Obtinerea Alcoolului Etilic Din Melasa Final

8/17/2019 Obtinerea Alcoolului Etilic Din Melasa Final

1/94


2/94

CAPITOLUL 1

Memoriul tehnic

2


3/94

Memoriu tehnic

În cadrul acestei lucrǎri s-a proiectat o tehnoloie de ob!inere a alcoolului etilic din

materii melasǎ, prin fermenta!ie "n procedeu discontinuu, utiliz#nd ca microoranism producator specia Saccharomyces cerevisiae.

$n capitolul 2 s-a descries tehnoloia de fabrica!ie.stfel, s-a prezentat produsul sidomeniile de utilizare, s-au enumerat pricipalele variante tehnoloice, iar din aceasta s-a alesvarianta optima arumentata de avanta&ele pe care le prezinta in comparatie cu celalalte. Procesultehnoloic a fost descris "n detaliu, s-au specificat materiile prime, intermediare si au'iliare( s-au prezentat) mecanismul, cinetica si termodinamica reac!iilor biochimice, s-a facut bilan!ul demateriale si s-au determinat consumurile specifice.

$n capitolulul 3 s-a realizat dimensionarea utila&elor) bioreactorul tip autoclava cu aitator tip ancora.

$n capitolul 4 s-au prezentat automatizare *i de realizare a controlului procesuluitehnoloic pentru buna func!ionare a instala!iei.

$n capitolul 5 sunt enumerate normele de protectie a muncii, masurile de protectie sistinere a incendiilor.

$n ane'e sunt ata*ate doua plan*e, cuprinz#nd fermentatorul si schema deautomatizare.

3


4/94

CAPITOLUL 2Tehnologi !e "#rictie

+


5/94

2$1$ Domenii !e utili%re &i 'ro'riettile 'ro!u&ului

lcoolul etilic este un lichid incolor cu ust arzator si miros caracteristic slab. enumirea

stiintifica este etanol sau alcool etilic,provenind de la radicalul etil 2/-al hidrocarburii etan2/,in care valenta libera obtinuta prin scoaterea unui atom de hidroen este inlocuita curuparea hidro'il -/,rezultand formula chimica 2//.

4ste folosit drept conbustibil solvent si drept materie prima pentru prepararea altor compusi.5erea contine 3-% alcool, vinul 10-12%, iar bauturile distilate precum 6his78-ul, lichiorul sauvotca intre +0-0%. 4terii sunt compusii obtinuti prin reactia dintre doua molecule de alcool, reactie care decure cueliminarea apei.

lcoolii sunt folosi i la scar lar "n industrie i tiin , drept reactan i, solven i combustibili.ț ș ș ț ț ț

4tanolul i metanolul pot arde cre#nd mai pu ine substan e nocive dec#t benzina sau motorina.ș ț țatorit to'icit ii sczute i capacit ii de a dizolva substan e nepolare, etanolul este folositț ș ț țdeseori ca solvent "n medicamente, parfumuri i esen e veetale, precum vanilia. $n sintezaș țoranic, alcoolii apar deseori ca intermediari adaptabili.:.212;

4tanolul este, de asemenea, folosit frecvent "n buturi dup fermenta ie pentru a eviden iaț țaromele sau pentru a induce into'icarea euforic numit


6/94

l i alcooli sunt mult mai otrvitori dec#t etanolul, "n mare parte pentru c dureaz mai multț p#n s fie metaboliza i, iar nu de pu ine ori metabolismul lor duce la apari ia unor substan e maiț ț ț țto'ice. >etanolul, sau alcoolul de lemn, de e'emplu, este o'idat de enzime "n ficat i duce lașcrearea formaldehidei, care poate cauza orbirea sau moartea.

=n tratament eficient pentru prevenirea to'icit ii cu formaldehid dup inestia de metanol estețadministrarea de etanol. ceasta va preveni transformarea metanolului "n formaldehid, iar formaldehida e'istent va fi covertit "n acid formic i eliminat prin e'cre ie "nainte de aș ț provoca vreun ru.

=tilizarea alcoolilor ? metanol si etanol drept carburant pare sa fie varianta cea mai promitatoarede inlocuire a carburantilor proveniti din petrol .

@n timp ce metanolul se obtine din carbuni , az natural sau lemn prin tehnoloii avansate ,etanolul se poate produce pe cale fermentativa din materii prime care se reenereaza.

=tilizarea etanolului drept carburant in 4uropa a fost folosit inca din 1902 . =tilizarea luieconomica insa , in amestec cu benzina s-a realizat insa abia in 1922 in Aranta .

onditiile de esapare pe bancul de proba mobil pentru motoarele actionate cu etanol auevidentiat ca evacuarea de aze nocive este mai redusa decat la benzina , dar , este mai ridicataevacuarea de aldehida acetadelhida pentru etanol , deci poluarea atmosferica este mai redusa lautilizarea motoarelor cu alcool .

4tanolul poate fi un adaos valoros la benzina . upa calculele intrprinderii Bol7sCaen unamestec benzina-etanol in proportie de 9)1 permite un rula& in 7ilometrii cu ,D% mai mare decat

cu benzina pura . e asemenea , prin utilizarea amestecurilor benzina-alcool cu peste % alcool ,nu mai e necesara adauarea tetraetilului de plumb . Ecade de asemenea continutul de o'id decarbon si mono'id de azot din azele de esapament .

4tanolul amestecat cu benzina prezinta proprietati sinerice care il fac un antidetonant foartecompetitiv in raport cu alti aditivi . Flobal se poate rezuma ca o adauare de -G% alcool permiteobtinerea benzinei super plecand de la benzina normala ceea ce da etanolului o valoarecomerciala superioara valorii carburante .

@nteresul pentru obtinerea alcoolului etilic este mult mai mare atunci cand el este considerat nuca un inlocuitor eneretic , ci ca un aditiv , deoarece tetraetilul de plumb este to'ic si leislatiadin E.=.. si diferite tari europene a interzis utilizarea lui . Ei in tara noastra se fac eforturi pentru utilizarea pe scara cat mai lara a benzinei aditivate fara plumb in scopul prote&ariimediului incon&urator .

4tanolul reprezinta o materie prima valoroasa pentru numeroase industrii in acelasi timp fiind siun carburant valoros de&a folosit in multe tari ca sursa alternativa de combustibil .


7/94

lcoolul de fermentatie , folosind ca materii prime biomasa disponibila si reenerabila reprezintao varianta competitiva cu alcoolul de sinteza obtinut din produse petroliere.

2$1$1$ PROPRIETATI (I)ICE

Punctele de fierbere ale alcoolului etilic sunt mai ridicate decit ale altor combinatii cu structuramoleculara asemanatoare si cu mese moleculare comparabile. ceasta proprietate este rezultatulformarii de asociatii moleculare,prin intermediul leaturilor de hidroen. in cauza eneriei deleatura mici,leaturile de hidroen dintre moleculele alcoolilor in faza lichida se desfac si serefac necontenit,numarul total de leaturi raminind insa constant la o temperatura data.Heaturile de hidroen se mentin la cristalizarea alcoolului,numarul lor creste si determina formade cristalizare. @n faza de vapori toate leaturile de hidroen se desfac.

ind este racit alcoolul etilic capata o consistenta siropoasa si se solidifica sub forma de sticlaamorfa, transparenta. Ha racire lenta,cristalizeaza.

lcoolul etilic poate lua parte la constructia cristalelor,ca alcool-cristalizare,cu sarurile de calciual2I2//.

