Разработка методов утилизации послеспиртовой мелассной барды

 

   Мелассная барда в натуральном виде на корм животным не идет. В основном ее сбрасывают на пахотные поля фильтрации [19]. Некоторую часть мелассной барды используют для производства кормового концентрата витамина В₁₂, выделения глицерина, глутаминовой кислоты, глутамата натрия, бетаина (ацидина), холинхлорида и других веществ.

   Часть мелассной барды возвращается в  производство. Использование ее осуществляется по следующим направлениям: возврат  барды (цельной или фильтрата) на приготовление замесов при производстве спирта, применение барды в качестве теплоносителя — непосредственно при ее добавлении в затор или пропусканием через теплообменники.

   При использовании возврата барды экономится 37 % энергии по сравнению с развариванием при высоком давлении и 21 % — при холодном затирании; вместо 1,2 т воды используется 1,6 т барды/0,4 т пшеницы.

   Послеспиртовая  барда используется также в качестве субстрата при производстве кормовых дрожжей.

   Выход кормовых дрожжей на спиртовых заводах составляет, кг/дал: спирта, выработанного из мелассы, — 1,5–2,5, из картофеля — 1,5 и из зерна — 2,5–3,5. 

   

     
 
 

   Рисунок 3. Схема производства спирта на мелассе с точки зрения

   образования отходов 

   Утилизация  побочных продуктов ректификации

   В процессе ректификации спирта получают побочные продукты: головную фракцию (ГФ), сивушное масло (СМ) и сивушный спирт.

   Головная  фракция содержит этанол и легколетучие соединения (таблица 6).

   Разработана технология получения пищевого уксуса на основе использования в качестве сырья побочного продукта спиртового производства — головной фракции этилового спирта (ЭАФ), вырабатываемой при ректификации спирта-сырца. Выход ЭАФ составляет 1,5–2 % при переработке зерна и картофеля, 3–5 % — при переработке мелассы.

   Головную  фракцию можно подвергать разгонке на специальных ректификационных установках, один из вариантов которых включает колонны: для разгонки ГФ, истощающую, эпюрационную, спиртовую и метанольную. При переработке ГФ получают следующие продукты (дал/100 дал безводной части исходной ГФ): ректификованный спирт (РС) — 90–94, эфироальдегидный концентрат (ЭАК) — 4–7, потери — 2–3. Расход пара на переработку 1 дал ГФ составляет 60–70 кг, воды 0,6–0,7 м³.

   ЭАК представляет собой желто-зеленую  жидкость, как правило, только частично смешивающуюся с водой, с резким, удушливым запахом. В его безводной части содержится, масс. %: эфиры — 15–20, альдегиды —  15–45, этанол — 20–45, кислоты — 0,1–0,5.

   Таблица 6

   Физико-химические показатели головной фракции этилового  спирта 

 

   Концентрат  ГФ может служить углеродным питанием в производстве кормовых дрожжей. При фракционировании из него могут быть выделены уксусный альдегид, этилацетатный растворитель и др.

   Выход СМ обычно составляет 0,25–0,4  масс. % от выхода спирта.

   В состав товарного СМ входят, масс. %: этанол — 7–15, вода — 8–15, остальное — спирты С₃, С₄, С₅.  Соотношение спиртов примерно следующее, %: изоамиловый — 40–75, изобутиловый — 18–22, пропиловый — 10–15.

   По  органолептическим и физико-химическим показателям СМ должно соответствовать требованиям, указанным в таблице 7.

   СМ  используют в основном как сырье  для получения чистых высших спиртов, которые применяют в органическом синтезе, при изготовлении медицинских препаратов и душистых веществ, как растворители  в лакокрасочной промышленности, как экстрагенты, флотореагенты и поверхностно-активные вещества.

   Для получения высших спиртов может  быть использована ректификационная установка, состоящая из пяти колонн: этанольной (экстрактор), обезвоживающей, отгонной, амилольной, бутанольно-пропанольной.

   Первой  стадией разгонки СМ является выделение  этанола (Э), которое осуществляется водной экстракцией. На второй стадии, после отделения от водно-спиртового раствора сивушной фракции в виде верхнего слоя, проводят ее обезвоживание методом азеотропно-экстрактивной ректификации. Суть ее заключается  в том, что в присутствии большого количества амиловых спиртов (около 50 масс. %) вода, образуя азеотропную смесь с ними, ведет себя как легколетучий компонент и выводится через верх колонны; после конденсации смесь расслаивается, и спирты отделяются и возвращаются на орошение обезвоживающей колонны. Водный слой разделяется в отгонной колонне  на воду и амиловые спирты (А), которые направляются в этанольную колонну. 

