UNIVERSITATEA DE NORD BAIA MARE

Ingineria Produselor Alimentare IIOperatii Unitare n Industria

Alimentara

obtinerea alcoolului etilic

Din porumb

Indrumator: Sef lucrari dr. Leonard Mihaly Cozmuta

Student: Maria Zold Grupa III

2009

Cuprins

CAP 1. PARTEA TEORETIC ........................................... 3

MATERII PRIME I AUXILIARE ................................................... 3 1.2 FABRICAREA ALCOOLULUI DIN CEREALE I CARTOFI ............ 5

1.2.1 Mrunirea cerealelor i cartofilor .......................................................... 5 1.2.2 Obinerea plmezilor din cereale ........................................................... 5 1.2.3 Fermentarea plmezilor din cereale i cartofi ........................................ 5

1.3 FABRICAREA ALCOOLULUI DIN MELAS .............................. 5 1.4 DISTILAREA I RAFINAREA ALCOOLULUI ............................. 5

1.4.1 Bazele teoretice ale distilrii i rectificrii ............................................... 5 1.4.2 Instalaii de distilare i rectificare .......................................................... 5

1.5 BORHOTUL DIN CEREALE I CARTOFI ................................... 5 1.6 RANDAMENTE PRACTICE OBINUTE LA FABRICAREA ALCOOLULUI ........................................................................... 5

CAP 2. PARTEA DE PROIECTARE .................................... 5

2.1 TEMA PROIECTULUI ........................................................... 5 2.2 SCHEMA FLUX A PROCESULUI TEHNOLOGIC ....................... 6 2.3 BILANUL DE MATERIALE ................................................... 6 2.4 BILANUL TERMIC ............................................................. 6 2.5 CALCULUL PREULUI DE FABRICAIE I DE VNZARE PENTRU .............................................................................................. 6 PRODUSUL FINIT ............................................................. 6 BIBLIOGRAFIE ......................................................................... 6

2

CAP 1. PARTEA TEORETIC

MATERII PRIME I AUXILIARE

Alcoolul etilic se produce pe plan mondial , n cea mai mare parte, prin fermentarea

lichidelor care con im zahr, cu ajutorul drojdiei.

Alcoolul etulic ob inut pe cale biotehnologic poart denumirea de bioalcool, deosebindu-se

astfel de alcoolul etilic de sintez.

Produsul finit ob inut din fabricile de alcool poart denumirea de alcool etilic rafinat.

Materiile prime folosite la producerea alcoolului prin fermenta ie se pot clasifica astfel:

Materii prime amidonoase:

- Cereale: porumb, secar, gru, orz, ovz, orez, sorg etc.;

- Cartofi;

- Radcini i tuberculi de plante tropicale: rdcini de manioc, tuberculi de batate

etc.;

Materii prime zaharoase:

- Sfecla i trestia de zahr;

- Melasa din sfecl i trestie de zahr;

- Struguri, fructe, tescovine dulci;

Materii prime celulozice:

- De euri din lemn de brad, molid, fag etc.;

- Le ii bisulfitice rezultate de la fabricarea celulozei;

Materii prime care con in inulin i lichenin:

- Tuberculi de topinambur;

3

- Rdcini de cicoare;

- Mu chi de Islanda.

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

Compozi ia chimic a materiilor prime este prezentat n cele ce urmeaz.

Cerealele

Compozi ia chimic a cerealelor variaz n func ie de soi, condi iile pedoclimatice i

agrotehnica aplicat. n tabelul1 se prezint compozi a chimic medie a princalelor cereale

folositea fabricarea alcoolului, iar n tabelul 2 compozi ia chimic a cartofilor

. Tabel 1 - compozi ia chimic a unor cereale folosite la fabricarea alcoolului

Tabel 2 compozi ia chimic a cartofilor

Compusul Valori medii Limite de varia ieUmiditatea, % 75,0 68,0 - 85,0Substan e extractive neazotoase, din care amidon, %

20,8518,0

19,5 - 23,014,0 - 22,0

Proteine, % 2,0 0,7 - 3,7Lipide, % 0,15 0,04 - 1,0Celuloz, % 1,0 0,3 - 3,5Substan e minerale, % 1,0 0,5 - 1,0

La recep ia cerealelor i cartofilor se determin con inutul n amidon prin metoda

polarimetric n cazul cerealelor, i cu ajutorul balan elor de amidon, n cazul cartofilor.