@n conditii normale alcoolul etilic are punctul de topire la ? 11+,0 ,punctul de fierbere DG,30 si densitatea de DG9,3 7Jm3 .

lcoolul etilic este un solvent foarte bun,fiind miscibil cu apa,acid acetic,acetona,benzen ,toluen,dietileter,tetraclorura de carbon,cloroform,tricloretan,tetracloretilena, etilenlicol,licerina, piridina,cu hidrocarburile alifatice inferioare,uleiuri esentiale,numerosi compusiaromatici etc.

Ha amestecarea cu apa se inreistreaza fenomenul de contractie volumica,datorita formarii deleaturi de hidroen. Ha 200 ,cea mai mare contractie se produce la amestecarea a 2 volumealcool cu +G volume apa cind rezulta 9,3 volume amestec.

oncentratia alcoolului in amestec cu apa ,taria alcolica,se determina prin masurarea densitatii cua&utorul unor termoareometre specifice, denumite alcoolmetre,radate direct in % de volum saude masa,la temperature respective,10 sau 200. ind nu se dispune de alcoolmetre se potfolosi termoareometre,corectindu-le cu temperatura si cu valorile din tabele. @n practica sefolosesc tabele cu densitatile diferitelor amestecuri apa J alcool determinatee'perimental.mestecarea alcoolului etilic cu apa este un proces e'oterm.

Biscozitatea alcoolului etilic si a solutiilor sale apoase in functie de concentratie si detemperatura.

aldura specifica si cea de vaporizare pentru alcoolul etilicsunt mai mici decit pentru apa.

D


8/94

lcoolul etilic este inflamabil atit in faza lichida cit si in faza de vapori si arde cu flacaraalbastra. Kemperatura de autoaprindere este de +220. mestecurile vaporilor cu aerul inintervalul de concentratie 3,3%vol ) 19,0%vol sunt e'plosive.

lcoolul etilic este bioderadabil ,dar in concentratii mai mari de 9 Jlitru afecteaza flora si

fauna,ca atare nu poate si deversat in emisar. @n contact cu pielea provoaca iritatii si deshidratare.

@n concentratii de 2%vol este utilizat ca antiseptic si dezinfectant, actionind prin denaturareastructurii proteice si dizolvarea lipidelordin bacteria,funi si unele virusuri,fiind insa inactivasupra sporilor bacterieni.

4'punerea la vapori de alcool etilicin concentratie mai mare de 1000 ppm in aer poate sa provoace mirena,iritarea ochilor si a caitor respiratorii. 4'punerea prelunita conduce lainto'icatii ,iar la concentratii foarte mari se poate a&une si la inconstienta.

@nerat in cantitati mici provoaca stari de euforie si rela'are,dar pe masura ce doza creste

actioneaza caaent depresival sistemului nervos central,cu afectarea intreii functionari aoranismului, a&unandu-se la into'icatii sau chiar la moarte. lcoolul intensifica actiuneamedicamentelor barbiturice, benzodiazepinice,fenotiazinice si opioide,cu urmari deosebit derave asupra starii de sanatate.

in punct de vedere chimic,alcoolul etilic intra in foarte multe combinatii. stfel,cu metaleleal7aline formeaza alcoolati sau alcoo'izi ,cu acizii minerali sau carbo'ilici da esteri,prin o'idareconduce la acetaldehida si mai departe la acid acetic, prin eliminare intramoleculara de apa seobtin eteri,iar prin eliminareintermoleculara rezulta etena. Leactioneaza cu amoniacul siaminele,rezultand amine primare,secundare sau tertiare. lcoolul etilic este capabil sa

reactioneze violent cu aentii o'idanti nitrati,perclorati,pero'izi,acid sulfuric,acid azotic etc.

lcoolul etilic rafinat se prezinta ca un lichid incolor,limpede,complet volatil cu miros patrunzator si ust arzator . 4ste inflamabil si arde fara fum, cu flacara albastruie . 4ste miscibilcu apa in orice proportie si miscibil cu acetone,chloroform,eter,licerina,uleiuri veetale.

onditiile de livrare pe care trebuie sa le indeplineasca alcoolul etilic rafinat sunt relementate prin standarde ,in functie de calitate si destinatie.

G


9/94

2$1$2$ PROPRIETATI C*IMICE

omportarea chimica a etanolului este determinate de prezenta rupararii functionalehidro'il-/ a carei activitate chimica este destul de mare.

Principalele proprietati chimice ale alcoolului etilic sunt)1 Recti cu ci%ii+

@n urma reactiei dintre etanol si acizii minerali sau carbo'ilicirezulta apa si esteri.

2// M/3/ N /2/-/3M/2

2 Rectii cu ci%ii hlogenti+

2//M/5r N /3-/2-5rM/2

aca se lucreaza cu /l ,viteza de reactive creste daca folosim drept catalizator Onl2.3 Rectii cu metle lcline+

2//Ma N /3-/2aM 1J2 /2

Eolutia de alcool si olco'id de sodium are ph puternic basic ,datorita acestui fapt sefoloseste in multe reactii.

lco'izii metalelor al7aline sunt substante ionice,continand ioni eto'il2/, analoiionilor hidro'il /, si ionilor metalici.@n mediu apos ,intre ionul eto'il si apa se stabilesc

echilibrul ionilor.2/M/2 N /3-/2/M/

4 Rectii !e !i&hi!rtre intermoleculr+

re loc in prezenta acidului sulfuric in cantitate mica si se formeaza eter dietilic.

2//M2// N 2/--2/M/2

5 Rectii !e !e&hi!rtre intermoleculr+

4liminarea apei din molecula are loc in prezenta unor acizii tari cum ar fi) /2E+, /3P+.@n urma reactiei se elibereaza etena)

2/-/ N /2 N /2M/2

>ai intai reactia alcool cu acid sulfuric ,formeaza sulfatul de etil care la o temperatura deapro'imativ D00 se descompun punand in libertate acidul si etena.

9


10/94

2//M/E3 N / N /2M2/-E3/

2/-E3/N/2N/2M/2E+

, Recti !e o-i!re+

Prin o'idare blandul a alcoolilor cu Q 2r 2D si /2E+ se obtine aldehida acetic.

2/-/MQ 2r 2DM/2E+N/3-/NM/2

Leactia serveste la indentificarea alcoolilor.@n cazul alcoolului etilic,solutia capata oculoare verde si apare mirosul characteristic aldehidei aceticemiros de miere verzi.

Prin o'idare enerica a etanolului cu Q>n+ se obtine acid acetic.

2/-/MQ>nM/2E+N/3/

. Recti !e !ehi!rogenre+Leactia are loc la o temperature de 2G0-3000 , in cataliza eteroena drept catalizator se

foloseste cupru fin devizat.

2/-/N/3-/NM/2

Leactia de echilibru dupa condensarea amestecului de reactive ,se separa aldehida dealcool.apoi alcoolul recircula. alta posibilitate de a deplasa echilibrul spre dreapta ,este sa selucreze in prezenta aerului.Lolul o'ienului in acest caz este cel de acceptor pentru hidroenuleliminat sub actiunea catalizatorului.

aca se foloseste drept catalizator neru de paladiu,atunci se vor obtine cantitati mici dealdehida,reactia oprindu-se la un stadiu putin avansat din cauza reversibilitatii sale.:11,++;

2$1$3$ Ac/iune #iologic0 etnolului

10


11/94

4tanolul ac!ioneaz asupra oranismului, at#t direct, c#t *i prin compu*ii "n care se transform pecale enzimatic.

in punct de vedere fizioloic, acesta are o ac!iune depresic *i ac!ioneaz ca un anestezic.

