+ CUPRINS

1.Enunt tema proiectului2.Obiectivul proiectului 2.1.Denumirea obiectivului proiectului 2.2.Capacitatea de productie 2.3.Profilul de productie pe sortimente sau grupe de sortimente 2.4.Justificarea necesitatii si oportunitatii realizarii productiei proiectate3.Elemente de inginerie tehnologica 3.1.Analiza comparativa a tehnologiei similare din tara si strainatate pentru realizarea productiei proiectate 3.2.Alegerea si descrierea schemei tehnologice adoptate si analiza care influienteaza productia 3.3.Principalele caracteristici ale materiilor prime, auxiliare si a produselor finite4.Bilantul de materiale 4.1.Calculul bilantului de materiale pe operatii 4.2.Consumuri specifice si randamente de fabricatii pe operatii5.Bilantul termic6.Utilaje tehnologice 6.1.Dimensionarea tehnologica 6.2.Lista utilajelor tehnologice cu montaj 6.3.Masuri de protectie a muncii7.Partea grafica 7.1.Schema de operatii(schema bloc) 7.2.Schema tehnologica de legaturi8.Rezultate si concluzii 9.Bibliografie

1

1.Enunt tema proiectului Sa se proiecteze o sectie de obtinere a alcoolului rafinat cu o capacitate de 5000 l / 24 h folosind ca materie prima melasa.

2

2.Obiectivul proiectului

2.1.Denumirea obiectivului proiectului

Sa se dimensioneze o sectie de obtinere a alcoolului rafinat folosind ca materie prima melasa.

2.2.Capacitatea de productie

Sectia de obtinere a alcoolului are o capacitate medie de productie si are ca scop procesarea a 5000 l alcool / 24 h.

2.3.Profilul de productie pe sortimente sau grupe de sortimente

Profilul productiei are in vedere obtinerea unei cantitati de alcool rafinat din melasa.

Melasa este un deseu obtinut la fabricarea zaharului din sfecla de zahar sau trestia de zahar.Sfecla de zahar se obtine la noi in tara pe cand trestia de zahar este o planta tropicala. Sfecla de zahar (Beta vulgaris) este o planta bisanuala,adica cu un ciclu de dezvoltare de doi ani.Se seamana primavara,in luna Aprilie sau mai tarziu pana in mijlocul lunii Mai,in aratura pregatita din toamna. In primul an,sfecla acumuleaza in radacina ei de forma mai mult sau mai putina conica,zaharoza(C12H22O11) in decursul unei perioade de vegetatie de aproape 6 luni (din luna Aprilie pana in luna Septembrie).Ajunsa la acest stadiu de dezvoltare,sfecla este scoasa din pamant,cu ajutorul unor furci cu varfurile rotunjite,spre a se evita vatamarea ei.Dupa taierea coletului,sfecla de zahar este predata, pentru prelucrare,fabricilor de zahar. In celulele sfeclei de zahar se gaseste in disolutie 14-25% zaharoza calculata la greutatea sfeclei,alaturi de alte substante minerale si organice,provenite din solul in care a fost cultivata.Aceste substante constituite din substante minerale si organice,reprezinta un procent destul de ridicat in raport cu cel al zaharozei. Aceasta dovedeste ca culturile de sfecla de zahar secatuiesc terenurile arabile de continutul lor de substante hranitoare.De aceea, la semanarea sfeclei de zahar este necesar sa se adauge ingrasaminte chimice.Tot pentru acest motiv la culturile de sfecla de zahar se aplica metoda asolamentului. Prezenta intr-un procent atat de ridicat a substantelor minerale si organice (in special saruri de potasiu si sodiu) in sucul celular al sfeclei este cauza pentru care nu se poate recupera toata zaharoza,deoarece impiedica ,partial,cristalizarea ei. In ultimul timp,in tehnologia fabricarii zaharului,s-au facut progrese remarcabile pentru eliminarea cat mai completa a substantelor straine de

3

zaharoza in cursul fabricatiei.S-a reusit,astfel,sa se mareasca randamentul de zahar extras din sfecla,iar zaharul nerecuperabil,sub forma cristalina,a fost redus de la 2% la 1,5%,calculat asupra sfeclei supusa prelucrarii. Extragerea zaharozei din sfecla se face prin epuizare cu apa calda,dupa care se procedeaza pe cale chimica (adaugare de var si saturare cu bioxid de carbon) la precipitarea substantelor minerale si organice.Separarea precipitatului se face prin filtrare,dupa care zeama purificata se concentreaza pana la punctul critic corespunzator cristalizarii. Procesul de cristalizare se face in 2 sau 3 etape,iar in ultima faza, zaharoza care nu mai cristalizeaza,alaturi de sarurile de potasiu si sodiu, care n-au putut fi eliminate in decursul fabricatiei,formeaza melasa. Melasa se prezinta sub forma unui lichid siropos si foarte vascos (lipicios) ,avand o culoare cafenie inchisa , mergand pana la negru. Melasa obisnuita are un miros placut , de cafea proaspata prajita si un gust dulce-amarui. Acest deseu valoros este sub forma unui fluid vascos de culoare bruna-neagra , cu reactie slab alcalina, cu greutate specifica variind intre 1,40 si 1,45 iar umiditatea medie cu valoarea de 18%. Randamentul de melasa este de circa 4,6% in raport cu greutatea sfeclei supuse prelucrarii. Compozitia chimica a melasei depinde de componentele chimice ale sfeclei de zahar si de procesul tehnologic aplicat la fabricarea zaharului. Compozitia chimica a sfeclei de zahar este urmatoarea :•umiditate 75-78%;•substanta uscata 22-25%,formata din : -extractive neazotate 20,6%; -proteine brute 1,6%; -celuloza bruta 1,5%; -grasime bruta 0,1%; -cenusa 1,2%. Principalele componente ale substantei uscate sunt extractivele neazotate,predominand zaharoza.Celelalte zaharuri (levuloza, rafinoza, arabinoza, etc.) sunt in cantitati mici(0,05-0,016%). Nezaharurile sunt de natura anorganica (cenusa solubila 0,5%) sau organica ( proteina solubila,aminoacizi, alti acizi organici, amide, amine, substante proteice, saponine, rafinoza,etc.). Potasiul, sodiul si calciul existenti in cenusa (60-70% din total) formeaza saruri melasigene. Azotul blocheaza zaharoza si reprezinta 1,2%(compusi cu azot). In ordinea proportiei lor amintim : glutamina si acidul glutamic (0,33%), betina (0,2%), aminoacizii, unele amine si nitrati. Acizii organici imprima zemii de difuzie , o reactie acida si impiedica cristalizarea zaharului. Factorii care favorizeaza acumularea de substante daunatoare duc in acelasi timp la diminuarea continutului in zahar a sfeclei.

4

Melasa folosita la procesarea alcoolului trebuie sa fie de calitate , deoarece efectul negativ se resfrange asupra randamentului. Din punct de vedere fizic melasa este un lichid vascos, de culoare brun-negru cu miros specific de cafea iar gustul fiind dulce-amarui. Masa specifica (densitatea) este de 1,3-1,45, iar greutatea melasei se exprima in grade zaharometrice Balling (Bllg) sau Brix (Bx). Un grad zaharometric reprezinta un gram de substanta uscata dizolvata in 100 grame solutie. Melasa are concentratia cuprinsa intre 75-800Bx. Compozitia chimica a melasei este variabila in raport cu soiul de sfecla cultivat, factorii climaterici, natura solului, etc., iar principalii componenti fizico-chimici caracteristici melasei sunt redati in tabelul urmator.

Componentul Melasa normala % din masa melasei

Melasa perfecta % din masa melasei

Zahar (polarizabil),% 48-52 40-50Brix la 200C, minim % 75-80 65-74Umiditate,% 18-20 25-28Masa specifica 1,3-1,4 1,1-1,2Zahar invertit, % 0,25-1 peste1pH 7-7,5 6-7Acizi volatili, % 0,3-1,2 peste 1,2Dioxid de sulf, % 0,01-0,08 peste 0,08Azot total, % 1,4-1,9 sub 1,4Cenusa,% 8-12 peste 12

In acest tabel sunt redate grupele de substante care alcatuiesc substanta uscata a melasei. Compozitia chimica a substantei uscate din melasa

Grupa de substante % fata de substanta uscata Zaharoza 54-63Substante azotate 14,8 Substante organice neazotate (altele decat zaharuri)

16,7

Substante minerale 8,5

Compozitia chimica a melasei variaza in functie de materia prima folosita.

5

In tabelul de mai jos este prezentata compozitia chimica a melasei din sfecla si trestia de zahar.

Componentul Sfecla de zahar Trestia de zaharUmiditate ,% 20-25 15-20Substanta uscata,% 75-80 80-85Zahar total,% 44-52 50-55Zahar invertit,% 0,1-0,5 20-23Rafinoza,% 0,6-1,8 -Azot total(Nx6,25),% 1,2-2,4 0,3-0,6Substante minerale,% 7,6-12,3 10-12pH-ul 6,0-8,6 <7

Melasa contine trizaharide ,in special rafinoza ,formata din monozaharidele glucoza ,levuloza si galactoza. Rafinoza nu poate fi fermentata de catre drojdie fiind considerata din categoria substantelor care formeaza nezaharul melasei. Cantitatea de zahar invertit continut de melasa este de 1,3-3%, care este un amestec de glucoza si levuloza.Cu ajutorul invertazei, drojdiile pot scinda zaharoza ,intr-o molecula de glucoza si una de levuloza. Substantele azotoase din melasa constituie sursa de azot ,care sunt insuficiente pentru dezvoltarea drojdiilor.De aceea,in melasa, se intoduc saruri de amoniu (sulfat de amoniu, fosfat de amoniu,uree,etc.) care completeaza necesarul de azot. In categoria substantelor coloidale neazotate din grupa nezaharurilor intra si caramelul rezultat din caramelizarea zaharului la temperaturi ridicate, in mediu alcalin. Din aceasta categorie fac parte si substantele rezultate prin condensarea zaharului cu aminoacizii,adica melanoidele. Melasa rezultata de la fabricile de zahar este o valoroasa materie prima pentru industria fermentativa si deasemenea un valoros furaj pentru vite.

2.4.Justificarea necesitatii si oportunitatii realizarii productiei proiectate

Obtinerea alcoolului alimentar a atras atentia oamenilor din cele mai vechi timpuri.Uzual, alcoolul obtinut industrial este denumit si alcool rafinat , prin care se intelege un amestec eterogen intre alcool, apa si alte elemente. Componentul principal este alcoolul etilic regasit in alcoolul rafinat intr-un procent de 95-95,6% volume alcool. Datorita procentului ridicat de alcool etilic sau etanol, s-a introdus denumirea stiintifica de alcool rafinat.

