-coloană de plămadă;4-coloană de concentrare;5-deflegmator combinat;6-vapori de alcool;7,9-apă;8-condensator răcitor;10-felinar de control; 11-alcool brut;12-rezervor de alcool brut;13-pompă de borhot;14-borhot.

1-condens;2-abur;3-blază;4-răcitor de ulei de fuzel;5-coloană de rectificare;6-conductă de vapori;7-deflegmator;8-răcitor de aldehide;9-răcitor de alcool rafinat;10,13-separatoare de ulei

15

de fuzel;11-felinar de control alcool rafinat; 12-apă;14-ulei de fuzel; 15-apă de luter.Figura 10 Instalaţie de rafinare discontinuă cu separare de aldehide şi ulei fuzel.

Consumurile de energie pentru sistemele moderne de distilareConfiguraţia instalaţiei

Produsul(Randamentul,%)

Consumul de abur de 9 bar,kg /l etanol

Consumul de energie,kWh/l produs

Energy-Saving Normal pressure(ESNP)

Alcool fin Circa 2,5 Circa 0,025

Presiuni multiple Alcool neutru (circa 94)

Circa 1,6 Circa 0,060

Presiuni duble Alcool absolut(circa 95)

Circa 2,6 Circa 0,038

Presiuni multiple Alcool absolut(circa 95)

Circa 1,5 Circa 0,082

Presiuni multiple şi recomprimare de vapori

Alcool neutru (circa 94)

Circa 0,5 Circa 0,3*

Presiuni multiple şi recomprimare de vapori

Alcool absolut(circa 95)

Circa 0,75 Circa 0,3*

*-la acţonarea electrică a compresorului

Figura 11 Instalaţie de distilare-rafinare continuă cu trei coloane

16

1-coloană de plămadă;2-coloană de degazare şi antrenare a frunţilor;3,6,9-deflegmatoare;4,7,10,11-răcitoare de alcool;5,13,14,15-felinare de control;8-frunţi;12-coloană finală;17-separator de ulei de fuzel;18-borhot;19-pompă de borhot Figura 12 Instalaţie de distilare-rafinare cu recomprimare de vapori

1-pompă de plămadă;2-plămadă;3-coloană de plămadă şi hidroselecţie;4-lichid;5-vapori;6,11-frunţi;7-condensator-răcitor;8–

apă de răcire;9-coloană de rectificare;10-coloană de concentrare;12-fracţiune metanol;13-coloană de metanol;14-abur de încălzire;15- condens;16-alcool neutru;17-fracţiune propanol;18-ulei de fuzel;19-apă de luter;20-compresor;21-borhot.

10.Borhotul din cereale şi cartofiBorhotul din cereale şi cartofi,rezultat de la distilarea plămezilor fermentate,prezintă compoziţia chimică,data în tabelul 4Componentele Borhotul din:

Porumb Grâu Orz Orez Cartofi Substanţa organică,%s.u. 95,3 91,4 97,9 96,5 87,4Proteină brută,%s.u. 25,5 34,8 31,3 42,4 27Grăsime brută,%s.u. 11,7 2,2 10,2 3,5 2,7Celuloză,%s.u. 10,6 3,4 13,7 5,9 8,1Substanţe extractive neazotoase,%s.u.

47,6 51 42,7 44,7 49,9

Substanţe minerale,%s.u. 4,7 8,6 2,1 3,5 12,6Substanţă uscată,%s.u.(aproximativ)

8,5 4,2 26 8 6

Prin substanţele pe care le conţin,borhotul din cereale şi din cartofi reprezintă un furaj preţios.Digestibilitatea principalelor componente ale borhotului pentru animale şi păsări este reprezentată in tabelul 5

Componentele Digestibilitatea,% pentru:Vite Porci Ovine Păsări

17

Substanţa organică 75 80 67 58

Proteină brută 73 78 64 78Grăsime brută 81 92 89 56Celuloză 32 81 59 36Substanşe extractive neazotoase

89 91 71 51

Prin prelucrarea fără presiune a cerealelor şi cartofilor rezultă un borhot cu o valoare furajeră mai ridicată decât în cazul fierberii sub presiune,la care au loc procese importante de degradare termică a unor substanţe valoroase din borhot.Astfel,în czul folosirii procedeului prin dispersie,valoarea furajeră a borhotului creşte cu circa 45%,iar digestibilitatea substanţei organice cu circa 24% faţă de procedeul de fierbere sub presiune.