4

Compusul Porumb Secar Gru Orz OvzUmiditatea, % 13,3 13,4 13,6 13,0 13,0Substan e extractive neazotoase, din care amidon, %

67,959,1

68,158,0

67,960,0

65,755,0

58,540,0

Proteine, % 9,6 12,9 12,4 11,8 10,9Lipide, % 5,1 2,0 1,8 2,3 4,7Celuloz, % 2,6 1,7 2,5 4,4 9,5Substan e minerale, % 1,5 1,9 1,8 2,8 3,4

n locul con inutului n amidon se folose te azi substan a fermetescibil, prin hidroliza

total a materiei prime cu enzime adecvate i determinarea glucozei formate prin metoda

enzimatic.

Melasa

1.2 FABRICAREA ALCOOLULUI DIN CEREALE I CARTOFI

1.2.1 Mrun irea cerealelor i cartofilor

1.2.2 Ob inerea plmezilor din cereale

1.2.3 Fermentarea plmezilor din cereale i cartofi

1.3 FABRICAREA ALCOOLULUI DIN MELAS

1.4 DISTILAREA I RAFINAREA ALCOOLULUI

1.4.1 Bazele teoretice ale distilrii i rectificrii

1.4.2 Instala ii de distilare i rectificare

1.5 BORHOTUL DIN CEREALE I CARTOFI

1.6 RANDAMENTE PRACTICE OB INUTE LA FABRICAREA ALCOOLULUI

CAP 2. PARTEA DE PROIECTARE

2.1 TEMA PROIECTULUI

5

2.2 SCHEMA FLUX A PROCESULUI TEHNOLOGIC

2.3 BILAN UL DE MATERIALE

2.4 BILAN UL TERMIC

2.5 CALCULUL PRE ULUI DE FABRICA IE I DE VNZARE PENTRU

PRODUSUL FINIT

BIBLIOGRAFIE

6

Tabel 3 Compozi ia chimic a melasei din sfecl i trestie de zahr

Compusul Provenien a melaseiSfacl de zahr Trestie de zahr

Ap, % 20 25 15 20Substan uscat, % 75 80 80 85Zahr total, % 44 52 50 55Zahr invertit,% 0,1 0,5 20 23Rafinoz, % 0,6 1,8 -Azot total, % 1,2 2,4 0,3 0,6Substane minerale, % 7,6 12,3 10 12pH 6,0 8,6 < 7

Tabel 4 aprecierea calit ii mal ului verde n func ie de activitatea i amilazic

Calitatea mal ului verde Activitatea - amilazic( SKB) *

Activitatea - amilazic( oWK)*

Excep ional - Peste 450Foarte bun Peste 64 401 450Bun 53 64 351 400Satisfctoare 41 52 300 350Nesatisfctoare Sub 41 Sub 300

*Activit i enzimatice raportate la substan a uscat a mal ului verde.

Tabelul 6 Pierderile masice la depozitarea cerealelor n func ie de umiditate

Tabelul 7 Pierderile la depozitarea cartofilor

Indicatorul Ini ial Decembrie Ianuarie Februarie Martie Aprilie Mai Iunie Masa, kg 100 2,3 2,9 3,4 4,1 4,9 7,3 12,0 Amidon-absolut, kg 17,7 17,1 16,8 16,7 16,6 16,3 15,8 14,7-relativ, % 100 3,4 5,0 5,6 6,5 7,8 10,9 16,5

7

Umiditateacerealelor, %

Pierderea masic, % Umiditateacerealelor, %

Pierderea masic, %lunar anual lunar anual

14 0,04 0,08 0,5 1,0 18 0,33 0,42 4,0 5,015 0,08 0,13 1,0 1,5 19 0,46 0,58 5,5 7,016 0,17 0,21 2,0 2,5 20 0,63 0,75 7,5 9,017 0,25 0,33 3,0 4,4

Tabelul 8 Compara ie ntre consumurile energetice la producerea alcoolului prin procedeul cu recircularea borhotului ( SRV) i prin celelalte procedee ( fr opera ia de distilare )

Procedeul Consumul de energie

Economia de energie fa de

kWh/ l alcool absolut

kWh/tgru

HDV DSA

Procedeul SRV ( cu recirculare permanent) 18 67 89 75Procedeul SRV ( cu recirculare ntrerupt) 23 84 86 68Procedeul DSA 71 263 58 -Procedeul HDV 167 618 - -

Tabel 9 Necesarul de energie al procedeelor de prelucrare fr presiune ( DSA) i cu recircularea borhotului ( SRV) n compara ie cu fierberea sub presiune (HDV)

Procedeul Opera ia

HDV DSA SRV

Mcinare, kWh/l alcool absolut - 0,08 0,08Fierbere i plmdire:

- abur, kg/l alcool absolut*- energie electric

3,140,04

1,270,04

-0,04

Fermentare:- abur, kg/l alcool absolut- energie electric

0,010,01

0,010,01

0,010,01

Distilare: - abur, kg/l alcool absolut**- energie electric

4,50,3

4,50,3

4,50,3

Decantare borhot, MJ/l alcool absolut - - 0,03Total MJ/l alcool absolut 16,8 13,2 10,6*Abur 6 bar, lv=2,085 MJ/kg ** Abur 2 bar, lv=2,202 MJ/kg

Tabel 10 consumul de energie la producerea alcoolului prin procedeul de diepersie DMV cu recircularea borhotului, n compara ie cu procedeul clasic de fierbere sub

presiune HDV

Materia primCaracteristicile

Cartofi Porumb Gru, secar, triticale

Procedeul HDV**

Rata de recirculare a borhotului, % 15 30 50 30 50 0

Opera ia de plmdire: - energia electric, MJ/hl alcool

absolut- energia termic, MJ/hl alcool

absolut- total, MJ/hl alcool absolut

30

380

410

40

170

210

40

150

190

40

80

120

40

0

40

20

700

720

8

Opera ia de distilare *, MJ/hl alcool absolut 700 70

0700

700 700 700

Consum total, inlusiv distilarea, MJ/hl alcool absolut

1100 910

890

820 740 1420

*La distilare s-a luat n calcul un consum de abur de 250 kg = 700 MJ/hl alcool absolut

**Valorile prezentate se refer la prelucrarea grului prin procedeul de fierbere sub presiune HDV

Tabel 11 Puterea alcooligen i toleran a la alcool a unor preparate de drojdie

Nr. crt. Denumirea preparatului Specia de drojdie Puterea alcooligen, % alcool volumic

Toleran a la alcool, % alcool volumic

1 2 3 4 51 BLASTOSEL VS S. bayanus 11,2 15,02 BLASTOSEL MV S. cerevisiae 11,1 14,23 FERMICAMP S. bayanus 11,6 15,44 DROJDIE SUPER I S. cerevisiae 10,4 13,75 DROJDUE SUPER II S. bayanus 9,7 13,06 DROJDIE MAX S. cerevisiae 9,8 12,17 Drojdie lichid Ay S. cerevisiae 8,6 11,78 Drojdie lichid

EPERNAYS. cerevisiae 8,9 9,0

9 Drojdie lichid HAUTVILLERS

S. cerevisiae 8,4 11,2

10 Drojdie comprimat OTTAKRING

S. cerevisiae 8,7 10,0

Observa ie: primele 6 preparate sunt sub form uscat.

Tabel 12 Evolu ia extractelor la fermentarea plmezilor din gru prin procesul SRV

Succesiunea recirculrii Plmada dulce Plmada fermentatExtract, % pH Extract real, % pH

0 10 16,7 5,3 3,2 4,411 20 18,1 5,2 5,0 4,521 30 17,0 5,2 5,7 4,531 40 17,7 5,1 5,6 4,541 - 50 18,5 5,2 6,3 4,5

Tabel 13 - Aprecierea gradului de infec ie a plmezii

9

Numrul de germeni / ml Gradul de infec ie< 2 x 108 Plmad liber de infec ii din punct de vedere tehnic

( 4- 15) x 108 Plmad u or infectat( 15 50)x 108 Plmad infectat

( 50 120) x 108 Plmad puternic infectat > 120 x 108 Cultur de bacterii

Tabel 14 - Echilibrele vaporilichid la distilarea amestecurilor binare de alcool etilic i ap

Concentra ia n alcool a amestecului alcool

apx, % masice

Temperatura de fiebere a

amesteculuialcool ap

t, oC

Concentra ia n alcool a vaporilor

y, % masice

Coeficientul de distilare

( evaporare)

KA= 0 100 0 6,5 : 11 98,90 6,5 6,8:13 96,75 20,5 7,6:15 94,95 38,0 5,2:110 91,45 52,0 5,2:115 88,95 59,5 4,0:120 87,15 64,8 3,2:125 85,75 68,6 2,7:130 84,65 71,4 2,4.135 83,75 73,3 2,1:140 83,10 74,7 1,9:145 82,45 75,9 1,7:150 81,90 77,1 1,5:155 81,45 78,2 1,4:160 81,00 79,4 1,3:165 80,60 80,7 1,2:170 80,20 82,2 1,1:175 79,80 83,9 1,07:180 79,35 85,9 1,04:185 78,95 88,3 1,01:190 78,50 91,3 1,01:1

95,57 78,15 95,57 1:197 78,20 96,9 1:0,99999 78,25 98,9 1:0,999100 78,30 100,0 1:1

Tabel 15 - consumurile de energie pentru sistemele moderne de distilare

Configura ia instala iei Produsul( randamentul, %)

Consumul de abur de 9 bar,

kg/l etanol

Consumul de energie,

kWh/l produsEnergy Saving Normal Alcool fin Circa 2,5 Circa 0,025

10

Pressure ( ESNP)Presiuni multiple Alcool neutru ( circa 94) Circa 1,6 Circa 0,060Presiuni duble Alcool absolut ( circa 95) Circa 2,6 Circa 0,038Presiuni multiple Alcool absolut ( circa 95) Circa 1,5 Circa 0,082Presiuni multiple i recomprimare de vapori

Alcool neutru ( circa 94) Circa 0,5 Circa 0,3*

Presiuni multiple i recomprimare de vapori

Alcool absolut ( circa 95) Circa 0,75 Circa 0,3

*La ac ionarea electric a compresorului

Tabel 16 - Compozi ia chimic medie a borhotului din cereale i cartofi

Componentele Borhot din:Porumb Gru Orz Orez Cartofi

Substan organic, % s.u.95,3 91,4 97,9 96,5 87,4

Protein brut, % s.u 25,5 34,8 31,3 42,4 27,0Brsime brut, % s.u. 11,7 2,2 10,2 3,5 2,7Celuloz, % s.u. 10,6 3,4 13,7 5,9 8,1Substan e extractive neazotoase, % s.u.

47,6 51,0 42,7 44,7 49,9

Substan e minerale, % s.u. 4,7 8,6 2,1 3,5 12,6Substan uscat, % s.u. ( aproximativ)

8,5 4,2 26,0 8,0 6,0

Tabel 17 Digestibilitatea borhotului din porumb pentru animale i psri

Componentele Digestibilitatea, % pentru:Vite Porci Ovine Psri

Substan organic 75 80 67 58Protein brut 73 78 64 78Grsime brut 81 92 89 56Celuloz 32 81 59 36Substan e extractive neazotoase

89 91 71 51

Tabel 18 - Randamentele practice ob inute la fabricarea alcoolului

( litri alcool absolut/100kg)

I Materii prime amidonoaseMateria prim Amidon

%Calitatea fabrica iei

Excelent Foarte bun

Bun Medie

11

1 2 3 4 5 6Amidon pur, anhidru 100 67,0 65,0 63,0 61,0Amidon pur, uscat n aer, 82 54,9 53,3 51,6 50,0Amidon pur, umed 50 33,5 32,5 31,5 30,5Cartofi 14 9,4 9,1 8,9 8,5Cartofi 16 10,7 10,4 10,0 9,7Cartofi 18 12,1 11,7 11,3 11,0Cartofi 20 13,4 13,0 12,6 12,2Fulgi de cartofi 68 45,6 44,4 42,8 41,5Fin de amidon de cartofi 80 53,6 52,0 50,4 48,8Secar medie 55 36,9 35,7 34,6 33,5Secar grea 58 38,9 37,7 36,6 35,4Gru mediu 57 38,2 37,0 35,8 34,7Gru greu 60 40,2 39,0 37,8 36,6Orz 55 36,9 35,8 34,7 33,6Ovz 52 34,8 33,8 32,7 31,7Porumb normal 60 40,2 39,0 37,8 36,6Sorg 60 40,2 39,0 37,8 36,6Fin de tapioca 75 50,3 48,8 47,3 45,8Mal uscat din orz 56 37,5 36,4 35,3 34,2Mal verde din:

- orz u or- orz foarte u or- ovz mijlociu

403535

26,823,523,5

26,022,822,8

25,222,122,1

24,421,421,4

II Materii prime zaharoaseMateria prim Zahr

%Calitatea fabrica iei

Excelent Foarte bun Bun Medie Zahr din trestie de zahr anhidru

100 64,0 62,0 60,0 58,0

Sfecl de zahr 12 7,7 7,4 7,2 7,0Sfecl de zahr 14 9,0 8,7 8,4 8,1Sfecl de zahr 16 10,2 9,9 9,6 9,3Sfecl de zahr 18 11,5 11,2 10,8 10,4Sfecl de zahr 20 12,8 12,4 12,0 11,6Melas din sfecl de zahr 46 29,4 28,5 27,6 26,7Melas din sfecl de zahr 48 30,7 29,8 28,8 27,8Melas din sfecl de zahr 50 32,0 31,0 30,0 29,0Melas din sfecl de zahr 55 35,2 34,1 33,0 31,9

12

CAP 1. PARTEA TEORETICMATERII PRIME I AUXILIARE1.2 FABRICAREA ALCOOLULUI DIN CEREALE I CARTOFI1.2.1 Mrunirea cerealelor i cartofilor 1.2.2 Obinerea plmezilor din cereale 1.2.3 Fermentarea plmezilor din cereale i cartofi

1.3 FABRICAREA ALCOOLULUI DIN MELAS 1.4 DISTILAREA I RAFINAREA ALCOOLULUI1.4.1 Bazele teoretice ale distilrii i rectificrii1.4.2 Instalaii de distilare i rectificare

1.5 BORHOTUL DIN CEREALE I CARTOFI1.6 RANDAMENTE PRACTICE OBINUTE LA FABRICAREA ALCOOLULUI

CAP 2. PARTEA DE PROIECTARE 2.1 TEMA PROIECTULUI2.2 SCHEMA FLUX A PROCESULUI TEHNOLOGIC2.3 BILANUL DE MATERIALE2.4 BILANUL TERMIC2.5 CALCULUL PREULUI DE FABRICAIE I DE VNZARE PENTRU PRODUSUL FINIT BIBLIOGRAFIE