Pentru depistarea prezen!ei etanolului "n oranism se folose*te testul cu fiola de con!ine dicromatde potasiu Q 2r 2D, o solu!ie portocalie ce devine verde "n prezen!a etanolului.

Prin metabolizarea etanolului "n ficat, acesta se transform "ntr-un produs to'ic etanal saualdehid acetic .

onsumul de etanol mareste sensibilitatea atat fata de substantele to'ice industriale -(mercur , plumb arsen , nitrobenzen anilina , cat si fata de medicamente .oncentratia normala de alcool etilic este de 0,02-0,03% . e&a o concentratie putin crescuta dealcool etilic in sane de 0,1-1% conduce la cresterea dispozituiei m prelunirea timpilor de

reactie , cresterea numarului de reseli in cazul muncilor fizice si intelectuale , lipsa de precizie-( la conducatorii auto . oncentratiile de etanol in sane de 1-2% duc la pierdereaautocontrolului , de 2-3% la o stare de ebrietate inconstienta , iar de 3-% ceea ce corespunde lao cantitate de alcool etilic de 20ml , la pierderea cunostiintei , pericol de moarte , paraliziarespiratiei si moarte .dultii pot sa elimine prin metabolism 1Dml alcool etilicJ7 reutate corporala . onsumulindelunat de alcool etilic in cantitati mari conduce la daune corporale si psihice.

2$2$rinte tehnologice !e o#tinere etnolului

2.2.1. Procedee de obtinere prin sinteza

Obtinerea alcoolului etilic prin hidratare catalitica

Ee lucreaza la temperature de 3000 si presiuni de D0 at.rept catalizator se foloseste acidulfosforic imprenate pe un suport inert.

/2N/2M/2 R2//

Leactia este e'oterma.Principalul produs secundar este dietileterul ce se formeaza din alcooli.lt produs secundar este acetaldehida care se formeaza prin hidratarea acetilenei prezenta in etilenaca impuriate.cetaldehida sufera si ea o reactie de condensare aldolica si da crotonaldehida.

11


12/94

Obtinerea alcoolului etilic prin hidratere directa

4ste folosit pentru obtinerea alcoolului sintetic.Leactiile principale sunt) absorbtia etilenei inacid sulfuric concentrate cu formare de mono- si dietilsulfatului,hidroliza etilsulfatilor la alcool

si reconcentrarea acidului sulfuric)

2/+ M /2E+RE+/2/

2/+ M E+/2/RE+2/2

E+/2/M E+2/2 M3/2R2/2E+ M 32//

2.2.2. Procedee de obtinere prin fermentatie

Aermentatia alcoolica este un proces biochimic de o'ido-reducere,prin care,sub actiunea

enzimelor, zaharul fermentescibil este transformat de catre microoranisme in alcooletilic,2,produse secundare si o cantitate de enerie, care este partial consumata pentru biosinteza compusilor celulari ai microoranismelor vii.btinerea alcoolului prin biosinteza presupune transformarea polizaharidelor in zaharoza si maltoza si hidroliza acestora la lucoza sifructoza iar apoi fermentatia propriu-zisa.

e mai utilizata tulpina de dro&die pentru fermentatia alcoolica este Eaccharom8cescerevisae.oncentratia alcoolica depinde de materia prima si de procedeul aplicat,ea variaza intre-12%.:,213;

Obtinerea alcoolului etilic din materii prime celulozice

eseurile de la prelucrarea lemnului precum si cele aricole presupun o sursa importanta pentruobtinerea multor produse pe cale biochimica.

Aolosirea acestor material impune hidroliza hidratilor de carbon pana la zaharuri fermentescibilesi utilizarea ulterior a acestora in procese de fermentatie.

Pana in present s-au construit forte multe instalatii pilot care produc etanol din materii primecelulozice si o sinura instalatie industrial,dar care functioneaza dupa un procedeu foarte poluant.Ee fac cercetari pentru cinstructia unei astfel de instalatii care sa fie nepoluanta si viabiladin punct de vedere economic.

btinerea alcoolului etilic din materii prime amidonoase

>aterial prima folosita sunt boabele de porumb sau faina de porumb.cest procedeu presupuneurmatoarele etape)

• macinarea porumbului

-macinare uscata

12


13/94

-macinare umeda-se realizeaza prin adauare de apa si permite separarea ma&oritatiicomponentilor din bobul de porumb

• fierberea cerealelorpentru a elibera amidonul din celulele endospermului• zaharificarea amidonului-consta in hidroliza amidonului la zaharuri

fermetescibile.Kehnoloic,hidroliza amidonului presupune 2 stadii)-stadiul de de'trinizare cand se rup 10-1D% din totalul leaturilor S-licozidice

-stadiul de zaharificare caracterizat prin hidroliza lenta a S-de'trinelor cu formare delucoza,maltoza,izomaltoza

• fermetatia-are loc transformarea zaharurilor fermentescibile in acool si dio'id decarbon.Procesul de fermentatie se desfasoara in 3 stadii)

-fermetatia initiala

-fermetatia principal

-fermentatia finala

• distilarea-are loc separarea alcoolului si a altor produsi volatili,obtinandu-se spirtul brut• rafinarea-se separa alcoolul etilic din spirtul brut

Obinerea alcoolului etilic din melasa

Kehnoloiile de obtinere a alcoolului etilic din melasa necesita o etap de preatire amelasei,in care aceasta este dezinfectata prin adauarea de substante antispetice siimbunatatita adauandu-se in ea substante nutritive,deasemenea este necesar ca o parte dinmelasa sa fie supusa prefermetatiei.

ele mai importante procedee de obtinere a alcoolului atilic din melasa)• Procedeul de fermentatie cu alimentare periodica-melasa prefermentata se adduce in

fermentator,apoi se adaua in trepte melasa neprefermentata diluata la 3005ll,in asa felincat concentratia biomasei sa fie la D,-G05ll.and concentratia plamezii din fermentator a&une la -,05ll se adaua o noua cantitate de melasa.upa fiecare alimentare cumelasa se face o aerare timp de o ora pentru indepartarea dio'idului de carbon si pentru astimuli activitatea dr&diilor.

• Procedeul cu alimentare continua-peste melasa prefermentata se adaua melasa diluata la300 5ll astfel incat concentratia plamezii din fermentator sa fie de D,D-G05ll

• Procedeul cu un flu'-intreaa cantitae de melasa,dupa o tratare cu antisptice si cusubstante nutritive,se trece la prefermetare,apoi parcure o baterie formata din G-10fermentatoare dispuse in cascada.Procedeul se utilizeaza in fabricile care producconcomitant si dro&die de panificatie

• Procedeul continuu cu 2 flu'uri-&umatate din cantitatea de melasa este supusa prefermetatiei,apoi este trimisa in fermetator,unde se adaua celalta &umatate din cantitaeade melasa.Aolosind acest procedeu vom obtine cu 10-1 litri de etanol mai mult decat incazul procedeului cu un flu',dar dro&diile vor trebui uscate pentru a putea fi folosite in panificatie

13


14/94

• Procedeul Boelbusch-Epeichim-este u procedeu de fermentatie continua ce utilizeaza o baterie de -D reactoare leat in serie.@n primul fermentator se introduce % dinmelasa,iar in al doilea 3%,ambele fiind prevazute cu barbotoare pentru aerare.Pentru aevita depunerea dro&diilor,dio'idul de carbon obtinut in primele reactoare se barboteazain plamada din urmatoarele.ro&diile obtinute se separa prin centrifuare si se trimit la

primele fermetatoare• Procedeul lcon-acest procedeu permite folosirea unui sinur fermentator,dar impune

sterilizarea melasei la 120.Biteza de crestere a dro&diilor se mareste prin adios desubstante nutritive si control strict al aerarii.Kimpul de stationare in reactor este de circa Dore.Plamada se evacueaza continuu.pro'imativ 20% din plamada se recircula,restul setrimite la separarea dro&diilor si la distilare

• Procedeul Bacuferm-fermetatia se conduce la o presiune de 30-3 mm /,ceea ce face caetanolul sa se separe pe masura ce se formeaza.Procesul poate fi condus in reimcontinuu,dicontinuu sau mi't si se caracterizeaza prin productivitate mare datorita faptuluica indepartarea alcoolului permite mentinerea unei dro&dii viuroase,dar este dificil decontrolat 7inetic,fiind necesara si indepartarea unei parti din plamada pentru a elimina

produsii secundari volatili.:,23D;

2$3$ Alegere rintei o'time

intre toate procedeele de obtinere a alcoolului etilic din melasa se va allee procedeuldiscontinuu de fermentatie cu alimentare in trepte.@n acest procedeu,peste cultura de dro&diiadusa din prefermentator,care ocupa apro'imativ 0% din volumul util al fermentatorului,seadaua in 3 trepte melasa diluata.upa fiecare alimentare cu plamada se face o aerare timpde o ora pentru omoenizare,indepartarea bio'idului de carbon si stimularea activitatiidro&diilor.

Procesul dureaza 20 de ore la o temperatura de 300.:,23D;in punct de vedere economic,problema productiei alcoolului este mai comple'a decat aaltor produse chimice datorita diversitatii resurselor de aterii prime si a leaturii acestora cualte ramuri economice cum sunt aricultura,industria alimentara,industria petroliera.Pretul de cost al materiilor prime veetale prezinta fluctuatii mari in functie de recoltaobtinuta si are o pondere mare in cheltuielile de productie.

1+


15/94

2$4$ De&criere 'roce&ului tehnologic !o'tt

2$4$1 El#orre &chemei tehnologiceKehnoloia de obtinere a alcoollui etilic din melasa cuprinde urmatoarele etape)

-preatirea melasei(

-prefermentarea(

-fermentatia(

-separarea dro&diilor(

-distilarea plamezii fermentate(

-prelucrarea chimica a spirtului brut tratat(

>elasa este principalul produs secundar de la fabricarea zaharului din sfecla de zahar sidin trestia de zahar.

ompozitia chimica apro'imativa a melasei in functie de provenienta ei este data intabelul 1.

T#elul 1$Compozitia chimica a melasei.

Componentul Provenienta melasei

Sfecla de zahar Trestie de zahar

Apa,% 20-25 15-20

Substanta uscata,% 75-80 80-85

Zahar total,% 40-52 50-55

Zahar invertit,% 0,1-0,5 20-23

Rano!a,% 0,"-1,8 -

A!ot total#$",25&,% 1,2-2,4 0,3-0,"

Substante 'inerale,% 7,"-12,3 10-12

p( ",0-8," )7,0

1


16/94

Figura 1. Schema de operaţii în procesul de obţinere a alcoolului etilic din melasǎ

1


17/94

luci!ele din melasa de sfacla de zahar sunt reprezentate in cea mai mare parte din zaharoza,alaturi de care se mai asesc cantitati mici de rafinoza,ramnoza,riboza,arabinoza si zahar invertit.>elasele corespunzatoare calitativ trebuie sa contina +-2% zahar ,cele cu un continutmai mic sunt in eneral infectate,mai ales daca sunt insotite de o reactive acida.restereacontinutului mai mic de zahar invertit peste 1% indica infectia cu microoranism,care scindeazamolecula de zaharoza la lucoza si fructoza.

)hro% cea mai raspandita dintre oliozaharidele ,se aseste in mai toate plantele.@ncantitati mai mari se aseste in sucul florilor,alaturi de monozaharide ,in fructele dulci,in sfeclade trestie de zahar.4ste usor solubil in apa,din care formeaza cristale mari,monoclinice forma,p,f 1G ,forma 5 are p.t 1D0 .

luco% are o importanta deosebita de alimentative si industrie alimentara.4ste foarteraspandita in lumea veetala si se aseste ,in stare libera sa in component polizaharidelor,in toateoranele plantelor)fructe,seminte,Arunze radacini.@n cantitate mare se afla in fructele

coapte.Flucoza este usor fermentata de levuri ,nu este hiroscopica ,iar radul de indulcire estede D+% fata de zaharoza.

(ructo% este mult mai raspandita in veetale,atat libera at si combinata,impreuna culucoza formand zaharoza.@n stare libera se aseste in sucul de struuri,pana la 10% si in miereade albini,pana la 0%.Ee caracterizeaza prin rotatia puternica a luminii polarizate spre stana ,deaici si numele vechi de levuloza.Fradul de indulcire a fructozei este de 1D3% fata de alzaharozei.Aructoza este fermentata usor in levuri la alcool etilic.:,21+;

e%hrul melasei cuprinde atat substante oranicesubstante azotoase si neazotoase catsi saruri minerale.

ezaharul de oriine oranic 1G-22% este format din aminoacizi +-+,D,betaina 2-2,,acizi oranicG-9%,zaharuri ,peptide,produsi de descompunere,iar nezaharul anoranic 10-12% contine o'izi de saruri)Ae,l,Q,a,a,>,Ei,On,u,P,etc.

u#&tnte %oto&e sunt reprezentate in eneral de descompunerea a proteinelor si inmai mica masura prin protein macromoleculare.antitatea de substante azotoase ,e'primate subforma de azot total variaza intre 1,2-2,+%,din care zotul asimilabil reprezinta 0.+-0,%,cantitateaeste insuficenta pentru nutritia dro&diei.intre substantele azotoase in cantitatea cea mai mare seaseste betaina.5etainele sunt derivati cuaternari ai aminoacizilor ,complet metilati laazot.Eepararea betainei se face prin schimburi de ioni ,pe baza comportarii ei de cation,concomitant cu acidul pirolidoncarbo'ilic care se comporta ca anion.

u#&tntele ne%oto&e cuprind pectide ,hemiceluloze si produsele lor de hidroliza dehidroliza arabinoza si alactoza si saruri ale acizilor oranic.

intre vitamine s-au asit,in melasa de sfecla da zahar,biotina,riboflavin,acidul pantotenic si inozitol.

ruri minerle sunt reprezentate de saruri de Q, a, a si > ale acizilor carbonic,sulfuric,fosforic,etc.>elasa contine cantitati suficente de a ,in timp ce continutul ei in

1D


18/94

maneziu este insuficent ,in special atunci cand se trateaza zemurile pentru purificare cuschimbatori de ioni.

$n melas se mai se*te *i dioxid de sulf ce provine din procesul tehnoloic de ob!inerea zahrului, fiind folosit pentru decolorarea zemurilor de difuziune, c#t *i nitri!i forma!i prinreducere din nitra!i. Prezen!a E2 *i nitri!ilor este nedorit deoarece inhib activitatea dro&diilor.in acest motiv con!inutul melaselor "n E2 nu trebuie s dep*easc 0,00G% /opulele, K.,19G0.

=n loc aparte "n compozi!ia melasei "l ocup coloizii de natur proteic, pectic,melanoidinic, care "mpiedic func!ionarea normal a celulei de dro&die *i produc o spumabundent, nedorit, "n linurile de fermentare. in aceast cauz este necesar limpezireamelasei.

Aci%ii orgnici sunt reprezentati de acizii o'alic ,citric ,lactic ,malic, tartric, formic,acetic, propionic si oleic ,iar dintre aminoacizi sunt prezenti )acid lutamic si lutamina ,acidaspartic si asparaina,lizina ,licocol,alanina,valina,acid S-aminobutiric si altii tabelul 2.

T#elul 2$Continutul de aminoacizi in melasa de sfecla.

Denumirea compusului Continut,mg/kg

Aci* +luta'ic+luta'ine 0,50

Aci* asparticaspara+ina 0,24

i!ina,i!oli!ina 0,44

.licocol 0,51

Alanina 0,34

/alina 0,2"

Aci* -a'inobutiric 0,35

Alti a'inoaci!i 0,35

u#&tntele colorte din melasa sunt formate in eneral din caramel si melanoidine si provin din descompunerea zaharozei.

ompozi!ia *i calitatea melasei difer de la fabric la fabric *i chiar "n cadrul acelea*icampanii, "n raport cu)

• calitatea sfeclei de zahăr;

1G


19/94

• natura solului pe care a fost cultivată sfecla de zahăr;

• cantitatea şi calitatea îngrăşămintelor aplicate solului;

• factorii meteorologici şi climatici;

• procesul tehnologic de extracie a zahărului;

• condiiile de depozitare a melasei.

=n loc aparte in compozitia melasei il ocupa coloi%ii de natura proteica pectica,melanoidinica. cestia impedica functionarea normala a celulei de dro&die si produc o spumaabundenta ,nedorita,in linurile de fermentare.

u cat melasa este mai boata in substante coloidale si deci insuficent limpezita cu atatcantitatea de spuma formata este mai mare.

@mpedicarea spumei sau distrunerea acesteia de&a formate se realizeaza prin folosirea desubstante antispumante.Eubstantele antispumante folosite trebuie sa fie inofensive pentru dro&diesau chiar asimiabile.

@n afara de substantele valoroase,melasa poate sa contina si substante cu efect inhibitor asupra activitatii fizioloice a dro&diilor ,formate in procesul de obtinere a melasei)imidodisulfonatul de potasiu,nitriti,acid acetic ,acid butiric,sulfiti,etc.@n melasa se mai aseste sidio'id de sulf ce provine din procesul tehnoloic se obtinere a zaharului,fiind folosit pentrudecolorarea zemurilor de difuziune.

ontinutul ridicat de zaharuri fermentescibile face din melasa un e'cellent substrat pentruobtinerea alcoolului etilic prin fermentatie.

Procesul tehnoloic de obtinere a alcoolului din melasa nu este format din operatii tip siinstalatii identice pentru toate fabricile,ci se conduce in functie de instalatiile e'istente si de

calitatea melasei.>elasa din sfecla de zahar are avanta&ul ca favorizeaza obtinerea unui produs de culoare

mai deschisa ,in schimb contine betaina ce nu este asimilata de catre dro&die si astfel prindeversarea apelor reziduale creste consumul biochimic de o'ien.

19


20/94

T#elul 3$Compozitia chimica si indicii de calitate ai melasei din sfecla de zahar.!"#$%&'

Indicatorul de calitate Minim Maxim ptimPentru

fa!ricare

a dro"diei

Standard

#omania

Substanta uscata% 71,0 85,0 74,0 in 75,0

Zahar#polari'etric&,% 40,0 54,0 4",0-50,0 in 45,0

Zahar invertit,% ,1 10,0 a 1,0 a 1,0

Rano!a,% - 2,5 a 1,0 -

A!ot total,% 0,5 2,1 in 1,4 in 1,4

A!ot a'inic,% 0,1 0,5 in 0,3 in 0,4

enusa#ara a&,% 5,0 12,0 a 7,0 a 12

6otasiu#2&,% 2,0 5,0 in 3,5 -

alciu#a&,% 0,1 1,5 a 1,0 -

9iotina,'+:t 30 125 200 -

Anhi*ra suluric,% 0,01 0,07 a 0,05 a 0,08Aci!i volatile,% 0,5 1,8 a 1,2 -'a 1,2

uloare,' io* 0,1 $ la

100 ' 'elasa 2%

0,4 10,0 a 2,0 -

p( 4, 8,5 ",5-8,5 in 7,0

>elasa din trestie de zahr este boat "n biotin, "n schimb biomasa de dro&die ob!inut

are o culoare mai "nchis, "nc#t sunt necesare opera!ii suplimentare de splare. Pentru a asiuraun mediu optim de cre*tere, se pot folosi melase cupa&ate "n care se adau fosfa!i, surse de azot,factori de cre*tere( totu*i, la noi "n !ar se prefer utilizarea melasei din sfecl de zahr lafabricarea dro&diei de panifica!ie, melasa din trestie de zahr fiind folosit la fabricareaalcoolului. ompozi!ia chimic a melasei ob!inut la fabricarea zahrului din sfecl de zahr.

20


21/94

oncentra!ia "n substan! uscat a melasei se e'prim "n practic "n rade 5allin 5llsau 5ri' 5', care reprezint procente masice de substan! uscat dizolvat.

Pregtire mel&ei 6 in vederea fermentatiei cuprinde urmatoarele operatii necesare pentrutransformarea melasei intr-un mediu fermentescibil de catre dro&die)

• eutralizarea si acidularea(• dauarea de substante nutritive(• Himpezirea melasei(• iluarea.

Neutralizarea si acidularea

atorita reactiei usor alcaline a melasei este necesara neutralizarea si acidularea acesteia pana la p/-ul de fermentatie de +,-, uneori chiar la p/ mai scazut.

ceasta operatie se e'ecuta in practica prin adauare de acid sulfuric, realizandu-se astfel un p/optim pentru activitatea dro&diilor, iar acidul sulfuric in e'ces contribuie la limpezirea melasei,determinand depunerea suspensiilor fine. cidul sulfuric are rol de antiseptic, dro&diile fiindrezistente la p/-uri scazute, la care alte microoranism nu rezista( acidul sulfuric descompunenitritii si sulfitii care sunt substante inhibitoare pentru dro&dii.

ezinfectarea melasei are ca scop indepartarea microoanismelor din melasa, cum ar fi bacteriamalolactice, acetic sauJsi butilice, funi, muceai( care diminueaza randamentul si calitatea produsului.

ezinfectarea se realizeaza prin acidulare cu acid sulfuric sau clorhidric la p/ +,+- . Practic se

folosesc 2-D l /2E+ 9G% la 1000 7 melasa. rept antiseptic neacide se pot utilize varul cloros 0, 7J1000 7 melasa, formalina 0,1 formolJ1000 7 melasa sau pentaclorfenolatul desodium 0-90 J1000 7 melasa. @n cazul infectiilor puternice mustul de melasa se sterilizeazatermic, la 120-1300 timp de -10 minute.:,23;

Adaugarea de substante nutritive

Eubstantele nutritive se adaua cu scopul de a asiura conditiile optime de dezvoltare adro&diilor. antitatea de azot din melasa este in eneral satisfacatoare, dar atunci cand este cazul,suplinirea necesarului de azot se face cu /+2E+. Aosforul este suplimentat cu superfosfat de

calciu.

Eubstantele nutritive se adaua sub aitare ca solutie limpede obtinuta prin dizolvare sausedimentare, numai in melasa pentru prefermentare din vasul +, calculandu-se insa fata deintreaa cantitate de melasa utilizata in procesul tehnoloic.

21


22/94

Diluarea

>elasa ca atare este foarte vascoasa si are un continut ridicat de zahar. @n aceste conditii,dro&diile nu pot transforma zaharul in alcool si dio'id de carbon. Pentru a realize concentratiaoptima de zahar pentru dro&dii si pentru a mari fluiditatea melasei, aceasta se dilueaza cu apa potabila de la D-G00 5ll la 300 5ll, apoi este lasata sa se omoenizeze timp de 10-12 ore, apoimustul astfel preparat este limpezit prin centrifuare cu scopul de a indeparta substantele fine si partial cele coloidale sub forma unor suspensii de consistent namoloasa.

Prefermentarea reprezinta ultima etapa de multiplicare a dro&diilor, dup ace in prealabil s-aufacut mai multe multiplicari -G trepte. @n reactor se introduce cuibul de dro&dii si se adaua in+ etape cate o patrime din volumul total de melasa cu concentratia 12 0 5ll( fermentatia sedesfasoara la 2+-2G 0 , sub o usoara aerare 3 m3 aerJhIm3 plamada iar cand concentratia dinreactor a&une la D 0 5ll se adaua o noua portie de melasa. @n eneral se adaua -10 7 cuibde dro&die la 100 7 melasa. Alu'ul de melasa insamantata sic el de melasa neprefermentata seunesc in fermentator.

Fermentatia este etapa tehnoloica cea mai lenta. Ee folosesc dro&dii din specia Saccharomycescerevisiae iar procesul dureaza 20 ore. Peste cultura de dro&dii adusa din prefermentator, careocupa apro'imativ 0% din volumul util al fermentatorului, se adaua in trei trepte melasadiluata la 300 5ll, in asa fel incat dupa omoenizare concentratia biomasei sa fie de D,-G 0 5ll(o noua portie de melasa se adaua cand concentratia a a&uns la -, 0 5ll. upa fiecarealimentare cu plamada se face o aerare timp de o ora pentru omoenizare, indepartarea bio'idului de carbon si stimularea activitatii dro&diilor. upa umplerea complete a linului defermentare procesul mai dureaza -G ore pentru a fermenta complet zaharurile. Aermentatia seconsidera terminate cand concentratia mediului, dupa ultima alimentare, scade la ,-,0 5ll,iar concentratia zaharului residual ne depaseste 0,3 %. Kemperatura la care are loc procesul estede 2G-30 0 .

Procesul este influentat de urmatorii factori)

o oncentratia plamezii ? se mentine la D-G 0 5ll in fermentator. concentratie mai mareconduce la cresterea vascozitatii plamezii, iar o concentratie mai mica de 0 5ll conducela utilizarea neeconomica a fermentatoarelor(

o oncentratia zaharului ? la concentratii mici in zaharuri, mai mici de 30 Jl, dro&diile suntinfometate, iar la concentratii mari in zaharuri, mai mari de 10 Jl devine substratinhibitor,inhiba enzimele din dro&dii(

o ciditatea ? dro&diile au activitate optima la p/ neutru, insa se lucreaza cu plameziacidulate la p/ cuprins intre +, si , pentru a evita infectiile bacteriene(

o oncentratia alcoolului ? alcoolul este to'ic pentru dro&dii, de aceea dro&diile trebuie saaiba o tolerant mare fata de alcool, dro&diile se inmultesc pana la o concentratie de +0-0 alcoolJl plamida, dar activitatea lor continua pana la o concentratie de 120 alcoolJl plamida.

o Kemperatura ? temperatura optima pentru dro&dii este de 30 , dar se lucreaza latemperature mai mici pentru a evita infectiile bacteriene.:,23+;

22


23/94

Separarea drojdiilor se face utilzand o centrifua. Prin separarea dro&diilor din plamadafermentata se obtin 12-1G 7 dro&die comprimata la 1 m3 plamada.

Distilarea plamezii fermentate este etapa in care se obtine spirtul brut. Plamada fermentata esteun amestec apos de diferite substante nefermentescibile provenite din materiile prime siau'iliare, iar altele, produse ale fermentatiei alcoolice.

in materiile prime raman in solutie, in plamada fermentata, cantitati mici de zahar residual,de'trin nezaharificate, acizi oranic, rasimi, substante azotoase neasimilate de dro&die, saruriminerale, iar in suspensie co&i si protein coaulate.

@n timpul fermentatiei alcoolice se formeaza ca produs principal alcoolul etilic si dio'idul decarbon, iar ca produse secundare aldehide, esteri, alcooli superiori, alcool metilic, licerina, s.a.e asemenea, plamada fermentata mai contine dro&dii si eventual microoranism decontaminare. istilarea se realizeaza prin incalzirea pana la fierberea plamezilor fermentate ininstalatii special, prin care alcoolul etilic si alti component volatile trec in faza de vapori si suntapoi condensati prin racier cu apa. Procesul se conduce in instalatii de rectificare discontinua.

Aunctie de performanta coloanei de distilare, concentratia alcoolului etilic din spirtul brut estecuprinsa intre 0 si GG %.

Prelucrarea cimica a spirtului brut

@n vederae imbunatatirii calitatii, spirtul brut este supus unei rafinari chimice. Kratamentulurmareste transformarea esterilor prin saponificare in acizi, a aldehidelor si combinatiilor nesaturate prin o'idare in acizi, iar a acizilor in saruri. Eaponificarea esterilor si neutralizareaacizilor se face cu solutie 3% a/. 'idarea aldehidelor si a altor substante reducatoare seefectueaza cu o solutie 1% Q>n+. @n eneral se folosesc 1-30 a/J100 l spirt brut si -1 Q>n+J100 l spirt brut.

Distilarea spirtului brut tratat !rafinarea"

Lafinarea reprezinta operatia de purificare si concentrare a alcoolului brut, in vederea obtineriiunui produs de puritate superioara denumit alcool etilic rafinat. Prin rafinare alcoolul seconcentreaza, devine limpede, fara ust si miros strain. lcoolul rafinat nu trebuie sa continaalcool metilic si furfural, iar continutul sau in acizi, esteri, aldehide si alcooli superiori trebuie safie foarte scazut. Lafinarea are loc in instalatii de rectificare discontinua.

@n urma rafinarii se cule urmatoarele fractii)

•

Epirtul frunti ? contine intre % si D% din cantitatea totala de alcool, aldehida acetic,formiat de etil, methanol, acetat de etil si de metal(• Epirtul rafinat ? contine 90% din cantitatea totala de alcool etilic(• Epirtul cozi uleiul de fuzel ? contine 3%-% din cantitatea totala de alcool, alcool

propilic, alcool izoamilic, alcool izobutilic, etc.

@n fiura 1 este reprezentata schema unei instalatii de rectificare discontinua.

23


24/94

Figura 2. Schema instalatiei de rectifcare discontinua !"#())'

2$4$2$ Mterii 'rime interme!ire &i u-ilireMel&,principalul produ secundar de la fabricarea zaharului din sfecla de zahar si din

trestia de zahar,cotine +0-% zaharoza si este un substrat e'cellent pentru obtinerea etanolului prin fermentatie.Ee prezinta sub forma unui lichid vascos,brun-neru si p/ alcalinin &urul valoriiG.ensitatea melasei este cuprinsa intre 1390 7Jm3,la DD% substanta uscata si de 1+9 7Jm3 laG+% substanta uscata.Bascozitatea melasei este cuprinsa intre 13cP si 19cP,iar caldura specificamedie este de 0, 7calJ7TQ.

intr-o tona de sfecla de zahar se obtin 100 lD000 lJhaalcool,iar dintr-o tona de trestie de zahar rezulta G0 l alcool00 lJha.

Pentru obtinerea alcoolului etilic din melasa se mai utilizeaza si alte materii,materiisecundare,cum ar fi)

• u#&tnte nutritie se adaua cu scopul de a asiura conditiile optime de dezvoltare adro&diilor.antitatea de azot din melasa este in eneral satisfacatoare,dar atunci cand estecazul,suplinirea necesarului de azot se face cu /+2E+.Aosforul este suplimentat cusuperfosfat de calciu.

• u#&tnte nti&e'tice) 2-D l /2E+,9G% la 1000 7 melasa.rept antiseptic neacide se pot utiiza varul cloros 0, 7J1000 7 melasa, formalina 0,1 formolJ1000 7 melasasau pentaclorfenolatul de sodium 0-90 J1000 7 melasa.@n cazul infectiilor puternicemustul de melasa se sterilizeaza termic, la 120-1300 timp de -10 minute.:,23;

Aci!ul &ul"uric

Aormula chimica) /2E+

>asa moleculara relativa ) 9G

Ee utilizeaza acid sulfuric de puritate tehnica 9G%

2+


25/94

Proprietatile fizice ale acidului sulfuric sunt prezenatate in tabel.

onditii tehnice de calitate ale /2E+, onform EKE 9D-G0

T#elul 4. *roprietatile fizice ale acidului sulfuric

Aspect ichi* uleios

;ensitate, +:'3 1,833

n+.@n eneral se folosesc 1-30 a/J100 l spirt brut si -1 Q>n +J100l spirt brut.

Permngntul !e 'ot&iuAormula chimica ) Q>n+>asa molecular relative )1Gensitate ) 2,D03 Jcm3

T#elul 5. Conditii tehnice de calitate ale +,nO-

aracteristici /aloare

ateriale insolubile, %, 'a 0,2

o'pusi cu clor, %, 'a 0,005

o'pusi cu a!ot, %, 'a 0,005

S42-, %, 'a 0,02

*i!ro-i!ul !e &o!iu a/ se livreaza ca solutie de sase tipuri)-tip 41 si 42 obtinute prin electroliza solutiei de al in cellule cu catod de mercur(-tip 1 si 2 obtinute prin electroliza solutiei de al in cellule cu diaframa(-tip 1 si 2 obtinute prin caustificarea a23

T#elul ,. Conditii tehnice de calitate pentru solutii de aO/# Conform S01S 2&)343&

2


26/94

1 >2 ;1 ;2 1 2

$a(,%,'in 48 40 47 42 40 35

$a23,%,'a 0,28 0,45 0,4 0,4 1,0 1,5

$al, %,'a 0,0 0,15 2,0 3,5 0,2 1,0

=e23,%, 'a 0,004 0,01 0,007 0,01 0,005 0,02

Si2,%,'a 0,01 0,02 - - 0,02 -

$a2S4,%,'a 0,02 0,03 - - - -

a si+,%,'a 0,01 0,03 - - - -

Tul'inile !e !ro7!ie cele mai utilizate apartin enului Eaccharom8ces cerevisiae si suntdro&dii pentru fermentatie inferioara.ro&diile rezista pana cand concentratia alcoolului in plamada atine valoarea apro'imativ de 12 %.Hevurile sunt microoranism unicelulare de tipeucariot si se inmultesc, de obicei, prin inmuurire, uneori prin diviziune simpla sau prin spori.Hevurile drro&diile sunt initiatorii fermentatiei alcoolice si reprezinta microoranismelemonocelulare de provenienta veetala din familia >8coph8ta.

Hevurile stau la baza tehnoloiei paini, berii, cidrului, vinului, alcoolului etilic.a urmare a selectiilor natural si diri&ate indelunate au fost selectate rase de levuri

pentru diferite ramuri ale industriei fermentative.stfel, familia Eaccharom8cetaceae, enul Eaccharom8ces, cuprinde dro&dii alcooliene,

enul Qlu8verom8ces fermenteaza lactoza la lactaza sau la alcool etilic, iar enul ebar8m8ces

se utilizeaza in industria carnii.ro&diile din familia r8ptococcaceae, enurile ndida siKorulopsis se folosesc pentru obtinerea de biomasa proteica.>a&oritatea dro&diilor folosite in fermentatia alcoolica apartin enului Eaccharom8ces

>e8es Less, deoarece fermenteaza bine lucidele.4le se caracterizeaza prin faptul ca nuformeaza micelii tipice,produc 1-+ spori, sunt adaptate la conditii de anaerobioza,puterea defermentatie depaseste puterea de respiratie.

Epecia Eaccharom8ces vini numita si Eaccharom8ces cerevisiae /ansen reprezintaapro'imativ G0% din toate levurile enului Eaccharom8ces din sucurile de fructe infermentare.>ediul fermentat se acopera cu spuma,forma sedimentului putand fi pulverulenta saufloculanta.ceasta specie include levurile utilizate la producerea alcoolului etilic,painii si berii.Eusele acestei specii fermenteaza cel mai bine substraturile zaharificate de amidon deoarece

pot fermenta si de'tridele simple.Epecia Eaccharom8ces uvarum este rezistenta la fri si nu formeaza spuma.Eusele delevuri la fermentatia sucului din struuri formeaza 12-13 % vol. de alcool,motiv pentru careunele se folosesc in vinificatie.

Epecia Eaccharom8ces carlsberensis include susele de levuri de bere,obtinuta prinfermentarea inferioara.Fradul de fermentare nu difera de Eaccharom8ces cerevisiae, dar suntrezistente la fri si fermenteaza mustul la -10 0.simileaza pana la 0% din monozaharidelemediu nutritiv.

2


27/94

Epecia Eaccharom8ces chevalieri Fuilliermond este capabila sa fermenteze mustul, fiindrezistenta la concentratii mari in alcool pana la 1G%.

upa proprietatile fizice,levurile se impart in 2 rupe )de fermentatie inferioara si defermentatie superioara.

Hevurile de fermentatie superioara in stadiul fermentatiei intensive sunt eliminate la

suprafata lichidului fermentat sub forma unui start ros de spuma si se pastreaza astfel pana laterminarea procesului.upa sedimentare aceste levuri destul de rar dau un precipitatdens.Kemperatura optima de fermentatie este de 2G-30 0 si fermenteaza 1J3 din rafinoza.@naceasta cateorie intra levurile pentru producerea alcoolului etilic,paini si unele suse pentru bere.