6

In urma rafinarii, alcoolul rafinat are o concentratie de peste 96% volume alcool. Este un lichid limpede, incolor, cu miros specific si gust arzator, fiind miscibil cu apa si inflamabil. De-a lungul secolelor, metodele de obtinere a alcoolului rafinat s-au perfectionat continuu.Astazi, industria alcoolului rafinat are un rol important in valorificarea unor materii prime agricole. Pe plan mondial, din punct de vedere cantitativ, alcoolul rafinat se obtine prin fermentatie,cele mai folosite materii prime sunt: cartofii, cerealele, melasa, etc. Obtinerea alcoolului rafinat alimentar se bazeaza pe transformarea zaharurilor fermentescibile din substrat, in alcool si dioxid de carbon, in urma activitatii fermentative a drojdiilor. La noi in tara, alcoolul rafinat alimentar se obtine prin fermentarea unor materii prime ca: melasa, cereale (porumb, grau, secara, etc.), cartofi si unele vinuri defecte. Industria alcoolului rafinat din tara noasta a cunoscut o puternica dezvoltare in ultimele decenii cand s-au perfectionat instalatii de distilare si rafinare. Alcoolul rafinat are multe utilizari in industrie. In industria alimentara se foloseste la obtinerea bauturilor alcoolice si a otetului, in industria chimica la obtinerea cauciucului sintetic si ca dizolvant, in industria farmaceutica pentru prelucrarea unor substante (eter, cloroform), iar in medicina ca dezinfectant. In ultimul deceniu, alcoolul etilic in amestec cu benzina s-a folosit drept carburant pentru motoarele cu ardere interna. In industria alcoolului, spre deosebire de alte industrii fermenative (bere, vin, drojdie), realizarea standard a produsului finit este mai putin dependenta de fazele procesului tehnologic. Orice deficienta, abatere sau eroare strecurata in procesul tehnologic poate fi corectata in ultima faza a acestuia, la rafinarea alcoolului brut. Calitatea alcoolului rafinat este dependenta, cu alte cuvinte, de instalatia de rafinare, de modul cum sunt respectati parametrii tehnologici in aceasta faza a procesului tehnologic. O importanta mare se acorda obtinerii unor randamente mari la prelucrarea materiilor prime. Acest lucru se poate realiza prin asigurarea calitatii materiilor prime, auxiliare si a semifabricatelor. Dupa materia prima din care povine, alcoolul poarta diferite denumiri ca: alcool industrial, alcool din vin, alcool din fructe, rachiu, etc. Alcoolul etilic chimic pur se mai numeste si alcool absolut, fiind un lichid incolor, foarte transparent, cu gust arzator si un miros caracteristic, placut. Este inflamabil, arzand cu o flacara albastruie putin luminoasa, nu lasa reziduu. Prin ardere, se degaja dioxid de carbon si vapori de apa. Vaporii de alcool cu aerul dau un amestec exploziv, lucru de care se tine seama la manipulare, maturare si transport. In vederea obtinerii alcoolului pur(absolut) se folosesc metode fizice sau chimice.

7

Metodele chimice au ca pincipiu legarea apei din alcool cu ajutorul oxidului de calciu sau al sulfatului de cupru calcinat. Apoi, prin distilarea amestecului azeotrop de alcool si apa, in prezenta acestor substante, se obtine un alcool absolut. Metodele fizice au ca principiu introducerea unui al treilea lichid, care poate fi benzenul, in vederea formarii unui amestec azeotrop ternar benzen-alcool-apa, cu un punct de fierbere inferior lichidelor din amestec. Acest amestec azeotrop ternar distila la 64,350C, prin antrenarea completa a apei din amestec, dupa care se ridica temperatura la 68,250C si se continua distilarea. La aceasta temperatura se antreneaza benzenul, iar alcoolul absolute ramane in vasul de distilat. Materiile prime folosite la obtinerea alcoolului etilic se pot imparti dupa compozitia chimica in:

•materii prime amidonoase, din care fac parte cartofii, cerealele si semintele leguminoaselor; •materii prime zaharoase, care contin zaharuri simple (glucoza, fructoza, etc.), dintre care amintim: sfecla de zahar, trestia de zahar, sfecla furajera, melasa, fructele,etc.;•materii prime care contin alcool: vinul, drojdiile si tescovina din care, prin simpla distilare, se extrage alcoolul etilic;•materii prime celulozice si lesii sulfitice rezultate de la fabricarea celulozei, care contin zaharuri fermentescibile;•materii prime petroliere si anume: petrol brut, parafine normale si etilena.

Zaharurile fermentescibile nu pot fi descompuse in totalitate de catre drojdii,acestea contin zimaza care pot descompune monozaharidele. Polizaharidele nu pot fi fermentate direct ci dupa o prealabila hidroliza,in monozaharide. In cazul amidonului, hidroliza se efectueaza in mediu acid, cu enzime microbiene. Zaharurile care nu pot fi fermentate de catre drojdii sunt pentozanii, zaharuri cu cinci atomi de carbon in molecula.

Materiile prime folosite la obtinerea alcoolului etilic alimentar la noi in tara sunt: porumbul, orzul, secara, meiul, brizura de orez, graul, triticalele, cartofii si melasa.

Melasa este un deseu obtinut la fabricarea zaharului din sfecla de zahar sau trestia de zahar. Melasa este un sirop impur din care zaharoza nu se mai cristalizeaza,desi se regaseste in concentratie foarte mare,de 48-50%. Exista o serie de diferente intre procesarea alcoolului etilic din materii prime amidonoase si procesarea acestuia din melasa. Din cauza caracteristicilor melasei si a deficitului acesteia in substante nutritive, deosebirile sunt urmatoarele:- melasa contine zaharoza ca substanta alcooligena sin u are nevoie de

enzime microbiene pentru zaharificarea amidonului;

8

- melasa nu contine azot, fosfor, magneziu si factori de crestere, de aceea este necesar un adios de substante nutritive;

- melasa datorita cantitatilor mari de saruri si de nezahar organic neasimilabil, este un mediu neprielnic iar drojdia folosita trebuie sa fie viguroasa si sa se adapteze usor mediului. Se lucreaza cu cantitati mari de drojdii (35-40%), care se insamanteaza in plamada principala. Fermentarea se realizeaza treptat prin adaugarea melasei diluate peste amestecul de plamada si drojdie. Drojdia se acomodeaza treptat mediului si fermenteaza repede zaharurile introduce treptat;

- melasa depinde de calitatea sfeclei de zahar si de modul de procesare a zaharului, iar la fabricarea alcoolului se tine seama de metoda folosita.

Prin folosirea melasei ca materie prima la procesarea alcoolului rafinat se va obtine o plamada mult mai concentrata iar in cazul fermentarii va creste productivitatea la aceasta faza. In urma procesarii alcoolului din melasa se obtine borhotul din melasa care are diferite intrebuintari importante in diverse industrii.

3. Elemente de inginerie tehnologica

3.1. Analiza comparativa a tehnologiei similare din tara si strainatate pentru realizarea productiei proiectate

Obtinerea alcoolului alimentar a atras atentia oamenilor inca din cele mai vechi timpuri. Inca de la inceputuri industria alcoolului alimentar si-a indreptat atentia inspre obtinerea alcoolului alimentar de calitate din ce in ce mai buna. Calitatea alcoolului alimentar depinde in mare masura si de utilajele de prelucrare de aceea a aparut dorinta de perfectionare a utilajelor. Datorita unei game largi de utilaje existente, in ultimele decenii s-a urmarit cresterea randamentului de obtinere a alcoolului alimentar prin folosirea de suse noi de drojdi,preparate enzimatice speciale, diversificarea materiilor prime si tehnologii moderne. In ultimii ani se urmareste obtinerea alcoolului alimentar intr-un timp cat mai scurt, cu un pret cat mai mic posibil in conditiile unei calitati a produsului care sa corespunda cerintelor la nivel mondial. Aceasta se poate realiza prin introducerea de noi metode si tehnici de lucru. Un astfel de procedeu este procedeul prin dispersia plamezii si recircularea borhotului care este una dintre cele mai noi metode folosite in industria fermentativa in vederea obtinerii alcoolului alimentar de calitate superioara in conditiile

9

reducerii duratei de fermentare a plamezii si reducerii de energie termica si electrica. Procedeul presupune introducerea unei operatii speciale – dispersia plamezii in scopul reducerii timpului de fermentare a acesteia. Prin acest procedeu se urmareste si obtinerea unei economii de energie electrica cu implicatii directe asupra costului produsului. Aparatul de dispersie introdus in procesul tehnologic in procesul tehnologic nu prezinta pericol de infectie a plamezii, este usor de igienizat si supravegheat. Procedeul prin dispersia plamezii cu recircularea borhotului este un procedeu ecologic deoarece nu se produc substante ce afecteaza mediul inconjurator,respectiv viata. Procedeul permite perfectionarea si modernizarea in viitor pentru a se asigura tot timpul calitatea produsului finit obtinut care sa corespunda nivelului calitativ mondial. In cazul obtinerii alcoolului alimentar din melasa, tehnologiile moderne au incetat sa apara deoarece este o cale de obtinere a alcoolului mai putin accesibila. La noi in tara se mai produce alcool rafinat din melasa doar la o singura fabrica de procesare a alcoolului.

3.2. Alegerea si descrierea shemei tehnologice adoptate si analiza care influenteaza productia Obtinerea alcoolului rafinat din materii prime zaharoase se realizeaza intr-un mod diferit fata de cele amidonoase, deoarece in cazul malasei si a altor materii prime care contin zahar,se impune operatia de corectare a compozitiei. Obtinerea plamezii din melasa cuprinde trei etape: • pregatirea melasei; • obtinerea culturilor de drojdie necesare fermentarii; • fermentarea plamezii din melasa.

Pregatirea melasei cuprinde o serie de operatii care sunt necesare pentru transformarea acesteia in plamada destinata fermentarii. Aceste operatii sunt urmatoarele :

- diluarea melasei cu apa;- neutralizarea si acidularea melasei;- adaugarea sarurilor nutritive;- sterilizarea melasei;- limpezirea melasei.

Toate aceste operatii au loc intr-o instalatie speciala de pregatire a melasei pentru fermentare. Melasa, cu ajutorul pompelor, din rezervorul de depozitare este trecuta in rezervorul tampon care este situat la nivelul superior al sectiei de

10

productie. Din rezervorul tampon, melasa se trece prin cadere libera intr-un alt rezervor care este montat pe un cantar bascula, pentru stabilirea cantitatii de melasa necesara procesarii. Dupa aceste manevre, melasa este separate in doua parti: o parte necesara pregatirii mediului de insamantare cu drojdii si o alta parte necesara obtinerii plamezii care se supune fermentarii. Diluarea melasei. Melasa are substanta uscata cuprinsa intre 75-800Bllg si fiindca mediul este bogat in zaharuri, drojdiile nu pot fermenta substratul. De aceea este necesara o pregatire prealabila a melasei, adica prin diluare cu apa. La procesarea alcoolului din melasa se lucreaza cu doua plamezi:

- plamada pentru prefermentare 12-160Bllg;- plamada pentru fermentare 28-320Bllg.

Diluarea melasei se face in tancuri iar in prima etapa se dilueaza pana la 600Bllg, fiecare tanc este prevazut cu un racord de apa si un barbotor prin care se introduce aer sub presiune, in vederea omogenizarii melasei diluate. Melasa destinata fermentarii este influientata de:

- puritatea melasei;- ciclul de utilizare al tancurilor;- cantitatea de zahar rezidual existent in melasa etc.