   Таблица 7

   Характеристика  сивушного масла 

 

   Обезвоженная  смесь спиртов (амиловые, бутиловые, пропиловые) легко разделяется на чистые компоненты последовательно в амилольной и бутанольно-пропанольной колоннах. 
 

   2.4 Методы утилизации  отходов производства 
 

   Как было указано выше основным отходом спиртового производства является послеспиртовая барда, выход которой составляет 0,12–0,14 м³/1 дал спирта. 

   Производство  кормового концентрата витамина В12 и метана метановым брожением  послеспиртовой барды. 

     Витамин В12 не содержится в  растительных кормах, поэтому его  добавляют к ним. Витамин В12 кроветворный, участвует в синтезе незаменимых для животных организмов аминокислот, в частности метионина, способствует вылечиванию злокачественной анемии, росту привеса животных. Витамин синтезируется в рубце жвачных животных под действием микроорганизмов желудка, а также метанообразующими бактериями [20].

   Технологическая схема производства включает в себя следующие основные стадии и операции: сбраживание мелассной барды  метанообразующими бактериями; подкисление метановой бражки до рН 5,5 ... 6,5; упаривание метановой бражки; высушивание; фасование кормового витамина В12. Барда может быть использована для метанового брожения как среда для культивирования метанообразующих бактерий. При этом в процессе метанового брожения образуются витамины, из которых особое значение имеет витамин В12. Технологическая схема производства кормового концентрата витамина В12 метановым брожением барды приведена на рис. 4. 

 

   1 – теплообменник пластинчатый; 2 – метантанк; 3 – сборник промежуточный; 4 – сборник для соляной кислоты; 5 – нейтрализатор непрерывный; 6 – подогреватель метановой бражки; 7 – дегазатор; 8 – подогреватели; 9 – корпуса выпарной установки; 10 – вакуум-сборник; 11 – конденсатор барометрический; 12 – сборник упаренной барды; 13 – бункер для наполнителя; 14 – питатель-дозатор; 15 – смеситель; 16 – сушилка; 17 – установка размольная; 18 – автомат расфасовочно-упаковочный 

   Рисунок 4. Технологическая схема производства кормового концентрата витамина В12 метановым брожением барды. 

   При сбраживании барды без доступа кислорода, в анаэробных условиях, органические вещества (углеводы, жиры и др.) распадаются на метан, углекислый газ, водород и ряд органических кислот [21]. Метан и водород используются в качестве топлива. Выход водорода составляет примерно 1% по объему, а выход метана — около 10 м3 на 1 м3 сбраживаемой барды с содержанием СО₂ около 27%.

   Брожение  ведут в закрытых бродильных аппаратах  с получением на 1 м³ емкости аппарата до 3,5—7 м3 газа в сутки. Для брожения применяют сапрофитные анаэробы и метанообразующие бактерии. Первые разлагают сложные органические вещества барды с образованием кислот жирного ряда (уксусной, муравьиной, масляной и др.), а вторые разлагают жидкость с образованием метана и углекислоты.

   При анаэробном сбраживании барды содержание в ней органических веществ снижается с 8,5 до 4%. Наряду с образованием метана бактерии метанового брожения накапливают в 1 м³ бродящей среды до 0,5 г витамина В₁₂.

   Режим брожения: при 35 °С около 10 дней, а при 57 °С около 5 дней.

   Принципиальная  схема производства кормового концентрата витамина В12 из послеспиртовой и последрожжевой барды метановвым брожением приведена на рисунке 5. 

 
 
 
 
 
 

   Рисунок 5. Принципиальная схема производства кормового концентрата 

   витамина В12 (КМБ-12) из послеспиртовой барды 

   По  окончании метанового брожения содержание органических веществ в барде снижается наполовину, а биологическая потребность в кислороде — на 70—80%, чем достигается значительное обезвреживание сточных вод барды.

   Концентрат  содержит 25% протеинов. Образующиеся газы брожения (20-25 м3/т барды) содержат 65—70% метана, имеют теплотворную способность 6200—6500 ккал/м3 и используются как топливо. Конденсаты, получаемые при упаривании метановой бражки, после их охлаждения на градирне имеют БПК5 = 80—100 мг/л.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3 Безопасность жизнедеятельности 
 

   Для обеспечения безопасности конкретной производственной деятельности должны быть выполнены следующие задачи: