Partea teoretică

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

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

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

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

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

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

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

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

1

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

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

Compusul Porumb Secară Grâu Orz Ovăz Umiditate % 13,3 13,4 13,6 13 13Subst.extractiveneazotoase,dincare amidon,%

67,959,1

68,158,0

67,960

65,755

58,540

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

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

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

Compusul Valori medii Limite de variaţie

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

20,8518

19,5-2314-22

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

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

b)Melasa Compoziţia chimică a melasei variază în funcţie de materia primă folosită la fabricareazahărului(sfeclă sau trestie de zahăr) şi de procesul tehnologic aplicat în fabricile de zahăr. La recepţia melasei se determină conţinutul în zahăr prin metoda polarimetrică(directă sau cuinvertirea zaharozei) sau prin metoda chimică(cu soluţie Muller),transformându-se melasa înmelasă 50% zahăr.

2

3.Materiile auxiliare Cele folosite la fabricarea alcoolului sunt malţul verde,preparatele enzimaticemicrobiene,sărurile nutritive şi factorii de creştere,acidul sulfuric,antispumanţii,antisepticele şidezinfectanţii.

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

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

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

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

b)Preparatele enzimatice microbiene Se obţin prin cultivarea în condiţii absolut pure a unor tulpini de bacterii şi mucegaiuri pemedii de cultură adecvate,urmată de purificarea preparatului brut rezultat.În comparaţie cumalţul verde,ele prezintă următoarele avantaje:-activitate enzimatică standardizată,care se modifică puţin la depozitare;-α-amilaza bacteriană se caracterizează printr-o termorezistenţă mult mai ridicată;-sunt mai sărace în microorganisme dăunătoare;-se oţin randamente mai ridicate ăn alcool,deoarece pot hidroliza şi alte poliglucide;-sunt necesare spaţii mai reduse la depozitare şi transport;

3

-se economisesc cheltuielile legate de producerea şi mărunţirea malţului verde. În afară de preparatele enzimatice amilolitice prezenate,se mai pot folosi,în funcţie demateriile prime prelucrate,şi alte preparate enzimatice:proteaze,β-glucanaze,pentozane etc.

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

4

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

5

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

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

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

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

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

6

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

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

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

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

7

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

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

8

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

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

9

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

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

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

10

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

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

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

11

-procedee cu separarea şi refolosirea drojdiei. Pregătirea melasei cuprinde operaţiile de diluare cu apă,neutralizare şi acidulare,adăugare desăruri nutritive,limpezire şi sterilizare.Plămada principală se diluează până la 30-34% extract,iarplămada de drojdie până la 12-16 % extract.Cele două plămezi pot avea şi aceeaşi concentraţie înextract de 23%. Pregătirea drojdiei cuprinde multiplicarea în laborator,în secţie de culturi pure şiprefermentare.În urma prefermentării rezultă o cantitate mare de plămadă dedrojdie,reprezentând circa 40% din plămada totală. Fermentarea continuă are loc într-o baterie formată din mai multe linuri defermentare.Separarea drojdiei se face din ultimul lin de fermentare cu ajutorul unor separatoarecentrifugale,care concentreză drojdia într-un volum reprezentând 7-10% din plămada fermentată. Laptele de drojdie obţinut este,apoi purificat prin tratare cu o soluţie de acid sulfuric,timp de1-2 ore,la pH=2,2-2,4 pentru distrugerea eventualelor bacterii de infecţie,după care este refolositla fermentare. Procedeele de fermentare continuă a melasei cu reutilizarea drojdiei prezintă următoareleavantaje:-creşterea randamentului în alcool până la 64-65 l alcool absolut /100 kg zaharoză din melasă;-creşterea productivităţii şi reducerea corespunzătoare a necesarului de spaţiu şi investiţii defermentare;-automatizarea mai uşoară a procesului tehnologic;-micşorarea şi uniformizarea consumului de utilităţi. Ca dezavantaj s-ar putea menţiona greutăţile care apar datorită instabilităţii biologice.Pentrua se elimina acest dezavantaj,firma STARCOSA /BMA a conceput un procedeu de fermentarecontinuă a m,elasei,care permite obţinerea alcoolului cu o productivitate foarte ridicată dinsubstraturi nesterile.Acset lucru s-a obţinut printr-o combinaţie între un bioreactor şi o unitate deseparare solid /lichid,cu ajutorul căreia se recirculă biomasa de drojdie în sistem până la oconcentraţie foarte ridicată.