Cand se lucreaza cu melasa infectata, aceasta se dilueaza pana la 600Bllg, se sterilizeaza sau se trateaza antiseptic cu pentaclorfenolat de sodiu. Diluarea melasei se face cu apa la temperatura de 22-280C asigurand o agitare continua, prin folosirea aerului comprimat de 1-2 atm. Gradul de diluare al melasei se stabileste pentru fiecare sarja, in functie de procedeul aplicat si de concentratia in zaharuri a melasei. Neutralizarea si acidularea melasei. Melasa, are o reactie usor alcalina, de aceea trebuie supusa neutralizarii si acidificarii, pana la un pH optim fermentarii, adica de 4,5-5. Neutralizarea se efectueaza cu acid sulfuric cu rol de sterilizator si favorizeaza procesul de limpezire al melasei. Cantitatea de acid sulfuric adaugat, se stabileste in laborator pentru fiecare sarja in parte, tinandu-se cont de caracteristicile melasei. Practic, se pot adauga aproximativ 140 ml acid sulfuric la 100 kg de melasa, pentru fiecare grad de alcalinitate. De regula, se folosesc 2-7 l H2SO4/ tona plamada, pentru neutralizare si acidifiere. Daca se folosesc antiseptici, cantitatea de acid sulfuric se reduce proportional. Adaugarea de saruri nutritive. Compozitia chimica a melasei ridica o serie de probleme particulare, in special datorita continutului ridicat de sodiu, substante minerale si a cantitatii reduse de substante nutritive, in special de fosfor si azot. Procentul ridicat de saruri minerale neasimilabile influenteaza negativ dezvoltarea drojdiei si implicit procesul de fermentare.

11

Azotul si fosforul sunt indinspensabile procesului de biosinteza a celulelor de drojdie. Melasa contine cantitati mari de azot neasimilabil de drojdii, din aceasta cauza, melasa este supusa procesului de corectare sau imbunatatire a cantitatilor de substante nutritive cu fosfor si azot. O dozare insuficienta duce la o fermentare incomplecta, iar in exces, se favorizeaza dezvoltarea unei mase relative de drojdie, in dauna fermentatiei alcoolice. In ambele cazuri se reduce cantitatea de alcool etilic. Deficitul de substante nutritive se completeaza cu sulfat de amoniu, superfosfat de calciu, ingrasaminte complexe, ammoniac sau uree. Proportiile in care se adauga sunt de 0,1% azot si 0,2% fosfor fata de melasa; uneori se mai adauga si magneziu sub forma de sulfat de magneziu in proportie de 0,2-0,8% fata de melasa. Substantele nutritive se adauga ca solutii limpezi, obtinute prin dizolvarea sarurilor in apa. Aceste substante nutritive se pot adauga si la cultura de drojdie in proportie de 0,5% fata de melasa. Limpezirea si sterilizarea plamezii. Melasa imbogatita in substante nutritive, neutralizata si acidulata, este supusa limpezirii. Limpezirea are drept scop depunerea coloizilor adusi la punctul izoelectric si precipitarea de catre acidul sulfuric adaugat. Ionii de hidrogen ( H+) ai acidului sulfuric neutralizeaza sarcinile positive ale coloizilor producand limpezirea. Aceasta limpezire a melasei se poate realize prin doua procedee:

- limpezire la rece;- limpezire la cald.

Limpezirea la rece se foloseste in cazul melasei normale, iar procesul decurge astfel: dupa acidifierea si corectarea cu substante nutritive a melasei, aceasta se aduce in tancul de limpezire, la o concentratie de 12-160Bllg. Melasa se lasa sa se limpezeasca prin sedimentarea suspensiilor si a coloizilor precipitati, datorita adaugarii acidului sulfuric. Timpul de limpezire este de 12-20 ore, iar melasa limpede se decanteaza in partea superioara a tancului si este trecuta in linul de prefermentare. Limpezirea la cald este folosita mai des deoarece se realizeaza concomitant cu pasteurizarea si limpezirea. Melasa din tancul de limpezire se incalzeste pana la fierbere prin barbotare cu abur, dupa care se lasa la limpezire,timp de 8-10 ore, la temperatura de 70-900C. In acest mod se indeparteaza substantele daunatoare drojdiei ca SO2,NO2,etc.

Folosirea drojdiilor pentru fermentarea plamezii din melasa In vederea obtinerii unei fermentari complete a plamezii din melasa, se impune folosirea drojdiilor cu urmatoarele caracteristici:

- sa aiba o capacitate de fermentare completa a plamezilor;- sa fermenteze rapid zaharurile si complet zaharoza din melasa;

12

- sa contribuie la obtinerea unei cantitati mari de alcool si CO2;- sa inhibe microorganismele daunatoare;- sa se acomodeze in plamezile bogate in alcool si cu aciditate ridicata;- sa posede o capacitate de hidroliza a substantelor proteice pentru

asimilarea aminoacizilor necesari biosintezei;- sa se dezvolte bine la 30-350C;- sa se inmulteasca rapid si fara aerare;- sa nu fie compatibile cu microorganismele daunatoare;- sa fie climatizate in melasa cu o cantitate mare de saruri;- sa se foloseasca cantitati mici de drojdie la insamantarea plamezii

principale.La pregatirea drojdiilor se disting trei etape:

- multiplicarea in laborator;- inmultirea in sectia de culturi pure;- prefermentarea melasei.

Schema tehnologica de fabricare a alcoolului din melasa( procedeul cu doua plamezi si doua concentratii, cu reutilizarea drojdiei) este urmatoarea:

13

14

Fermentarea plamezii din melasa

Procesul de fermentare a plamezii din melasa, se realizeaza la temperaturi mai mari decat celelalte plamezi. Temperatura de fermentare este de 28-300C care este cea mai buna pentru dezvoltarea drojdiilor. Se recomanda ca la inceputul fermentarii plamezii sa se execute o aerisire intense, imediat dupa adaugarea cuibului de drojdie. Se va tine seama si de faptul ca o aerare prelungita favorizeaza oxidarea alcoolului pana la aldehide si astfel se maresc pierderile. Pentru prevenirea pierderilor de alcool este recomandata folosirea tancurilor etanse, prevazute cu spalatoare de dioxid de carbon. Un alt fenomen nedorit este spumarea, iar pentru combaterea ei se adauga uleiuri vegetale sau acizi grasi. Alaturi de drojdii, in procesul de fermentare se pot dezvolta si alte microorganisme ca bacterii, mucegaiuri si drojdii salbatice. In plamada se pot dezvolta bacterii lactice, butirice, acetice si coci. Toate bacteriile sunt daunatoare procesului de fermentare putand opri complet fermentarea, exceptie fac bacteriile lactice care reduc aciditatea plamezii prin realizarea unei fermentatii lactice. Mucegaiurile nu produc pierderi alcool, cu exceptia mucegaiului negru care se dezvolta pe maltul verde. Concomitent cu acesta se pot dezvolta si bacteriile, de aceea este indicata anihilarea dezvoltarii acestora. Drojdiile salbatice sunt inhibate prin crearea conditiilor optime de dezvoltare a culturilor de drojdii selectionate. Fermentarea plamezii dulci de catre drojdie se realizeaza astfel:- pregatirea drojdiilor pentru fermentare;- pregatirea plamezii din melasa pentru drojdie;- fermentarea plamezii principale.

Pregatirea drojdiilor pentru fermentare. Drojdia de cuib inlocuita in plamada zaharificata se obtine in doua moduri:

- din culturi pure selectionate;- din drojdie comprimata. Culturile de drojdie se insamanteaza pe o plamada speciala, acidulata pentru a se pastra puritatea si puterea de fermentare. Pregatirea plamezii din melasa pentru drojdii. Operatiunile tehnologice folosite la pregatirea melasei pentru fermentare sunt: diluarea, acidularea, adaugarea de saruri nutritive si limpezirea melasei. Diluarea melasei pentru plamada speciala principala se face pana la o concentratie de 30-320Bllg, iar pentru plamada cuibului de drojdie se face la o concentratie de pana la 12-140Bllg.

15

Pentru asigurarea unui pH optim activitatii drojdiilor se face acidularea cu acid sulfuric concentrate in proportie de 2-7 l / tona de melasa. Acidul sulfuric concentrat descompune nitritii si sulfitii din melasa si are rol de antiseptic, realizeaza o aciditate de pana la 10D. Deoarece melasa este saraca in fosfor, iar cantitatea de azot este insuficienta se adauga saruri nutritive. Superfosfatul de calciu se introduce in melasa in proportie de circa 0,2% fata de masa melasei, iar sulfatul de amoniu in proportie de 0,1%. Limpezirea se realizeaza fie prin sedimentare, la cald, cu ajutorul separatoarelor centrifugale cu talere, fie prin adaugarea de pamant activ, bentonita, etc. Drojdiile de insamantare reprezinta 40-50% din volumul plamezii principale care este supusa fermentarii. Drojdia selectionata se insamanteaza in melasa diluata, care are o concentratie de 100Bllg, o aciditate de 1,20D la care se adauga substante nutritive, apoi se sterilizeaza si se raceste la 28-300C. Fermentare plamezii principale

In aceasta faza, zaharoza din melasa este transformata in alcool etilic si dioxid de carbon. Invertaza din drojdie scindeaza zaharoza intr-o molecula de glucoza si una de fructoza, iar zimaza le transforma in alcool si dioxid de carbon. In realitate, enzimele complexului zimaza in timpul fermentatiei formeaza o serie de produsi intermediari. Fermentarea melasei se poate realiza prin doua procedee:- procedeul discontinuu;- procedeul continuu. Procedeul discontinuu de fermentare Se realizeaza in tancuri de fermentare inchise, racite prin stropire exterioara. In functie de alimentarea cu melasa se deosebesc doua procedee de fermentare discontinua: procedeul cu alimentare periodica si procedeul cu alimentare continua. Procedeul cu alimentare periodica – se introduce plamada cu drojdie in tancul de fermentare in proportie de 50% peste care se adauga melasa diluata la 300Bllg, in trei sau patru portiuni. Dupa fiecare adios se omogenizeaza, se controleaza extractul aparent al plamezii astfel incat la ultima adaugare sa fie un extract aparent de 7,5-80Bllg. Inainte de adaugarea ultimei portiuni de melasa, concentratia mediului nu trebuie sa fie mai mica de 6-6,50Bllg. Se procedeaza la o aerare intense, timp de o ora, pentru fiecare portiune adaugata, se realizeaza o omogenizare care stimuleaza drojdiile. La adaugarea ultimei portiuni de plamada aerarea dureaza 15-20 minute si astfel se evita pierderile in alcool cauzate de o aerare prelungita si intensa.

16

Tancul de fermentare este lasat 6-8 ore pentru fermentarea completa a zaharului, pana cand extractul aparent ajunge la 5,5-6,50Bllg. In plamada, zaharul nefermentat nu trebuie sa depaseasca 0,35%, iar aciditatea san u fie mai mare de 0,2-0,250D. Temperatura din timpul fermentarii trbuie sa fie constanta, de 28-300C, iar durata de fermentare discontinua sa fie de 20-28 ore. Procedeul cu alimentare continua – are la baza alimentarea continua a tancului cu melasa diluata de 300Bllg, in care s-a introdus cuibul de drojdie. Debitul se regleaza astfel ca extractul aparent din timpul fermentarii sa se mentina la 7,5-80Bllg. Se lasa extractul sa scada la 5,5-6,50Bllg, dupa care plamada se trece la distilare. Dioxidul de carbon rezultat este trecut la spalatorul de CO2 pentru recuperarea alcoolului. Procedeul continuu de fermentare La acest procedeu se tine seama de diminuarea infectiilor prin adaugarea de antiseptice care inhiba microorganismele de infectare. Unul dintre antisepticii folositi cel mai des este pentaclorfenolatul de sodiu, in doze de 60-90 g/t melasa. Procedeele continue de fermentare se realizeaza in doua feluri:• fara refolosirea drojdiei: procedeu cu doua plamezi si cu doua concentratii diferite: - la prefermentare de 12-160Bllg;- la fermentare de 30-340Bllg.• cu separarea si refolosirea drojdiei, care poate fi:- procedeul cu o plamada si o concentratie de 230Bllg;- procedeul cu doua plamezi si o singura concentratie de 230Bllg. Procedeul cu o plamada si o concentratie – foloseste o plamada cu o concentratie de 230Bllg, atat pentru prefermentare, cat si pentru fermentare. Melasa diluata la 230Bllg, se aciduleaza cu acid sulfuric, la 0,3-0,50D, se adauga saruri nutritive, se trece in tancurile de prefermentare si in final, in bateria de fermentare. Utilizarea unei singure plamezi usureaza operatiile tehnologice si permite automatizarea instalatiei de fermentare. Prin folosirea unei concentratii ridicate a plamezii la prefermentare se obtin drojdii cu putere alcooligena ridicata. Deoarece sarurile nutritive si acidul sulfuric folosit la acidifiere sunt instabile, este indicate o sterilizare in prima faza a plamezii, inaintea amestecarii cu cuibul de drojdii. Astfel se pot asigura conditii favorabile de multiplicare a drojdiilor. Este indicata sterilizarea bateriilor de fermentare la un interval de 3-10 zile. Procedeul cu doua plamezi si o concentratie – se folosesc doua concentratii de 230Bllg a plamezii, una la prefermentare si alta pentru fermentare. Melasa se pregateste separate pentru cele doua faze, astfel plamada pentru prefermentare se prepara prin diluare, adaugare de acid

17

sulfuric, saruri nutritive si antiseptici. Plamada pentru fermentare este doar diluata pana la concentratia de 230Bllg, careia I se adauga antiseptici. Procedeul cu doua plamezi si doua concentratii – la acest procedeu se foloseste o plamada pentru prefermentare care are o concentratie de 12-160Bllg, iar pentru fermentare o plamada de 30-340Bllg. In plamada folosita la prefermentare, se adauga acid sulfuric, saruri nutritive si antiseptici. In plamada folosita la fermentare se adauga doar antiseptici. Procedeul cu separarea si refolosirea drojdiei – plamada de drojdie se inmulteste pana la o concentratie maxima de circa 750 de milioane de cellule/m3 mediu dupa care se opreste multiplicarea. Prin introducerea acestui numar de cellule de drojdie/m3 mediu se economiseste zaharul folosit de drojdie la inmultire si creste randamentul in alcool pana la 64-65 l alcool distilat/100kg zaharoza din melasa. Separarea drojdiilor din ultimul tanc de fermentare se realizeaza cu ajutorul separatoarelor centrifugale, pana la un volum de 7-10%. Se obtine laptele de drojdie care se trateaza cu acid sulfuric pentru acidifiere la un pH de 2,2-2,4 timp de 1-2 ore si se reintroduce la prefermentare. Excesul de lapte de drojdie obtinut la separarea centrifugala se poate usca si folosi ca drojdie furajera. Dioxidul de carbon obtinut in timpul fermentarii este dirijat la spalatorul de dioxid de carbon si evacuat. Instalatia de fermentare functioneaza astfel: in rezervorul prevazut cu agitator se amesteca melasa cu apa; plamada obtinuta se introduce in tancurile de fermentare, iar dupa fermentare, plamada cu drojdie se dirijeaza la separatorul centrifugal, cu ajutorul pompei, de unde se obtine plamada care se trece in rezervor. Laptele de drojdie obtinut din separarorul centrifugal este trecut in vasul de drojdie si refolosit la fermentarea plamezii din linurile de fermentare. Procedeul are urmatoarele avantaje:• reducerea duratei de fermentare cu pana la 12 ore;• cresterea randamentului in alcool;• cresterea productivitatii muncii;• reducerea consumului de utilitati;• automatizarea instalatiei.

Controlul fermentarii plamezii din melasa

Se vor controla urmatorii paramatrii:▪ temperatura de fermentare;▪ aerarea plamezii;▪ extractul aparent si extractul real;▪ aciditatea plamezii;

18

▪ concentratia alcoolica;▪ controlul microbiologic.Temperatura. Particularitatile plamezii din melasa impun conducerea fermentatiei la temperature mai ridicate decat in cazul plamezii din cereale si cartofi. Temperatura de incepere a fermentatiei este de 25-270C si se ajunge la temperatura maxima de fermentatie la 340C. Aerarea. De asemanea, ca particularitate aerarea se foloseste la pregatirea drojdiilor si in timpul fermentarii. Aerarea are dublu scop: acela de omogenizare si de stimulare a activitatii drojdiilor. Daca nici prin aerare nu se ajunge la fermentarea completa a plamezii este indicata diluarea acesteia si prelungirea duratei de fermentare. Extractul aparent si extractul real. In timpul fermenatiei se controleaza extractul aparent cu zaharometrul Balling. Extractul aparent al plamezii fermentate este de 6-70Bllg, daca se lucreaza cu plamezi concentrate. Extractul real se determina dupa eliminarea alcoolului si are valori ridicate. Melasa contine o cantitate mare de nezaharuri din care cauza extractul aparent al plamezii fermentate este mai mare. Daca plamada initiala are o concentratie mai mare de 20-220D, dupa fermentare se obtine fie un extract al plamezii de 6-70D, fie de 8-90D, cand se foloseste o plamada de 30-320D. Aciditatea plamezii. In mod normal aciditatea plamezii creste cu 0,1-0,30D in timpul fermentatiei, iar in final, aciditatea plamezii poate ajunge la 10D. Cresterea aciditatii nu este periculoasa ca si in cazul plamezii de cereale si cartofi, dar este de dorit ca aceasta crestere sa fie cat mai mica. Daca se intampla ca aciditatea plamezii sa creasca peste 10D in timpul fermentarii se impune controlul microbiologic. Concentratia alcoolica. Concentratia alcoolica a plamezii fermentate se determina prin distilarea plamezii si are valori cuprinse intre 8-12%vol. alcool.Controlul microbiologic. Plamada fermentata este supusa controlului microbiologic si se urmareste starea fiziologica a celulelor de drojdie si eventualele infectii cu bacterii. Se considera ca plamada de melasa nu este infectata atunci cand numarul de bacterii este cu 5% mai mic fata de numarul de drojdii din mediu. Distilarea plamezii din melasa

Plamada fermentata este un amestec de:- substante volatile: alcool etilic (8-9%vol. alcool), dioxid de carbon,

aldehide, ulei de fuzel, acizi organici, esteri; - substante nevolatile: resturi de extract nefermentat, materii celulozice si

drojdii. Atat plamada fermentata provenita din materii prime amidonoase cat si cea provenita din melasa este supusa operatiei de distilare. Distilarea este operatia prin care se urmareste eliminarea din plamada a alcoolului

19

etilic si a substantelor volatile, de restul substantelor nevolatile. Separarea substantelor usor volatile se face datorita proprietatilor pe care le au, ca la temperature si presiune normala sa treaca usor in faza de vapori. Partea volatila din plamezile fermentate este formata dintr-un amestec de apa si alcool, care este foarte avid de apa si miscibil cu aceasta, in orice proportie. Reziduul rezultat de la acesta operatie se numeste borhot sau epuizat. In plamada fermentata se gasesc mici cantitati de ulei de fuzel care sunt solubile in amestecul de apa-alcool cu taria peste 40%vol.alcool. Amestecurile de apa-alcool cu o tarie mai mare de 40%vol.alcool (85%vol. alcool specifica alcoolului brut) se dilueaza la aceasta tarie. Lichidul se tulbura din cauza uleiurilor de fuzel care se separa prin emulsionare. Amestecurile de apa-alcool cu taria alcoolica mai mare de 40%vol. alcool sunt considerate amestecuri fizice, iar amestecurile cu tarie sub 40%vol. alcool sunt amestecuri mecanice. Deoarece procentul de ulei de fuzel din amestecul de alcool este mic, se considera ca substantele volatile din plamada formeaza un amestec fizic. Principalele substante volatile sunt alcoolul etilic, alcoolii superiori, aldehida acetica, acizii volatili si acetone. Pentru distilare se folosesc coloane de distilare cu functionare continua. Fractiunea volatila rezultata dupa deflegmare si condensare se numeste alcool brut si are o concentratie de 80-85%vol. alcool. Substanta uscata din este de 8%, iar compozitia acestuia depinde de materia prima folosita. Impuritatile din alcoolul brut ii imprima acestuia un gust si miros neplacut, datorat substantelor volatile acumulate in timpul fermentarii. Substantele rezultate in timpul fermentarii sunt aldehide, esteri, alcooli superiori si acizi organici, iar din timpul distilarii, sunt esteri. In plamada fermentata exista un amestec apos de substante sub forma de suspensii sau solutii. O parte dintre amestecuri sunt formate din substante fermentescibile provenite din materiile auxiliare, fie din materiile prime folosite. Plamada fermentata contine cantitati mici de zahar residual, dextrine nezaharificate, grasimi, acizi organici, substante azotoase neasimilate de microorganisme, saruri minerale, etc. Deasemenea, in suspensie se gasesc proteine coagulate si coji. In functie de materia prima folosita si procesul tehnologic adoptat, in plamada fermentata se regasesc aproximativ 6-12%vol. alcool.

Distilarea plamezii fermentate

Odata cu cresterea concentratiei alcoolice are loc scaderea temperaturii de fierbere si a caldurii latente de evaporare a amestecului. In cazul apei, aceasta este de 537kcal/kg, iar a alcoolului etilic este de 209kcal/kg, lucru care permite realizarea distilarii cu ajutorul vaporilor de alcool rezultati din operatia precedenta. Acest lucru se realizeaza in

20

coloane de distilare si rectificare, care sunt incalzite la baza cu abur, iar vaporizarea amestecului se realizeaza pe talere. Pe talerul inferior se obtine o temperatura ridicata, o entalpie ridicata si se realizeaza o evaporare intensa. Pe talerul superior, unde lichidul alcoolic ia contact cu lichidul rece, acesta se condenseaza. Condensarea este mai intensa cand vaporii de apa au o presiune de vapori scazuta, iar vaporii bogati in alcool se capteaza pe talere superioare. Aceasta operatie se numeste deflegmare. Pentru distilarea plamezii fermentate se folosesc instalatii cu functionare continua formata dintr-o coloana de distilare. Procesul tehnologic este urmatorul: plamada fermentata este introdusa pe la partea superioara a coloanei de plamada si este preincalzita. Aburul se introduce pe la baza coloanei de distilare. Coloana de distilare este prevazuta cu talere cu clopote, iar plamada se scurge prin aceasta cu o viteza constanta, in contracurent cu aburul folosit in procesul de incalzire. Pe masura ce coboara in coloana, plamada se epuizeaza in alcool, la baza acesteia se obtine epuizatul fara alcool numit borhot. In acelasi timp, vaporii din coloana se concentreaza treptat in alcool si prin condensare cu componenti mai putin volatili, rezulta alcoolul brut care se capteaza in varful coloanei de distilare sau plamada. Apoi, vaporii de alcool sunt trecuti intr-o coloana de concentrare unde se concentreaza pana la taria de 80-85%vol. alcool.

Conducerea procesului de distilare

Punerea in functiune a coloanei de distilare se face astfel: coloana de distilare se umple cu apa, dupa care se introduce abur pe la partea inferioara a coloanei. Acest lucru se face pentru a verifica etanseitatea instalatiei. Apoi se demonteaza vizoarele din dreptul fantelor pentru scurgerea apei, dupa care se monteaza la loc. Se umple coloana cu plamada prin intermediul pompei, dupa care se introduce prin partea inferioara a coloanei abur la o presiune de 4-5 atm. Aburul are rolul de a incalzi plamada, lucru care se realizeaza abia dupa ce conducta de alcool brut, de la condensatorul – racitor la felinarul de control, se incalzeste. Coloana se alimenteaza cu plamada, iar in paralel se deschide robinetul cu apa de racire a condensatorului – racitor si a deflegmatorului. Se poate regla debitul de alimentare cu plamada pentru a respecta regimul de lucru la 93-940C si presiune de 0,12-0,13 atm, masurata cu un manometru. In momentul cand in felinarul de control se realizeaza un debit constant de alcool de 80-85%vol. alcool, la temperatura de 15-170C, atunci se coreleaza debitul de plamada, aburul introdus si apa de racire folosita. Principalii parametrii care se pot regla sunt concentratia alcoolilor la felinar si intensitatea procesului de distilare.

21

Prin masurarea temperaturii vaporilor de alcool brut deflegmat se poate regla concentratia spirtului care se modifica la temperatura de 0,250C, cu 1%vol. alcool. Aceste modificari de temperatura se pot regla cu ajutorul unui termoregulator care mareste sau micsoreaza debitul de alimentare a coloanei cu plamada. Intensitatea distilarii se determina cu ajutorul presiunii din spatiul de deasupra talerului de alimentare cu plamada. Prin marirea debitului de abur al coloanei se micsoreaza productivitatea coloanei sub valoarea optima. Prin cresterea exagerata a debitului de plamada se poate obtine un borhot incomplet epuizat in alcool. Din acest motiv, pe talerul al doilea al coloanei de plamada, este amplasat un termometru care indica o temperatura a borhotului incomplet epuizat, de 1020C. In cazul scaderii presiunii din coloana se va marii debitul de abur si invers. In acest moment, cand se da drumul la apa de racire si se pune in functiune pompa de plamada, se coreleaza debitul de plamada, aburul si apa de racire. Se creeaza o suprapresiune in coloana care se mentine la circa 0,12 barr, iar pe talerul de alimentare, se realizeaza o temperatura de 93-940C. Va rezulta un alcool brut cu o concentratie de 80-85%vol. alcool, la o temperatura de 15-200C. In cazul in care temperatura din coloana creste prea mult este necesara marirea debitului de alimentare cu plamada si invers. Instalatiile moderne de distilare sunt prevazute cu sisteme automate si senzori legati la un calculator. Principalii parametrii care se regleaza permanent sunt: concentratia alcoolului brut, intensitatea distilarii si temperatura alcoolului brut. Reglarea temperaturii alcoolului brut se face prin masurarea temperaturii acesteia cu ajutorul unei termocuple montate la racirea din racitor, in conducta de evacuare a racitorului. Astfel, se poate actiona corespunzator asupra debitului de apa de racire. Concentratia alcoolului brut se regleaza automat cu ajutorul temperaturii vaporilor ce ies din deflegmator. Astfel, temperatura vaporilor se modifica cu 0,250C pentru fiecare grad modificat de concentratia alcoolica. La oprirea instalatiei pe o durata scurta se procedeaza astfel: se opreste pompa de plamada, aburul, iar dupa scaderea presiunii din coloana se opreste si alimentarea cu apa de racire. La opririle de lunga durata, dupa oprirea pompei de alimentare cu plamada, se introduce abur in continuare, pana cand concentratia de la felinarul de control ajunge aproape la zero, apoi se opreste aburul si apa de racire. La terminarea procesului de distilare se va proceda in prima faza la oprirea alimentarii cu plamada, dupa care se stopeaza accesul aburului. Pentru distilarea a 100 l plamada fermentata de 8%vol.alcool, pentru obtinerea unui alcool brut de concentratie alcoolica de 80-85%vol. alcool,

22

se consuma o cantitate de abur de 18-22kg si o cantitate de apa de racire de 70-80 l. Se foloseste un raport de 2,5kg abur pentru un litru de alcool brut. Consumul de abur va scadea daca se face izolarea coloanei de distilare sau se folosesc plamezi mai concentrate. Consumul de abur este cu mult mai ridicat in cazul instalatiilor cu coloane alaturate. Consumul de utilitati pentru distilarea a 100 l plamada fermentata de 8%vol. alcool si obtinerea unui alcool brut de 80-83%vol. alcool, este urmatorul:

- abur: 18-22 kg;- apa de racire la 100C: 70-80 l;- consumul de abur la 100 l alcool obtinut: circa 250 kg.

Rafinarea alcoolului brut

Alcoolul brut obtinut prin distilarea plamezii fermentate, desi are o concentratie ridicata de peste 80%vol. alcool, este impurificat cu substante straine, care pot proveni:

- din produse secundare ale fermentatiei alcoolice;- datorita activitatilor unor microorganisme;- din reactiile de esterificare, de oxidare a alcoolilor, arderea peretilor

celulari ai microorganismelor, prin actiunea acizilor asupra acestora, din aparatul de distilare. Prin distilarea plamezilor, alcoolul etilic este separat numai de apa, acesta fiind impurificat cu substante organice din clasa alcoolilor, a aldehidelor, a esterilor si a acizilor. Separarea acestor substante de alcoolul etilic necesita o redistilare a alcoolului brut. Conform legilor temperaturii si a concentratiilor, substantele volatile care impreuna cu alcoolul formeaza amestecuri, se pot separa prin temperaturile specifice de fierbere, determinate de concentratia substantei celei mai volatile. Substantele cu volatilitate mai mare decat cea a alcoolului etilic, cum sunt aldehidele si esterii, fierb la o temperatura mult mai joasa decat cea a amestecului apa-alcool; ele se numesc „frunti”. La inceperea distilarii, primii vapori degajati sunt formati din substante din clasa aldehidelor si esterilor. Pe masura continuarii distilarii, din lichidul in fierbere se elibereaza treptat aceste substante, pana la epuizarea completa a lor. In paralel are loc concentrarea in alcool etilic a vaporilor. Separarea se face prin colectarea separata a produselor, in functie de temperaturile de fierbere. Aceleasi fenomene se intampla si cu substantele volatile a caror temperatura de fierbere este superioara alcoolului etilic. Dupa ce cea mai mare cantitate de alcool etilic a fost distilata din amestecul de apa-alcool,

23

lichidul cu o concentratie alcoolica mereu descrescanda face ca temperatura de fierbere sa creasca, atingand temperatura de fierbere a substantelor greu volatile. In aceste timp, concentratia vaporilor in substante greu volatile creste, iar concentratia in alcool scade pana la epuizarea totala. Aceste fractiuni se numesc „cozi” si sunt formate din alcooli superiori. Deoarece nu se poate face o demarcatie stricta intre frunti, alcool si cozi, exista zone de colectare separate in care se gasesc frunti alaturi de alcool si alcool alaturi de cozi. Acestea formeaza componenti intermediari greu separabili de alcoolul etilic si care dupa compozitia lor se pot comporta fie ca frunti, fie ca si cozi. Substantele principale care formeaza componentii intermediari sun esterii izobutiro-etilic si izovaleriano-etilic, care nu pot fi separati decat prin tratarea alcoolului brut cu substante chimice. Procesul de rectificare a alcoolului are drept scop eliberarea acestuia de substantele straine care il insotesc si concentrarea alcoolului etilic. In general prin procesarea alcoolului brut se obtin 3 l ulei de fuzel la 100 l alcool absolut. Lichidul ramas dupa evaporarea fruntilor, cozilor si a produsilor intermediari contine in intregime apa care se numeste apa de luter si se evacueaza la canal. Gama de produse care formeaza alcoolul brut sunt urmatoarele:

- produsi intermediari initiali (alcoolul de calitatea a III-a si a II-a ) sunt un amestec de alcool etilic si frunti de diferite proportii;

- produsi intermediari finali ( alcoolul de calitatea a II-a si a III-a ) reprezinta amestecuri de alcool etilic cu alcooli superiori in diferite proportii. Produsii intermediari finali de mijloc ai separarii se numeste alcool rafinat, iar procesul se numeste rectificare sau rafinare. Impuritatile din alcoolul brut ii imprima acestuia un gust si un miros neplacut, datorat subproduselor volatile acumulate in timpul fermentarii. Subprodusele rezultate in timpul fermentarii sunt aldehide, esteri, alcooli superiori si acizi organici, iar din timpul distilarii, sunt esterii. Rafinarea se efectueaza in coloane de distilare sau in mai multe coloane cu functionare continua. Plamada fermentata este supusa procesului de distilare si se obtine alcoolul brut de 80-88%vol. alcool, iar principalul component este alcoolul etilic. Impuritatile volatile formate in timpul fermentarii se gasesc in alcoolul brut in cantitati reduse, ele imprima acestuia un gust si miros neplacut. Calitatea alcoolului rafinat depinde de:

- procedeul de rafinare;- performantele instalatiei de rafinare;- asigurarea parametrilor de functionare.

24

Compozitia chimica a alcoolului brut – alcoolul brut are o concentratie alcoolica de 80-85%vol. alcool si contine o serie de impuritati provenite din plamada fermentata sau formate in timpul distilarii. ▪ Aldehidele sunt reprezentate de aldehida acetica care se formeaza ca produs secundar in timpul fermentatiei alcoolice si in timpul distilarii, prin oxidarea alcoolului etilic. In cantitati mai mici, se intalnesc aldehidele acizilor grasi superiori si furfurol. Furfurolul rezulta prin descompunerea pentozanilor. ▪ Esterii rezulta in urma esterificarii dintre alcoolul etilic si alti alcooli si diferiti acizi volatili: acid acetic, acid formic si acizi nevolatili. Dintre esterii formati, predomina acetatul de etil. ▪ Alcoolii superiori se pot forma prin reactia de transaminarea aminoacizilor sau prin sinteza intermoleculara plecandu-se de la glucide si trecandu-se prin faza de cetoacizi. Dintre alcoolii superiori amintim alcoolul izoamilic – care rezulta din leucina, alcoolul amilic normal – care rezulta din izoleucina. Ei sunt componentii principali ai uleiului de fuzel alaturi de cantitati mici de alcool izobutilic, izopropilic si alcoolul metilic – care rezulta prin metoxilarea substantelor pectice. ▪ Acizii volatili dintre care cel mai reprezentativ este acidul acetic alaturi de care se gasesc in cantitati mai mari acid sulfuric si sulfuric si acid sulfuros. ▪ Bazele azotate, amoniacul, aminele sunt legate de acid si-n mediu alcalin sunt puse in libertate astfel ajungand in alcoolul brut. Aceste impuritati, formeaza 0,5-1% din alcoolul etilic si confera acestuia o opalescenta, un miros si gust strain, impropriu consumului, fiind daunator sanatatii. Indepartarea acestor impuritati se face:

- prin rafinare chimica;- prin rafinare fizica sau rectificare.

Procedee de rafinare – se cunosc urmatoarele procedee de rafinare: • rafinare in instalatii cu functionare discontinua ( fara tratarea sau cu tratarea chimica a alcoolului brut );• rafinarea in instalatii cu functionare continua, cu 2, 3, 5, 7 sau 8 coloane, cu reglarea parametrilor manuala sau automat. Rafinarea discontinua – se realizeaza prin incalzirea coloanei cu alcool brut si descarcarea lichidului dezalcolizat (apa de luter), dupa terminarea rafinarii. Rafinarea continua – are la baza fenomenul de transformare amestecurilor fizice in amestecuri mecanice, in functie de concentratia alcoolica. Alcoolii superiori nu sunt solubili decat in solutii alcoolice concentrate, iar la concentratii de 40%vol. alcool, apare o tulbureala datorita separarii alcoolilor superiori din solutie. Concomitent cu diluarea,

25

la rafinarea continua are loc distilarea in vederea obtinerii concentratiei dorite.