11.Randamente practice obţinute la fabricarea alcooluluiÎn tabelul 6 se prezintă randamentele practice obţinute la fabricarea alcoolului din materii prime amidonoase şi din materii prime zaharoase. I Materii prime amidonoaseMateria primă Amidon % Calitatea fabricaţiei

Excelentă Foarte bună Bună Medie 1 2 3 4 5 6Amidon pur,anhidru

100 67 65 63 61

Amidon pur,uscat în aer

82 54,9 53,3 51,6 50

Cartofi 14 9,4 9,1 8,9 8,5Cartogi 16 10,7 10,4 10 9,7Cartofi 18 12,1 11,7 11,3 11Cartofi 20 13,4 13 12,6 12,2Fulgi de cartofi

68 45,6 44,4 42,8 41,5

Făină de amidon de cartofi

80 53,6 52 50,4 48,8

Secară medie 55 36,9 35,7 34,6 33,5Secară grea 58 38,9 37,7 36,6 35,4Grâu mediu 57 38,2 37 35,8 34,7Grâu greu 60 40,2 39 37,8 36,6Orz 55 36,9 35,8 34,7 33,6

18

Ovăz 52 34,8 33,8 32,7 31,7Porumb normal

60 40,2 39 37,8 36,6

Sorg 60 40,2 39 37,8 36,6Făină de tapioca

75 50,3 48,8 47,3 45,8

Malţ uscat din orz

56 37,5 36,4 35,3 34,2

Malţ verde din:-orz uşor-orz f.uşor-ovăz mijlociu

403535

26,823,523,5

2622,822,8

25,222,122,1

24,421,421,4

II Materii prime zaharoase Materia primă

Zahăr % Calitatea fabricaţieiExcelentă Foarte bună Bună Medie

Zahăr din trestie de zahăr anhidru

100 64 62 60 58

Sfeclă de zahăr

12 7,7 7,4 7,2 7

Sfeclă de zahăr

14 9 8,7 8,4 8,1

Sfeclă de zahăr

16 10,2 9,9 9,6 9,3

Sfeclă de zahăr

18 11,5 11,2 10,8 10,4

Sfeclă de zahăr

20 12,8 12,4 12 11,6

Melasă din sfeclă de zahăr

46 29,4 28,5 27,6 26,7

Melasă din sfeclă de zahăr

48 30,7 29,8 28,8 27,8

Melasă din sfeclă de zahăr

50 32 31 30 29

Melasă din sfeclă de

55 35,2 34,1 33 31,9

19

zahăr

Partea de proiectareTema de proiectareSă se dimensioneze o instalaţie de obţinere a alcoolului etilic din porumb care prelucrează anual o cantitate de 388,89 kg/h,cunoscându-se compoziţia porumbului prelucrat:-umiditate %=12,6; -amidon%=58,4, -substanţă uscată %=27; -impurităţi %=2

Schema flux a procesului tehnologic

=0,1%F1.

F2.

F3.

F5.

20

RECEPŢIE

DEPOZITARE

TRANSPORT

PRECURĂŢIRE

CÂNTĂRIRE

F6.

F7.

(Apă de răcire) F8.

F9.

drojdii(Apă de răcire)

F10.

F11.

F12.

F13.

(borhot)

F14.(reziduu)

frunze,coziulei de fuzel

apă de cuter F15.

21

MĂCINARE

FLUIDIZARE

RACIRE LA 55®C

ZAHARIFICARE η=90 %

RACIRE LA 30®C

ÎNSĂMÂNŢARE

RACIRE L a 20®C

FERMENTAREη=90 %

DISTILARE

RAFINARE

STOCARE

DEPOZITARE

preînsămânţare

multiplicare

F16

Sticle 0,5l etichete

F17 dopuritimbrefolie plasticPalete lemn

F18.