Figura 6 Procedeu de fermentare continuă a melasei cu substrat nesteril şi recirculareadrojdiei1-fermentator;2-alimentare cu substrat nesteril;3-dispozitiv de amestecare;4-evacuare dioxid decarbon;5-modul de microfiltrare;6-aer comprimat;7-tanc tampon;8-evacuare permeat A;9-evacuare produs B;10-pompă de recirculare;11-alimentare cu oxigen.

12

9.Distilarea şi rafinarea alcoluluia)Bazele teoretice ale distilării şi rectificării Plămada fermentată este un amestec apos de diferite substanţe aflate în soluţie sau însuspensie,fie provenite din materiile prime şi auxiliare,fie produse ale fermentaţieialcoolice.Concentraţia alcoolică a plămezii fermentate variază între limite largi,cuprinse între 6 şi12 %,în funcţie de materia primă prelucrată şi de procesul tehnologic aplicat. Separarea alcoolului etilic din acest amestec se bazează pe diferenţa de volatilitate dintrealcool şi apă. Antrenarea unor produse secundare de fermentaţie cu alcolul la distilare se poate observa dinfigura 7 în care sunt prezentaţi coeficienţii de distilare ai unor produse secundare defermentaţie,în funcţie de concentraţia alcoolică a lichidului.

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

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

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

13

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

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

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

14

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

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

1-condens;2-abur;3-blază;4-răcitor de ulei de fuzel;5-coloană de rectificare;6-conductă devapori;7-deflegmator;8-răcitor de aldehide;9-răcitor de alcool rafinat;10,13-separatoare de uleide fuzel;11-felinar de control alcool rafinat; 12-apă;14-ulei de fuzel; 15-apă de luter.Figura 10 Instalaţie de rafinare discontinuă cu separare de aldehide şi ulei fuzel.

Consumurile de energie pentru sistemele moderne de distilareConfiguraţiainstalaţiei

Produsul(Randamentul,%)

Consumuldeaburde 9bar,kg /letanol

Consumuldeenergie,kWh/lprodus

Energy-SavingNormalpressure(ESNP)

Alcoolfin

Circa 2,5

Circa0,025

Presiunimultiple

Alcoolneutru(circa 94)

Circa 1,6

Circa0,060

Presi Alco Circ Circ

15

uni duble ol absolut(circa 95) a 2,6 a 0,038Presiuni multiple Alcool absolut(circa

95)Circa 1,5 Circa 0,082

Presiuni multiple şirecomprimare devapori

Alcool neutru (circa94)

Circa 0,5 Circa 0,3*

Presiuni multiple şirecomprimare devapori

Alcool absolut(circa95)

Circa 0,75 Circa 0,3*

*-la acţonarea electrică a compresorului

Figura 11 Instalaţie de distilare-rafinare continuă cu trei coloane1-coloană de plămadă;2-coloană de degazare şi antrenare a frunţilor;3,6,9-deflegmatoare;4,7,10,11-răcitoare de alcool;5,13,14,15-felinare de control;8-frunţi;12-coloanăfinală;17-separator de ulei de fuzel;18-borhot;19-pompă de borhot Figura 12 Instalaţie de distilare-rafinare cu recomprimare de vapori

16

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

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

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

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

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

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

8,5 4,2 26 8 6

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

Componentele Digestibilitatea,% pentru:Vite Porci Ovine Păsări

Substanţa organică 75 80 67 58

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

17

Substanşe extractiveneazotoase

89 91 71 51

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

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

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

100 67 65 63 61

Amidonpur,uscat înaer

82 54,9 53,3 51,6 50

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

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

Făină deamidon decartofi

80 53,6 52 50,4 48,8

Secară medie 55 36,9 35,7 34,6 33,5Secară grea 58 38,9 37,7 36,6 35,4Grâu mediu 57 38,2 37 35,8 34,7Grâu greu 60 40,2 39 37,8 36,6Orz 55 36,9 35,8 34,7 33,6Ovăz 52 34,8 33,8 32,7 31,7Porumbnormal

60 40,2 39 37,8 36,6

Sorg 60 40,2 39 37,8 36,6Făină de 75 50,3 48,8 47,3 45,8

18

tapiocaMalţ uscatdin orz

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

Malţ verdedin:-orz uşor-orz f.uşor-ovăzmijlociu

403535

26,823,523,5

2622,822,8

25,222,122,1

24,421,421,4

II Materii prime zaharoase Materiaprimă

Zahăr % Calitatea fabricaţieiExcelentă Foarte bună Bună Medie

Zahăr dintrestie dezahăr anhidru

100 64 62 60 58

Sfeclă dezahăr

12 7,7 7,4 7,2 7

Sfeclă dezahăr

14 9 8,7 8,4 8,1

Sfeclă dezahăr

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

Sfeclă dezahăr

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

Sfeclă dezahăr

20 12,8 12,4 12 11,6

Melasă dinsfeclă dezahăr

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

Melasă dinsfeclă dezahăr

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

Melasă dinsfeclă dezahăr

50 32 31 30 29

Melasă dinsfeclă dezahăr

55 35,2 34,1 33 31,9

19

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

Schema flux a procesului tehnologic

=0,1%F1.

F2.

F3.

F5.

F6.

20

RECEPŢIE

DEPOZITA

TRANSPO

PRECURĂŢI

CÂNTĂRIR

MĂCINAR

F7.

(Apă de răcire) F8.

F9.

drojdii(Apă de răcire)

F10.

F11.

F12.

F13.

(borhot)

F14.(reziduu)

frunze,coziulei de fuzel

apă de cuter F15.

F16

21

FLUIDIZA

RACIRE LA

ZAHARIFICARE

RACIRE LA

ÎNSĂMÂNŢAR

RACIRE L a

FERMENTAREη=90 %

DISTILAR

RAFINARE

STOCAR

DEPOZITAR

preînsămânţare

multiplicare

Sticle 0,5l etichete

F17 dopuritimbrefolie plasticPalete lemn

F18.

F19.

Bilanţul de materiale pe faze. Cntitatea prelucrată pe an:

Cantitatea prelucrată pe oră:

Compoziţia porumbului prelucrat:

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

FAZA 1.Recepţia0,1%

FAZA 2.Depozitarea

FAZA 3.Transport

22

ÎMBUTELIE

LIVRARE

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

FAZA 4.Precurăţire

=2%*(

=

Înainte de precurăţire compoziţia porumbului era:

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

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

100 kg 98 kg 100 kg

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

După faza de precurăţire compoziţia porumbului va fi:

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

FAZA 5.Cântărire

23

FAZA 6.Măcinare

+

FAZA 7.Fluidizare

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

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

100 kg 377,68 kg

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

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

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

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

FAZA 8.Răcire la 55 ºC

=

24

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

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

≈ ≈0 kg

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

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

100 2263,44

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

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

100 kg 224,53 kg x=22,45

y=202,08 Reacţia de zaharificare: n

amidon zahăr

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

x=22,45 kg apăy=224,53 kg zahăr

Înainte de zaharificare în masa de reacţie avem următoarea compoziţie:

Umiditate=1935,01Amidon=224,53Subst.uscată=103,89

25

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

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

Determinarea compoziţiei debitului :

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

2263,44 kg 100 kg

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

Debitul are următoarre compoziţie:

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

FAZA 10.Răcire la 30 ºC

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

FAZA 11.ÎnsămânţareDebitul de drojdii se poate neglija

26

FAZA 12.Răcire la 20ºC

=

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

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

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

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

cantitate fermentează) şi zahărul nefermentat 223,64* 2

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

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

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

ÎNAINTE DE FERMENTARE DUPĂ FERMENTARE2254,39 KG CONŢIN:Umiditate 1904,96 kg 1904,96 kgAmidon 22,32 kg 22,32 kgSubstanţă uscată 103,48 kg 103,48 kg Zahăr 223,64 kg 22,36 kg zahăr nefermentat

102,88 kg alcool etilic 98,40 kg degajat

27

Calculul compoziţiei după faza de fermentare:

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

2155,99kg 100kg

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

Compoziţia debitului după fermentare este:

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

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

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

x=50139,27 l

V=

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

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

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

28

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

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

100 kg 2153,83 kg

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

Determinarea debitului şi compoziţiei borhotului după distilare se face ştiind ca acesta conţine90% apă şi nu conţine alcool etilic. În borhot după distilare trebuie să se regăsească substanţă uscată,amidonul şi zahărul dinamestecul supus distilării adică: Subst.uscată=103,38Amidon =22,40Zahăr =22,40

148,18

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

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

Calculul compoziţiei borhotului:

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

1418,8 100

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

29

Calculul debitului de distilat

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

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

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

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

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

x=106,93 kg amestec

Calculul debitului de reziduu

FAZA 16.Stocarea

FAZA 17.Îmbutelierea

30

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

x=213,42 sticle/h

FAZA 18.Depozitarea

FAZA 19.Livrare

Bilanţul termic Căldura este o formă de energie şi anume energia transmisă de la un corp la altul datorită unei diferenţe de temperatura între ele. Întru-cât căldura este o formă a energiei,se măsoară în unităţi de enrgie.În sistem internaţional,unitatea de măsură a căldurii este 1 Joulle.Mai există şi o unitate de măsură mai veche care se menţine încă:kcal. 1 kcal se defineşte drept cantitatea de căldură transmisă pentru încălzirea unui kg de apă,în vederea ridicării temperaturii cu 1˚C acesteia.1kcal=4186 J Căldura specifica este o proprietate termică a substanţei. Căldura specifică se defineşte drept cantitatea de căldură necesară modificării temperaturii cu 1˚C a unităţii de măsură dintr-un corp.Valoarea ei se găseşte în tabele. Căldura specifică se notează şi se măsoară în kcal/kg*˚Csau J/kg*k. Entalpia este definită prin cantitatea de căldură pe care o conţine un kg de vapori.Se măsoară în kcal/kg sau J/kg.

Fazele în care este implicat bilanţul termic sunt:

31

1.Fluidizarea F72.Răcirea la 55˚C F83.Răcirea la 30˚C F104.Răcirea la 20˚C F125.Distilarea F146.Rafinarea F15

1.Bilanţul termic la Fluidizare

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

=0 Su=27,55%

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

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

Se dau:-temperatura de intrare pentru debitul :

- =420 kJ/kg

- 4J/kg*k

- J/kg*k

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

kJ/kg*k

kJ/h

=1890,30*420

32

Fluidizare

kJ/h

kJ/kg*k

(

kJ/kg*k

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

2.Bilanţul termic la Răcire la 55˚Cî

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

kg/h kJ/kg*k

kg/h

kJ/kg*k

kJ/kg*k

Se dau:

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

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

Se cere determinarea debitului apei de răcire

Ecuaţia de bilanţ termic pentru faza 8:

kJ/kg

kJ/kg

kJ/kg

33

Răcire la 55˚C

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

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

kg/h a=0,99%

z=9,92%

su=4,59%

kg/h

kg/h

Se dau valorile căldurilor specifice:

- kJ/kg*k

- kJ/kg*k

- kJ/kg*k

- kJ/kg*k

- kJ/kg*k

-temperatura apei de răcire la intrare

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

kJ/kg*k

kJ/h

kJ/h

kJ/h

34

Răcirea la 30˚C

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

kg/h

4.Bilanţul termic la Răcirea la 20˚C

kg/h

kg/h

kg/h

kJ/kg*kSe cere debitul apei de răcire

kJ/h

kJ/h

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

kg/h u=88,36%

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

kg/h alc=4,77%

a=1,04%

z=1,04%

35

Răcirea la 20˚C

Distilare

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

alc=15,29%

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

kJ/kg*k

kJ/kg*k

=

kJ/kg*kEcuaţia de bilanţ este:

kJ/h

kJ/h

kJ/h

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

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

36

alc=15,29%

(h=3100 kj/kg)

(h=600 kj/kg)

alc=96%

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

Se cere debitul necesar la faza de rafinare.

kJ/kg*k

Ecuatia de bilant termic pentru faza de rafinare

202716,50+

37

Rafinarea

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

Sticle pe an212,98*24*300=1533456

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

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

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

Contribuţii angajator

38

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

Gaz metan

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

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

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

x=5,77 lei/sticlăPierderi de apă

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

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

Adaos comercial

42,58 =4,26

TVA

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

39