3.3. Principalele caracteristici ale materiilor prime, auxiliare si produselor finite Caracteristicile melasei

Melasa este un deseu obtinut la fabricarea zaharului din sfecla de zahar sau trestia de zahar.Sfecla de zahar se obtine la noi in tara pe cand trestia de zahar este o planta tropicala.

Melasa se prezinta sub forma unui lichid siropos si foarte vascos (lipicios) ,avand o culoare cafenie inchisa , mergand pana la negru. Melasa obisnuita are un miros placut , de cafea proaspata prajita si un gust dulce-amarui. Acest deseu valoros este sub forma unui fluid vascos de culoare bruna-neagra , cu reactie slab alcalina, cu greutate specifica variind intre 1,40 si 1,45 iar umiditatea medie cu valoarea de 18%. Randamentul de melasa este de circa 4,6% in raport cu greutatea sfeclei supuse prelucrarii. Compozitia chimica a melasei depinde de componentele chimice ale sfeclei de zahar si de procesul tehnologic aplicat la fabricarea zaharului. Compozitia chimica a sfeclei de zahar este urmatoarea :•umiditate 75-78%;•substanta uscata 22-25%,formata din : -extractive neazotate 20,6%; -proteine brute 1,6%; -celuloza bruta 1,5%; -grasime bruta 0,1%; -cenusa 1,2%. Principalele componente ale substantei uscate sunt extractivele neazotate,predominand zaharoza.Celelalte zaharuri (levuloza, rafinoza, arabinoza, etc.) sunt in cantitati mici(0,05-0,016%). Nezaharurile sunt de natura anorganica (cenusa solubila 0,5%) sau organica ( proteina solubila,aminoacizi, alti acizi organici, amide, amine, substante proteice, saponine, rafinoza,etc.). Potasiul, sodiul si calciul existenti in cenusa (60-70% din total) formeaza saruri melasigene. Azotul blocheaza zaharoza si reprezinta 1,2%(compusi cu azot). In ordinea proportiei lor amintim : glutamina si acidul glutamic (0,33%), betina (0,2%), aminoacizii, unele amine si nitrati. Acizii organici imprima zemii de difuzie , o reactie acida si impiedica cristalizarea zaharului. Factorii care favorizeaza acumularea de substante daunatoare duc in acelasi timp la diminuarea continutului in zahar a sfeclei.

26

Melasa folosita la procesarea alcoolului trebuie sa fie de calitate , deoarece efectul negativ se resfrange asupra randamentului. Din punct de vedere fizic melasa este un lichid vascos, de culoare brun-negru cu miros specific de cafea iar gustul fiind dulce-amarui. Masa specifica (densitatea) este de 1,3-1,45, iar greutatea melasei se exprima in grade zaharometrice Balling (Bllg) sau Brix (Bx). Un grad zaharometric reprezinta un gram de substanta uscata dizolvata in 100 grame solutie. Melasa are concentratia cuprinsa intre 75-800Bx.

Melasa trebuie sa indeplineasca urmatoarele norme de calitate fizico-chimice, redate in tabelul urmator:

Conditiile fizico-chimice ale melasei

Indicator de calitate Conditii de acceptare la receptia melasei

Aspect siroposCuloare bruna-bruna inchisaGust caracteristic, dulce Miros caracteristic, fara miros strain Substanta uscata minim 750BxPolarizatia minim 45% Dioxid de sulf maxim 0,08%Acizi volatili maxim 1,2%Zahar invertit maxim 1,0%pH minim 7%Azot total minim 1,4%Cenusa maxim 12% Oxid de calciu maxim 0,4%

Caracteristicile alcoolului rafinat si a subproduselor

Alcoolul rafinat este un lichid limpede, incolor, cu miros caracteristic si gust arzator, nu prezinta opalescenta la amestecarea cu apa distilata, in raport de 3:7. In urma rafinarii se poate obtine o gama larga de sortimente prezentata in tabelul urmator:

Sortimentele de alcool rafinat

27

Sortimente Concentratia alcoolicaTip M-pentru industria de medicamente

96,1%vol. alcool

Tip A-pentru industria alimentara 96,2%vol. alcoolTip I-pentru alte industrii (alcoolul medicinal)

95,5%vol. alcool

Tip C1-pentru fondul pietii 85%vol. alcoolTip C2-pentru fondul pietii 72%vol.alcool

Nici unul dintre tipurile de alcool rafinat nu trebuie sa contina alcool metilic si furfurol. Alcoolul absolut trebuie sa aiba o concentratie de minim 99,6% masic. Se disting mai multe tipuri in tabelul urmator:

Sortimente Concentratia alcoolicaTip M-pentru industria de medicamente

96,2%vol. alcool

Tip A-pentru industria alimentara 96,1%vol. alcoolTip I-pentru alte industrii (alcoolul medicinal)

95,5%vol. alcool

Tip C1-pentru fondul pietii 85,0%vol. alcoolTip C2-pentru fondul pietii 72,0%vol.alcool Alcoolul tehnic este un amestecul de frunti si cozi, care pentru comercializare se aduce la o concentratie alcoolica de 90%vol. alcool. Este un lichid limpede, slab opalescent, fara sedimente, fara particule in suspensii, de culoare violeta, cu miros caracteristic. Se foloseste in industrie, in uz gospodaresc si nu se utilizeaza la prepararea bauturilor. Uleiul de fuzel rezultat la rafinare, se spala prin agitare, cu o solutie saturata de clorura de sodiu, se lasa 24 ore la decantare dupa care se separa stratul de ulei de deasupra. Este un lichid uleios limpede, fara sediment, de culoare galben-bruna, cu miros caracteristic, avand minim 85% ulei de fuzel.

4. Bilantul de materile 4.1. Calculul bilantului de materiale pe operatii

Prescurtari si simboluri utilizate in calculul bilantului de materiale:

28

SUBSTANTA SIMBOLAlcool rafinat ArConcentratia alcoolului rafinat CAr

Alcool brut AbConcentratia alcoolului brut CAb

Epuizat EConcentratia in alcool a epuizatului CE

Pierderi la operatia de rafinare P1

Plamada fermentata PfConcentratia in alcool a plamadei fermentate CPf

Borhot BConcentratia in alcool a borhotului CB

Pierderi la operatia de distilare P2

Plamada insamantata PiPierderi la operatia de fermentare P3

Masa dioxidului de carbon evacuate la fermentare Mco2

Melasa acidulata MaPierderi la operatia de insamantare P4

Cantitatea de drojdie folosita la insamantare MD

Melasa diluata MdMasa de acid sulfuric folosita la acidifiere Macid sulfuric

Pierderi la operatia de acidifiere P5

Melasa cantarita McCantitatea de apa intrata la diluare Mapa

Pierderi la operatia de diluare P6

Melasa transportata MtPierderi la operatia de cantarire P7

Melasa receptionata MrPierderi la operatia de transport P8

Melasa MPierderi la receptia materiei prime P9

Calculul masic orar de alcool rafinat(Ar)

29

- productia: 5000 l/24 h alcool

ρalcool = 805,41 kg/m3

ρ = m/V → m = ρV → m = 805,41 x 5000 x 10-3 = 4027,05 kg/24 h

- vom calcula productia de alcool pe ora:

4027,05:24 = 167,79 kg/h alcool

Calculul bilantului de materiale pentru fiecare operatie Bilantul de materile se va calcula pentru o productie de 5000 l/24 h alcool (4027,05 kg/24 h). Datorita faptului ca se cunoaste productia instalatiei, calculele se vor efectua incepand cu ultima faza (de rafinare) si terminand cu prima faza (de receptie a materiei prime).

1. Rafinarea

Ab, CAb=79,4%

E P1=3%(Ar+E)

CE=0,08%

Ar,CAr=95,57%

Bilantul general:

Ab = E + Ar + P1

Ar = 167,79 kg/h

Ab = E + Ar + 3/100(Ar + E)

Ab = 1,03 E + 172,9Bilant partial:

Ab x CAb= E x CE + Ar x CAr + 3% (Ar +E)

0,779 E = 28,03 → E = 35,98 kg/h

30

RAFINAREA

Ab = (1,03 x 35,98) +172,9

Ab = 209,95 kg/hAr = 167,79 kg/h E = 35,98 kg/h P1= 6,11 kg/h

2. Distilarea

Pf, CPf=10%

B P2=7% AbCB = 0,6%

Ab, CAb=79,4%

Bilantul general:

Pf = B + Ab + P2

Pf = B + 224,6

Bilant partial:

Pf x CPf = B x CB+ Ab x CAb+ P2

B =1690,74 kg/h Pf = 1915,34 kg/hP2 =14,69 kg/h

3. Fermentarea

Pi

CO2

P3= 6% Pf

Pf

Bilant general:

31

DISTILAREA

FERMENTAREA

Pi = Mco2 + Pf +P3

- in aceasta etapa are loc fermentatia alcoolica a zaharurilor conform reactiei:

C6H12O6 → 2 C2H5 – OH +2 CO2

- pe baza reactiei se va calcula cantitatea de CO2:

191,53 xC6H12O6 → 2 C2H5 – OH +2 CO2

2x46 2x44

- plamada fermentata are un continut de 10% alcool;

Cantitatea de alcool din Pf = 10/100 x 1915,34 = 191,53 kg/h

x = 183,10 kg/h → Mco2 = 183,10 kg/h Pi = 2232,38 kg/hP3= 133,94 kg/h

Calculul randamentului de fabricatie pentru operatia de fermentare se intocmeste astfel:

Melasa are 820 Bllg repartizate in felul urmator:- zaharuri fermentescibile = 500 Bllg ;- zaharuri nefermentescibile = 320 Bllg.

Din 100 kg melasa se obtine teoretic 28,8 kg/h alcool 100%(masic).Reactia care are loc in timpul fermentarii este : C6H12O6 → 2 C2H5 – OH +2 CO2

180 2x46

180 kg/h glucoza ................................................2x46 kg/h alcool50 kg/h zaharuri fermentescibile .........................x

x = 25,55kg/h → mpractic = 25,55 kg/h mteoretic = 28,8 kg/h

η = mp/mtx100 = 88,71 → ηf = 88,71%

32

4. Insamantarea Ma

P4 =2% MaMD

Pi

- cantitatea de drojdie folosita pentru o tona de plamada este de 0,5 kg ;- cantitatea de drojdie folosita la operatia de insamantare se calculeaza

astfel:

0,5 x 2232,38 x 10-3 = 1,11kg/h drojdie

Bilantul general:

Ma + MD = Pi + P4

Ma = 2276,80 kg/h MD = 1,11 kg/hP4 = 45,53 kg/h

5. Acidifierea

Md

H2SO4 P5 =1,5% Md

Ma

Masa de H2SO4 = 0,5 kg/h

Bilantul general:

Md + Macid sulfuric = Ma + 1,5% Md

33

INSAMANTAREA

ACIDIFIEREA

Md = 2322,75kg/hP5 = 34,15kg/h

6. Diluarea Mc

Apa P6 = 5%Mc

Md

Bilantul general:

Mc + Mapa = Md + P6

0,95 Mc + Mapa = 2322,75

Bilantul partial intocmit pe substanta uscata:

Melasa cantarita (Mc) : - U =25% - S.u. = 75%

Melasa diluata (Md): - U = 60% - S.u. = 40%

Mc x UMc+ Mapa x Uapa = Md x UMd + 0,05 x Mc x UMc

0,23Mc + Mapa = 1393,65

0,95 Mc + Mapa = 2322,75 0,23 Mc + Mapa = 1393,65 / (-1)