F19.

Bilanţul de materiale pe faze. Cntitatea prelucrată pe an:

Cantitatea prelucrată pe oră:

Compoziţia porumbului prelucrat:

-umiditate %=12,6; -amidon%=58,4; -substanţă uscată %=27; -impurităţi %=2.

FAZA 1.Recepţia0,1%

FAZA 2.Depozitarea

22

ÎMBUTELIERE

LIVRARE

FAZA 3.Transport

=387,72-0,39=387,33

FAZA 4.Precurăţire

=2%*(

=

Înainte de precurăţire compoziţia porumbului era:

-umiditate %=12,6; -amidon%=58,4; -substanţă uscată %=27; -impurităţi %=2. După precurăţire se modifică compoziţia porumbului prelucrat datorită eliminării impurităţilor:

Umiditate=12,6%...................12,6 kg............12,6 kg...............xAmidon=58,4%......................58,4 kg............58,4 kg..............,yImpurităţii=2%........................2 kg................0 kg....................0Subst.uscată=27%..................27 kg...............27 kg..................z

100 kg 98 kg 100 kg

x=12,86%y=59,59%z=27,55%

După faza de precurăţire compoziţia porumbului va fi:

Umiditate=12,86%Amidon=59,59%Subst.uscată=27,55%

FAZA 5.Cântărire

23

FAZA 6.Măcinare

+

FAZA 7.Fluidizare

Modul d calcul al compoziţiei după faza de fluidizare.Din debitul se scad pierderile ,diferenţa rezultată se fluidizează cu

Umiditate=12,86%...............xAmidon=59,59%..................ySubst.uscată=27,55%...........z

100 kg 377,68 kg

x=48,57kgy=225,06 kgz=104,05 kg

La fluidizare la cele 48,57 kg umiditate se adaugă (apă de abur)

Umiditate=48,57+1890,30=1938,87Umiditate=1938,87 kg.................xAmidon=225,06 kg......................ySubst.uscată=104,05 kg................z

2267,98 kg 100 kgx=85,49% umiditateay=9,92% amidonulz=4,59% subst.uscată

FAZA 8.Răcire la 55 ºC

24

=

Apa de răcire nu se amestecă cu debitul .Răcirea la 55ºC este necesară pentru etapa următoare de zaharificare.

FAZA 9.Zaharificarea Debitul de enzime de zaharificare si se vor neglija.

≈ ≈0 kg

Faza de zaharificare presupune transformarea amidonului în zahăr sub acţiunea enzimelor de zaharificare în mediu de pH acid la t=55ºC. Din debitul se pierde o cantitate reprezentată de pierderile ,iar diferenţa va suferi procesul de zaharificare.

Randamentul de zaharificare este de 90% ceea ce înseamnă ca 90% din amidonul conţinut de diferenţa se va transforma în zahăr.Umiditate=85,49...............xAmidon=9,92....................ySubst.uscată=4,59.............z

100 2263,44

x=1935,01 kg umidiatey=224,53 kg amidonz=103,89 kg subst.uscată

Din 100 kg amidon se zaharifică 90 kg şi rămâne nezaharificat 10 kg amidon.Nezaharificat 10 kg...............xZaharificat 90 kg...................y

100 kg 224,53 kg x=22,45

y=202,08 Reacţia de zaharificare: n

amidon zahăr

162 kg amidon...............18 kg apă..................180 kg zahăr202,08 kg amidon.............x..............................y

x=22,45 kg apăy=224,53 kg zahăr

Înainte de zaharificare în masa de reacţie avem următoarea compoziţie:

25

Umiditate=1935,01Amidon=224,53Subst.uscată=103,89 Din 224,53 kg amidon,o cantitate de 202,08 kg se va consuma şi va forma 224,53 kg zahăr iar diferenţa 22,45 kg amidon va rămâne nedescompusă.De asemenea în reacţie se va consuma şi cantitatea de 22,45 kg apă. După zaharificare amestecul va conţine:1935,01-22,45=1912,56 kg apă224,53-202,08=22,45 kg nezaharificat