0,95 Mc + Mapa = 2322,75 -0,23 Mc - Mapa = -1393,65

34

DILUAREA

0,72 Mc =929,1Mc = 1290,1 kg/h

Mapa = 2322,75 – 1225,8 = 1096,86 kg/h

Mc = 1290,41 kg/h Mapa = 1096,86 kg/h P6 = 64,52 kg/h

7. Cantarirea

Mt

P7 =0,1% Mt

Mc

Bilantul general:

Mt = Mc + P7

Mt = 1291,70kg/hP7 = 1,29kg/h

8. Transportarea Mr

P8 = 0,1% Mr

Mt

Bilant general:

Mr = Mt +0,001Mr

35

CANTARIREA

TRANSPORT

Mr = 1292,99kg/hP8 = 1,29kg/h

9. Receptia materiei prime M

P9 = 0,01%M

Mr

Bilantul general:

M = Mr +0,0001M

M = 1293,11kg/hP9 = 0,12kg/h

4.2. Consumuiri specifice si randamente de fabricatie pe operatii

Receptie materie prima → η = 99,98 %

Transportul melasei → η = 99,9 %

Curatirea melasei → η = 99,9 %

Diluarea melasei → η = 95 %

Acidifierea melasei → η = 98,5 %

36

RECEPTIA

Insamantarea melasei → η = 98 %

Fermentarea plamezii de melasa → η = 94 %

Distilarea → η = 93 %

Rafinarea alcoolului brut → η = 97 %

5. Bilantul termic

Se vor intocmi bilanturile termice pentru operatiile de fermentare, rafinare si distilare, deoarece in cazul fermentarii are loc o crestere a temperaturii plamezii iar la distilare si rafinare este necesar un consum mai mare de abur.

1. Fermentarea

Pornind de la schema bilantului de materiale se intocmeste schema echivalenta pentru bilantul termic:

QPi

QD QP3= 6%(QPi+QPf)

QPf

QPi – debitul termic introdus la plamada insamintata [kj/h];QPf – debitul termic evacut cu plamada fermentata [kj/h];QD – debitul termic introdus la masa de drojdie [kj/h];QP3 – debitul termic evacuat cu pierderile de substante [kj/h];

QPi = mPi x CpPi x ∆t

37

FERMENTAREA

CpPi = XSu x CpSu x Xapa x Cpapa

Compozitia plamadei insamantate este urmatoarea: - 27% Su;- 73% U (Apa).

Se va calcula cantitatea de substanta uscata din plamada insamantata:

Su = 27/100 x 2232,38 = 602,74 kg/h

XSu = SuPi/Pi = 0,27

Xapa = 1- 0,27 = 0,73

CpSu= 1,13 kj/kg grad

Cpapa= 4,186 kj/kg grad

CPi = 3,36 kj/kg grad

∆t = (t2-t1)= 200C

QPi = 150 015,93 kj/h

QD = MD x CpD x ∆t

MD = 1,11 kg/h

CpD= 3,2 kj/kg grad

∆t = (t2-t1) = 200C

QD = 71,04 kj/h

QP3= 6%(QPi+QD) → QP3= 9005,21 kj/h

Din ecuatia de bilant general se obtine:

QPi + QD = QP3 + QPf → QPf = 141081,76 kj/h

38

QPi = 150 015,93 kj/hQD = 71,04 kj/hQP3 = 9005,21 kj/hQPf = 141 081, 76 kj/h

2. Distilarea QPf

Qabur e

Qabur i QP2=7%QPf

QAb

QPf = debitul termic introdus cu plamada fermentata [kj/h];QAb = debitul termic evacuat cu alcoolul brut [kj/h];Qabur i = debitul termic intrat sub forma de abur [kj/h];Qabur e = debitul termic evacuat sub forma de abur [kj/h];OP2 = debitul termic evacuat cu pierderile de substante [kj/h];

QP2 = 7%QPf → QP2 = 9875,72 kj/h

QAb = MAb x CpAb x ∆t

CpAb total = XAb x CpAb + Xapa x Cpapa

∆t = (t2-t1) = 80,80C

MAb pur = 85/100 MAb total → MAb pur = 178,45 kg/h alcool din Abtotal

XAb = 0,85

Xapa = 1 – 0,85 = 0,15

CpAb pur = 2,43 kj/kg grad

Cpapa = 4,186 kj/kg grad

CpAb total = 2,69 kj/kg grad

QAb = 45 633,05 kj/h

39

DISTILAREA

Qabur i = Abur x h’Abur

h’Abur = 271 kj/kg

Qabur i = 271Abur

Qabur e = Abur x Cpapa x ∆t

∆t = 1000C

Qabur e = 418,6Abur

Vom folosi ecuatia de bilant general pentru urmatorul calcul:

QPf + Qabur i = QAb + Qabur e + QP2

Abur = 579,76 kg/h

Qabur i = 157 114,96 kj/h

Qabur e = 242 687,53 kj/h

QP2 = 9875,72 kj/h

3. Rafinarea

QAb

Qabur e

Qabur i QP1= 3%QAb

QAr

QAr – debitul termic evacuat cu alcoolul rafinat [kj/h];QP1 – debitul termic evacuat cu pierderile de substante [kj/h];QAb – debitul termic introdus cu alcoolul brut [kj/h];Qabur i – debitul termic intrat sub forma de aburi [kj/h];Qabur e – debitul termic evacuat sub forma de aburi [kj/h].

40

RAFINAREA

QP1 = 1363,99 kj/h

QAr = MAr x CpAr x ∆t

∆t = 78,20C

CpAr total = XAr x CpAr pur + Xapa x Cpapa

MAr pur = 95,57/100 MAr = 160,35 kg/h

XAr = MAr pur/MAr = 160,35/167,79 = 0,95

Xapa = 1 – 0,95 = 0,05

CpAr pur = 2,43 kj/kg grad

Cpapa = 4,186 kj/kg grad

CpAr total = 2,51 kj/kg grad

QAr = 32 934,15 kj/h

Qabur i = Abur h’’Abur

h’’Abur = 271 kj/kgQabur i = 271Abur

Qabur e = Abur x Cpapa x ∆t

Cpapa = 4,186 kj/kg grad

∆t = 1000C

Qabur e = 418,6Abur

Bilantul general:

QAb + Qabur i = Qabur e + QAr + QP1

Abur = 76,76 kg/h

Qabur i = 20 801,96 kj/hQabur e 32 131,73 kj/h

41

QAr = 32 934,15 kj/hQP1 = 1368,99 kj/h

Bilantul energetic

Bilantul energetic este totalul de energie consumata pentru fiecare operatie; acesta se intocmeste tinand cont de consumurile energetice specifice pentru fiecare operatie.

Operatia Consumul energetic specific [kw/h]Transport 2Cantarire 2Diluare 2Acidifiere 1,5Insamantare 1,5Fermentare 1,5Distilare 1,5Rafinare 1,5

Operatia de transport se desfasoara intr-un interval de 2h iar consumul energetic va fi : CE = 2 h x 2 kw/h = 4 kw/h

Consumurile energetice ale celorlalte operatii de pe fluxul tehnologic sunt dependente de timpul in care se efectuaza acestea.

6. Utilaje tehnologice

6.1. Dimensionarea tehnologica

42

Se vor dimensiona principalele utilaje care apar pe parcursul shemei tehnologice.

♣ Dimensionarea coloanei de rectificare Realizarea unor puritati avansate ale celor doua fractiuni, alcoolul brut si epuizatul, este posibila prin asigurarea unui numar mare de echilibre succesive, adica printr-o contactare in trepte sau diferentiala cu circulatie in contra curent a fazelor lichid si vapori, prin operatia de rectificare. Contactarea se realizeaza in utilaje tip, denumite coloane de rectificare(coloane cu talere). Dimensionarea tehnologica a coloanei de rectificare consta in determinarea nimarului de trepte de conctact(talere) necesare realizarii impuse. In figura de mai jos este reprezentata schema coloanei de rectificare continua cu talere. Amestecul initial, preincalzit pana la temperatura de fierbere, se intriduce pe unul din talerele coloanei, pe care concentratia refluxului intern este egala cu a materiei prime. Talerul de alimentare imparte coloana in doua zone:• Zona de concentrare (rectificare), in care produce „concentrarea”;• Zona de epuizare (de stripare), unde are loc epuizarea lichidului si vaporilor de ultimele resturi de component volatil. Produsul obtinut la partea superioara a coloanei, dupa condensare, este alcoolul rafinat iar componentul obtinut la baza coloanei este epuizatul.

Schema coloanei de rectificare continua cu talere

43

V

R L E

Alcool brut CT

Ab = 209,95kg/h I Alcool rafinatCAb = 79,4% F Ar = 167,79 kg/h

I CAr = 95,57% C

ARE Epuizat , E = 35,98 kg/h

CE = 0,08%

♣ Determinarea refluxului minim Lmin

Pentru determinarea refluxului minim se va folosi relatia urmatoare:

YD – YA Lmin

tgα = = XD – XA Lmin+ D

94,62 – 85,53 Lmin

tg = = 95,57 – 79,4 Lmin+ D

unde: XA – procentul masic de alcool brut lichid [%]; YA – procentul masic de alcool brut aflat in stare de vapori [%]; XD – procentul masic de alcool rafinat lichid [%]; YD – procentul masic de alcool rafinat aflat in stare de vapori [%]; D – cantitatea de alcool rafinat rezultat [%].

♣ Determinarea refluxului optim, Lo

44

CONDENSARE

Pentru determinarea refluxului optim se foloseste relatia urmatoare:

L = a Lmin

unde: a – constanta ale carei valorivariaza in intervalul 1 – 3;

se alege: a = 2 si se obtine:

Lo = 2 x 121,63 = 243,26 l/h

avem:YD = 95,41%YA = 85,53%XD = 95,57%XA = 79,4%

♣ Calculul numerelor de talere teoretice, NTT

Se foloseste mstoda McCabe – Thiele si parcurg urmatoarele etape:

- se prezinta grafic Y (compozitia vaporilor de alcool, %)in functie de X (compozitia alcoolica a lichidului, %) - se traseaza linia de concentrare, folosind ecuatia:

Lo DY = X + XD

Lo + D Lo + D

243,26 167,79Y = X + 95,57

243,26 + 167,79 243,26 + 167,79

se obtine ecuatia:

Y = 0,59 X + 39,01

Atribuind valori lui X se vor obtine pentru Y anumite valori care se vor trasa pe dreapta de concentrare.

45

Dreapta de concentrare are panta:

Lo

tgα = Lo + D

tgα = 0,40

Dreapta de concentrare are coordonata de origine x = 0

Dy0

C = xD Lo + D

yoC = 38,99

Se traseaza dreapta de epuizare, care trece prin punctul E(XE,YE); avand dreapta de origine:

EYo

E = - XE Lo + D

unde: E – cantitatea de epuizat, [kg/h] XE – procentul masic de epuizat lichid, [%].

YoE = 0,008

Dreapta de epuizare pleaca din punctul yoE si intersecteaza dreapta de

concentrare in punctul F. Numarul de talere teoretice este:NTT = 16, din care: 14 talere pentru concentrare si 2 talere pentru epuizare.

♣ Calculul numarului de talere reale, NTR

46

Se foloseste relatia:

NTR = NTT/Eg Eg – eficienta globala a coloanei de rectificare Se considera o eficinta globala de 0,8, atunci se obtine:

NTR = 20 talere reale din care: 18 talere pentru concentrare si 2 talere pentru epuizare.