224,53 kg zahăr format în reacţie103,89 kg subst.uscată2263,44

Determinarea compoziţiei debitului :

Umiditatea=1912,56 kg................xAmidon=22,45 kg.........................yZahăr=224,53 kg..........................zSubst.uscată=103,89...................k

2263,44 kg 100 kg

x=84,50% y=0,99% z=9,92% k=4,59%

Debitul are următoarre compoziţie:

Umiditate=84,50%Amidon=0,99%Zahăr=9,92%Subst.uscată=4,59%

FAZA 10.Răcire la 30 ºC

=2263,44-2,26=2261,18

FAZA 11.ÎnsămânţareDebitul de drojdii se poate neglija

26

FAZA 12.Răcire la 20ºC

=

FAZA 13.Fermentare În faza de fermentare are loc descompunerea zahărului în alcool etilic cu formare de .Datorită faptului ca format poate fi valorificat în alte industrii alimentare,el va fi purificat,uscat şi îmbuteliat în butelii de 100 l,la 20ºC,100 atm. Din debitul de intrare se pierde o cantitate iar diferenţa ( ) va suferii procesul de fermentare.

Umiditate=84,50 kg.......................xAmidon=0,99 kg............................yZahăr=9,92 kg...............................zSubst.uscată=4,59 kg....................k

100 kg 2254,39 kgx=1904,96y=22,32z=223,64k=103,48

Din 223,64 kg zahăr va suferii fermentarea doar 90% adica 223,64* =201,28 (această

cantitate fermentează) şi zahărul nefermentat 223,64* 2

180 kg zahăr......................92 kg alcool etilic....................88 kg degajat201,18 kg zahăr..................x...............................................y

x=102,88 kg alcool etilicy=98,40 kg degajat

se va elimina sub formă de gaz deci nu se va regăsi în masa de reacţie.

ÎNAINTE DE FERMENTARE DUPĂ FERMENTARE2254,39 KG CONŢIN:Umiditate 1904,96 kg 1904,96 kg

27

Amidon 22,32 kg 22,32 kgSubstanţă uscată 103,48 kg 103,48 kg Zahăr 223,64 kg 22,36 kg zahăr nefermentat

102,88 kg alcool etilic 98,40 kg degajat

Calculul compoziţiei după faza de fermentare:

Umiditate=1904,96 kg...........................xAmidon =22,32 kg...............................ySubst.uscată=103,48 kg.........................zZahăr=22,36 kg.....................................tAlcool =102,88 kg................................k

2155,99kg 100kg

x=88,36 kgy=1,04 kgz=4,80 kgt=1,04 kgk=4,77 kg

Compoziţia debitului după fermentare este:

Umiditate=88,36 %Subst.uscată=4,80%Alcool etilic=4,77%Amidon=1,04%Zahăr=1,04%Calculul numărului de butelii de obţinute într-o oră de funcţionare a instalaţiei:

format la fermentare se purifică,se usucă şi se îmbuteliază la 20ºC în butelii de 100 l la 100 atm. În condiţii normale (0ºC=273,15ºk şi 1 atm) avem:

44 g ...............22,42 l98400 g.....................x

x=50139,27 l

V=

1 butelie.........100 l

x.....................538,10 l x=5,38 butelii /h

28

FAZA 14.Distilarea La faza de distilare se separă un amestec binar de alcool şi apă care va trece în etapa următoare de rafinare. În această etapă se va mai obţine un borhot care nu conţine alcool etilic şi care are un conţinut de apă de 90%

Diferenţa dintre debitul şi pierderile ( =2155,99-2,16=2153,83) va suferii operaţia de distilare.

Umiditate=88,36....................xSubst.uscată=4,80..................yAmidon=1,04.........................zZahăr=1,04.............................kAlcool etilic=4,77...................t

100 kg 2153,83 kg

x=1903,12y=103,38z=22,40k=22,40t=102,74

Determinarea debitului şi compoziţiei borhotului după distilare se face ştiind ca acesta conţine 90% apă şi nu conţine alcool etilic. În borhot după distilare trebuie să se regăsească substanţă uscată,amidonul şi zahărul dinamestecul supus distilării adică: Subst.uscată=103,38Amidon =22,40Zahăr =22,40

148,18

10 kg ...................................148,18 kg90 kg apă..............................x

100 y borhotx=1333,62y=1418,8

Calculul compoziţiei borhotului:

Subst.uscată=103,38..............................xAmidon =22,40................................yZahăr =22,40...............................zApă =1333,62..........................t

1418,8 100

29

Compoziţia borhotului este:Subst.uscată=6,98%Amidon=1,51%Zahăr=1,51%Apă=90%

Calculul debitului de distilat

Acest distilat conţine întreaga cantitate de alcool:672,03 kg distilat....................102,74 kg alcool100 kg distilat..........................x

x=15,29 kg alcool Aşadar distilatul va conţine 15,29 % alcool etilic în apă

FAZA 15.Rafinarea În faza de rafinare se prelucrează un alcool de 15,29% cu scopul obţinerii unui alcool rafinat cu concentraţia de 96%.

Se va supune efectiv rafinării debitului kg/h alcool de concentraţie 15,29%100 kg amestec..................15,29 kg alcool671,36 kg amestec..............x

x=102,65 kg alcool Ştiind ca:100 kg amestec după rafinare.................96 kg alcool etilicx..............................................................102,65 kg alcool etilic

x=106,93 kg amestec

Calculul debitului de reziduu

FAZA 16.Stocarea

30

FAZA 17.Îmbutelierea

Ştiind ca alcoolul se îmbuteliază în sticle de 0,5 l putem calcula numărul de sticle pe ora de fabricaţie astfel: 0,5 l alcool 96%.....................1 sticlă106,71 kg≈106,71 l alc.96%.....................x

x=213,42 sticle/h

FAZA 18.Depozitarea

FAZA 19.Livrare

Bilanţul termic Căldura este o formă de energie şi anume energia transmisă de la un corp la altul datorită unei diferenţe de temperatura între ele. Întru-cât căldura este o formă a energiei,se măsoară în unităţi de enrgie.În sistem internaţional,unitatea de măsură a căldurii este 1 Joulle.Mai există şi o unitate de măsură mai veche care se menţine încă:kcal. 1 kcal se defineşte drept cantitatea de căldură transmisă pentru încălzirea unui kg de apă,în vederea ridicării temperaturii cu 1˚C acesteia.1kcal=4186 J Căldura specifica este o proprietate termică a substanţei.

31

Căldura specifică se defineşte drept cantitatea de căldură necesară modificării temperaturii cu 1˚C a unităţii de măsură dintr-un corp.Valoarea ei se găseşte în tabele. Căldura specifică se notează şi se măsoară în kcal/kg*˚Csau J/kg*k. Entalpia este definită prin cantitatea de căldură pe care o conţine un kg de vapori.Se măsoară în kcal/kg sau J/kg.

Fazele în care este implicat bilanţul termic sunt:1.Fluidizarea F72.Răcirea la 55˚C F83.Răcirea la 30˚C F104.Răcirea la 20˚C F125.Distilarea F146.Rafinarea F15

1.Bilanţul termic la Fluidizare

u=12,86% a=59,59%

=0 Su=27,55%

u=12,86%a=59,59%

Su=27,55%u=85,49%a=9,92%su=4,59%

Se dau:-temperatura de intrare pentru debitul :

- =420 kJ/kg

- 4J/kg*k

- J/kg*k

- 3J/kg*k- ˚CSe cere să se determine temperatura de evacuare a debitului Ecuaţia de bilanţ termic pentru faza 7 este.

32

Fluidizare

kJ/kg*k

kJ/h

=1890,30*420

kJ/h

kJ/kg*k

(

kJ/kg*k

32667,41+793926=32,86+2267,98*4,0533

2.Bilanţul termic la Răcire la 55˚Cî

kg/h u=85,49%a=9,92%su=4,59%

kg/h kJ/kg*k

kg/h

kJ/kg*k

kJ/kg*k

Se dau:

-temperatura de intare a apei de răcire =15˚C

-temperatura de evacuare a apei de răcire =55˚C

Se cere determinarea debitului apei de răcire

Ecuaţia de bilanţ termic pentru faza 8:

kJ/kg

kJ/kg

33

Răcire la 55˚C

kJ/kg

880990,40+ 881,78+538382,54+ kg/h

3.Bilanţul termic la Răcirea la 30˚C u=84,50%

kg/h a=0,99%

z=9,92%

su=4,59%

kg/h

kg/h

Se dau valorile căldurilor specifice:

- kJ/kg*k

- kJ/kg*k

- kJ/kg*k

- kJ/kg*k

- kJ/kg*k

-temperatura apei de răcire la intrare

-temperatura apei de răcire la evacuareSe cere debitul apei de răcire utilizat în faza 10 Ecuaţia de bilanţ termic pentru faza 10 este:

kJ/kg*k

kJ/h

34

Răcirea la 30˚C

kJ/h

kJ/h

468776,53+ =468,06+255440,98+

kg/h

4.Bilanţul termic la Răcirea la 20˚C

kg/h

kg/h

kg/h

kJ/kg*kSe cere debitul apei de răcire

kJ/h

kJ/h

kJ/h255185,67+ =255,31+169953,58+

kg/h

35

Răcirea la 20˚C

u=88,36%

5.Bilanţul termic la Distilare su=4,80%

kg/h alc=4,77%

a=1,04%

z=1,04%

kg/h kg/h u=84,71%

alc=15,29%

Compoziţia borhotului:Umiditate=90%Zahăr=1,51%Amidon=1,51%Subst.uscată=6,98Alcool=0%Se dau:-entalpia vaporilor h=3100 kJ/kg-entalpia condensului h=600 kJ/kg

kJ/kg*k

kJ/kg*k

=

kJ/kg*kEcuaţia de bilanţ este:

kJ/h

kJ/h

kJ/h

36

Distilarea

kJ/h166890,87+ =167,20+202716,50+ +464111,61 kg/h

6.Bilanţul termic la Rafinare u=84,71%

alc=15,29%

(h=3100 kj/kg)

(h=600 kj/kg)

alc=96%

u=4%Se dau:-temperatura debitului evacuat din faza de rafinare -entalpia vaporilor h=3100 kJ/kg-entalpia condensului h=600 kJ/kg

Se cere debitul necesar la faza de rafinare.

kJ/kg*k

Ecuatia de bilant termic pentru faza de rafinare

37

Rafinarea

202716,50+

Costuri de producţieSticle pe oră106,49*2=212,98

Sticle pe an212,98*24*300=1533456

Porumb388,89kg/h.......................212,98 sticle/hx kg/h...............................1 sticlă/h x=1,83 kg/h x*1,83=0,64 lei/sticlă

Energie electrică37,5 kWh...........................212,98 sticle/hx kWh.................................1 sticlă/h x=0,18 kWh x*5=0,9 lei/sticlă

38

Salarii directe872400 lei/an............................1533456 sticle/anx lei/an.......................................1 sticlă/an x=0,57 lei/sticlă

Contribuţii angajator100 lei salarii directe....................29 lei contr.angajat.0,57 lei/sticlă................................x lei X=0,17

Gaz metan

=793926+620124+15686=14297361 gaz metan.......................35000 lei/hx gaz metan......................1429736

x=5,73 gaz metan x*5=28,65 lei/h

Accize pe alcool200 sticle......................275*4,2=11551 sticlă...........................x

x=5,77 lei/sticlăPierderi de apă

=2035,79+3547,79+4248,84+200,04+5,06=10037,5210037,52 kg/h.......................212,98*24=5111,52sticle/zix kg/h...................................1 sticlă/zi x=1,96 kg/h x*3=5,88 lei/h

Sticle1533456 sticle/an...................1 sticlă....... .......................... x=

Adaos comercial

42,58 =4,26

TVA

39

Profit anual1533456*4,26=6532522,56 lei/an

40