♣ Dimensionarea linurilor de fermentare

Pentru asigurarea unui randament ridicat al fermentatiei alcoolice se va diviza debitul de plamada care intra la fermentare in trei, urmand ca fiecare debit partial sa fie trimis la fermentare intr-un lin separat.

Debitul partial de plamada care intra intr-un lin va fi:

P = Pr/3 = 1280.26 kg/h

Pentru o mai buna evacuare a plamezii din lin, inclinarea unghiului de curgere a partii conice este de 600. Spatiul liber aflat deasupra plamezii trebuie sa reprezinte aproximativ 10% din spatiul ocupat. La fermentare se vor folosi doua linuri de fermentare, un lin este folosit pentru prelucrarea plamezii fermentate si unul este de rezerva. Sustinerea linurilor are loc pe picioare slab oblice sau cu suportul inelelor ce prelungeste partea cilindrica.

h3

h2

h1

Reprezentarea schematica a linului de fermentare:

Unde: h1 – inaltimea partii conice a tancului, [m]; h2 – inaltimea partii cilindrice ocupate de plamada, [m]; h3 – inaltimea spatiului liber aflat deasupra plamezii, [m]; d – diametrul tancului de fermentare, [m]. Dimensiunile linului de fermentare vor fi:

47

H = 6 m D = 2,5 m V = 200 hl.

6.2. Lista utilajelor tehnologice cu montaj

In tabelul de mai jos sun prezentate utilajele folosite.

48

OPERATIA UTILAJETransport Elevator Cantarire Cantar automatDiluare Cazan de diluareAcidifiere Cazan de acidifiereInsamantare Tanc de insamantareFermentare Lin de fermentareDistilare Coloana de distilareRafinare Coloana de rectificare

Laborator

AlcoolmetrupH – metru Zaharometru Aparat pentru masurarea alcoolemiei plamezii

6.3. Masuri de protectie a muncii

Montajul utilajelor se face respectand normele de protectie a muncii precum si normele de protectie a muncii specifice instructiunilor la montaj. La efectuatea probelor de punere in functiune si in exploatare a instalatiei vor fi respectate normele de tehnica securitatii muncii, precum si norme de departament specifice industriei berii, spirtului, drojdiei si amidonului.

Instructiuni de PM si PSI

Instalatiile de distilare prezinta un grad sporit de pericol datorita posibilitatii acumularii in atmosfera incaperii in care este amplasata, a unor concentratii sporite de alcool etilic, lucru daunator sanatatii personalului de deservire, dar mai ales particular prin posibilitatea aparitiei de incendii sau explozii la orice scanteie. Pentru prevenirea aparitiei unor astfel de operatii se impun urmatoarele masuri:

1. Orice neetansare in instalatia de distilare care determina o crestere a concentratiei de vapori de alcool in atmosfera, va fi imediat anuntata sefului de tura, care dupa caz va dispune masurile de remediere imediat sau oprirea instalatiei.

2. Se va evita functionarea timp indelungat intr-un astfel de regim in care la aerisirea de dupa, racitorul esapeaza continuu gaza cu vapori de alcool in atmosfera.

3. Hala instalatiei va fi prevazuta cu ventilatie naturala si daca nu esta posibil se va dota cu ventilatoare de evacuare a gazelor.

49

4. Este strict interzis fumatul in hala de instalatie, lucrul cu foc deschis, interventii cu sudura si utilizarea oricaror scule sau dispozitive care pot provoca scantei. La eventualele interventii se vor utiliza scule din bronz care nu pot provoca scantei.

5. Interventiile cu sudura electrica sau autogena sunt permise numai cand instalatia este oprita, hala bine aerisita, iar utilajele au fost golite, aburite si aerisite.

6. Se interzice lovirea cu obiecte metalice a oricarei parti a instalatiei, platformelor de lucru, balustrade, operatii care pot provoca scantei si de aici explozii.

7. Se va evita cu desavarsire depozitarea in hala a materialelor si obiectelor care nu sunt folosite in procesul de fabricatie si mai ales a deseurilor si a materialelor inflamabile.

8. Este interzisa incalzirea conductelor cu foc deschis pentru dezghetare pe timp de iarna. Aceasta operatie se face cu aburi sau cu apa calda.

9. Usile, culuoarele de circulatie vor fi pastrate in permanenta libere pentru circulatie nefiind permisa blocarea lor cu materiale, echipamente, sau utilaje de orice fel.

In instalatiile tehnologice de distilare si rafinare a alcoolului etilic, pericolul de incendiu este categoria A. Pentru prevenirea pericolului de incendiu si explozie se vor respecta masurile expuse anterior si deasemenea pe timpul desfasurarii procesului de productie se vor respecta parametrii tehnologi prevazuti in instructiunile de lucru.

7. Partea grafica7.1. Schema de operatii (schema bloc)

50

7.2. Schema tehnologica de legaturi

Receptie materie prima (Melasa)

Transportul melasei

51

Utilaj:elevator cu cupa

Cantarirea melaseiUtilaj:cantar automat

DiluareUtilaj:cazan de diluare

AcidifiereUtilaj:cazan de acidifiere

InsamantareUtilaj:tanc de insamantare

FermentareUtilaj:tancuri de fermenatre

DistilareUtilaj:coloana de distilare

RafinareUtilaj:coloana de rectificare

8. Rezultate si concluzii Bãuturile alcoolice au fost folosite aproape in intreaga lume, incã din timpuri strãvechi.Existã consemnãri ale folosirii acestora de cãtre vechile civilizatii incã din anul 6.000 i.Hr. Producerea vinului isi are originea in Orientul Mijlociu, unde vita-de-vie dãdea roade fãrã ingrijiri speciale. Vechiul Testament ii atribuie lui Noe plantarea primei culturi de vitã-de-vie, considerându-l si prima persoanã care s-a imbãtat.

52

In orasul sumerian Nippur, berea si vinul erau folosite ca bãuturi tonice in scop medical si incã din anul 2.000 i.Hr. manifestarile religioase ale vechilor egipteni si ale asirienilor includeau petreceri la care se consumau bãuturi alcoolice si care durau zile de-a rândul. Unul dintre cei mai populari zei egipteni, Osiris, era considerat a fi primul cultivator al vitei-de-vie si cel ce produsese berea din cereale. Este de asemenea interesant de stiut faptul cã un faraon ce a trãit acum aproximativ 5.000 de ani a scris primul epitaf dedicat unui alcoolic.In Grecia, betia nu era un fapt cunoscut inaintea aparitiei noului zeu Dionysos (zeul vitei-de-vie si al petrecerilor). Prin secolul al VII-lea i.Hr., consumarea bãuturilor alcoolice devenise o parte importantã a vietii de zi cu zi. Grecii erau insã destul de inteligenti pentru a remarca faptul cã, desi vinul poate crea o stare plãcutã, poate, de asemenea, sã-l determine pe un individ sã facã lucruri pe care in mod normal nu le-ar fi fãcut sau chiar sã-si iasã din minti. Filosofi greci, cum fi Socrate sau Platon recomandau cumpãtarea si incriminau abuzul de alcool.

Efectele alcoolului asupra organismului

Alcoolul afecteazã corpul in douã feluri:(1) intrã in contact cu gura, esofagul, stomacul si intestinele unde are o actiune iritantã si “anesteziantã” (cauzând lipsa senzatiei de durere cu sau fãrã pierderea constiintei), (2) doar 20‰ din cantitatea de alcool ingeratã este absorbitã in stomac, restul de 80‰ este absorbit prin peretii intestinali direct in sânge, ajungând in fiecare celulã a corpului.Fiecare ratie de alcool va produce o intoxicare. Ceea ce face alcoolul este sã incetineascã functionarea celulelor si a organelor pânã când ajung sã isi desfãsoare activitatea cu mult mai putinã eficientã.El afecteazã creierul intervenind in activitatea centrilor care coordoneazã echilibrul, perceptia, vorbirea si gândirea. Produce dificultati in vorbire si erori in procesul de gândire. Mai sunt afectati centrii coordonãrii, apãrând astfel “simptomele” clasice: mersul impleticit, cãzãturile, ajungându-se pana la imposibilitatea de a mai tine un chibrit aprins in mânã. In mod paradoxal, desi incetineste functiile organismului, alcoolul duce la disparitia inhibitiilor. Emotiile sunt exprimate mult mai usor, deoarece acea parte a creierului care ne ajutã sã ne controlãm comportamentul este scoasã din functie sau se relaxeazã excesiv astfel incât emotiile devin exagerate. Dacã se consumã indeajuns de mult alcool persoanã va adormi sau, in cazuri extreme, va intra in comã. Consumarea alcoolului in cantitãti mari mãreste riscul aparitiei cancerului gurii, limbii, faringelui, laringelui si al esofagului, probabil datoritã actiunii sale iritante bolile ficatului cauzate de excesul de alcool includ inflamarea ficatului, hepatita, ciroza si cancerul ficatului. Lipsa acutã de anevrina (vitamina B1) poate cauza atacuri de cord, combinate de obicei cu

53

edemuri (colectarea de fluid in tesuturi). Alcoolul mãreste riscul aparitiei bolilor de inimã, a infarcturilor si determinã cresterea presiunii sângelui. Alte afectiuni cauzate de abuzul de alcool includ: gastrita, pancreatita, neurita (afectiuni nervoase) si ulcerul digestiv. Persoanele care consumã alcool in cantitati prea mari au sanse mai mari decât altele sã sufere de anxietate, paranoia sau depresie. Sansele aparitiei dementei sunt, de asemenea mult crescute. Pe scurt, organismul se poate adapta efectelor negative produse de alcool. Dar dupã ceva vreme el devine incapabil sã isi mai pastreze echilibrul si isi vor face aparitia efecte dezastruoase. Este tot ceea ce poate face ficatul pentru a neutraliza toxinele din organism. Dacã dupã o o oarecare perioadã se renuntã la alcool, efectele negative apãrute pot sã disparã. Dacã aceastã perioadã se prelungeste insã prea mult pot sã aparã transformari ireversibile. Alcoolul poate produce sterilitate si tinde sã incetineascã dezvoltarea fãtului, la fel cum o face cu functiile celulelor si organelor. Poate determina disfunctionalitãti structurale si functionale, chiar retardarea. Aceste disfunctionalitãti, cunoscute sub numele “sindromul alcoolului la fãt”, conduc la dezvoltarea incompletã a membrelor, diformitãti faciale si dezvoltarea anormalã a creierului, ceea ce dã nastere la dificultati de ordin intelectual si motor. Experienta a demonstrat cã riscul avortului spontan este mult mai mare la femeile care consumã alcool in exces, ca si cel al nasteri unor copii subdezvoltati sau cu dereglãri comportamentale. Acesti copii se dezvoltã mult mai incet decat cei ai mamelor care practicã abstinenta.

9. Bibliografie

1. Banu, C., Manualul inginerului de industrie alimentara, vol.I, editura tehnica Bucuresti;

2. Banu, C.,Manualul inginerului de industrie alimentara, vol.II, editura tehnica Bucuresti;

54

3. Cojocaru, C., Valorificarea deseurilor din industria alimentara, editura tehnica Bucuresti,1965;

4. Ministerul industriei alimentare, Materii prime folosite in industria alimentara, editura tehnica, 1951;

5. Modoran, Dorel, Procesarea industriala a alcoolului rafinat, editura Academicpress, Cluj-Napoca,2005.

55