Hevurile de fermentatie inferioara se dezvolta in lichidul de fermentatie, nu tre lasuprafata in spuma, dar formeaza flocule, process cauzat de structura cleioasa a invelisului lor sise sedimenteaza repede.Kemperatura optima de fermetatie este de G-12 0 si fermenteazacomplet rafinoza datorita prezentei in comple'ul enz8matic a S-alactozidazei.cestei rupe iiapartin levurile pentru vin,bere,cidru.

ctivitatea vitala a levurilor este determinate de procesele de asimilare si

dezasimilare.Hevurile supun fermentarii mediul ce contine zaharuri fermentescibile,proces inurma caruia se obtine alcool etilic,dio'id de carbon si produsi secundari.Pentru fermentarea plamezilor din melasa se utilizeaza tulpini de dro&die de fermentatie

inferioara,adaptate la temperature mai ridicate de fermetare si care fermenteaza si rafinoza.Eusele apartinand specie Eaccharom8ces cerevisiae, au forma sferica sau elipsoidala,cu

lunimea de -GUm.ea mai folosita pentru producerea alcoolului etilic este Lasa V@@, obtinuta in anul

1902.re viteza mare de inmultire si fermeteazalucoza,fructoza,zaharoza,alactoza,maltoza,rafinoza, formand pana la 12 % alcool etilic.Eefoloseste atat la fermentarea plamezilor din cereal cat si din melasa si reprezinta avanta&ul ca produce mai putina spuma.Lasa > reprezinta un amestec de + suse de fermentare superioara si

este destinata fermetarii mustului cu continut de de'trin si rafinoza.Lasa se caracterizeaza printr-o capacitate mare de fermentare,persistent si la concentratii mai ridicate ale plamezilor din porumb sau melasa.Lasa / se caracterizeaza printr-o putere mare de fermetare,insa produce ospumare intense,fapt ce conduce la pierderi de plamada.Ha producerea alcoolului din melasa serecomanda rasele B si @,care fermenteaza bine zaharoza, lucoza,fructoza si 1J3 dinrafinoza.Lasa B are putere de crestere mare si dupa separare se foloseste in panificatie.

ro&diile utilizate la fermetarea plamezilor din industria alcoolului se pot folosi subforma de)

-dro&dii lichide cultivate in fabrica-dro&dii uscate-dro&dii comprimate dro&dia de panificatiePuterea alcooliena si toleranta la alcool a unor preparate de dro&dii comerciale sunt in

tablelul urmator.

2D


28/94

T#elul .$ *uterea alcooligena si toleranta la alcool a unor preparate de dro5dii comerciale

riteriile de caracterizare si selectionare a dro&diilor pentru fabricarea spirtului sunt)

- apacitatea si viteza de fermentare(- Kolerant la alcool(- Lezistenta fata de produsele elaborate de microflora contaminate(- Lezistenta la antiseptici(- Etabilitatea in timp, etc.

ele mai importante enz8me implicate in procesul de fermentatie alcoolica sunt)

- @nvertaza sau zaharaza W ? fructofuranozidaza ? scindeaza zaharoza in lucoza sifructoza(

- Oimaza ? transforma lucoza si fructoza in alcool etilic si bio'id de carbon.:,21;

2G


29/94

2$4$3$ Mecni&mul rectiei #iochimice

Aermentatia alcoolica este un proces biochimic, anaerob, prin care zaharurilefermentescibile, sub actiunea echipamentului enz8matic al microoranismelor, sunt metabolizate

la alcool etilic si dio'id de carbon, avand loc si o dea&are de caldura.izaharidele sunt hidrolizate de catre levuri la monozaharide, iar acestea sunt convertite

in etanol si dio'id de carbon.

Leactia de hidroliza a zaharozei este urmatoarea)

Flucoza si fructoza sunt hidrolizate enz8matic la alcool etilic si dio'id de carbon)

>ecanismul de transformare a monozaharidelor in alcool etilic sub actiunea enzimelor implica o serie de reactii intermediare comple'e leate intre ele, acestea fiind cunoscute si subnumele de calea 4mber ? >e8erhof ? Parnas si are loc la nivelul mitrocondriilor. 4neriaeliberata in proces este stocata in leaturile fosfat ale KP.

4tapele licolizei enzimatice sunt urmatoarele)

1. Aosforilarea lucozei cu formarea lucozo--fosfatului)

2. @zomerizarea lucozo ? ? fosfatului la fructozo ? ? fosfat )

29


30/94

3. Aosforilarea fructozo ? ? fosfatului la fructozo ? 1, ? difosfat)

+. Ecindarea fructozo ? 1, ? difosfatul la aldehida 3 ? fosfolicerica si dihidroacetonfosfat)

. @zomerizarea reversibila a aldehidei 3 ? fosfolicerice )

. Aosforilarea o'idativa a aldehidei 3 ? fosfolicerice la acid 1,3 ? difosfoliceric)

30


31/94

D. Kransferul rupei fosfat de la acidul 1,3 ? difosfoliceric la KP)

G. @zomerizarea acidului 3 ? fosfoliceric la acid 2 ? fosfoliceric)

9. eshidratarea acidului 2 ? fosfoliceric cu formare de acid fosfo-enol-piruvic)

10. Kransferul ruparii fosfat de la acidul fosfo-enol-piruvic la P, cu formare KP si acid piruvic)

31


32/94

11. ecarbo'ilarea acidului piruvic la aldehida acetic sub actiunea enzimelor)

12. Leducerea aldehidei acetic la alcool etilic)

a produsi secundari rezulta methanol, acetat de etil, uleiul de fuze. =leiul de fuzel continealcooli superiori rezultati prin dezaminarea si decarbo'ilarea unor amino acizi leucina,fenilalanina, aldehide, licerina.:+,219;

2$4$4$ Cinetic rectiilor #iochimice

Etudiul proceselor enzimatice, a proceselor metabolice si a vitezei lor se face prin metodacinetica. ceasta este sinura metoda de studiu a proceselor biochimice deoarece pana in prezent numarul enzimelor pure care s-au putut separa este relative redus.

Pentru studiul cinetic al proceselor fermentative se utilizeaza definitiile data de Faden pentruviteza de fermentatie, viteza volumetrica si viteza specifica.

• Biteza de fermentatie este variatia momentana a concentratiei produsului, aintensitatii respiratiei sau a concentratiei masei celulare.

• Biteza volumetrica reprezinta cantitatea de substrat utilizata, cantitatea de o'oen saucantitatea de cellule obtinute pe unitatea de volum de mediu de cultura si in unitateade timp.

• Biteza specifica este data de raportul dintre viteza volumetrica si densitatea bacterianasi se e'prima in rame produs obtinut in unitatea de timp sip e ram de masa celulara.

Procesele metabolice care se petrec in interiorul celulelor vii sunt reactii biochimice foartecomple'e ce se produc cu viteze mari, fiind catalizate de enz8me. stfel, Faden defineste

32


33/94

fermentatia ca fiind Xtotalitatea reactiilor chimice de sisteme enzimatice produse demicrooranism in timpul cresteriiY.

4nzimele au functia de a accepta viteza reactiilor matabolice la temperatura normal aoranismelor. vand o activitate catalitica foarte mare, enzimele reduc substantial barierele de potential ale reactiilor de transformare a substratului, facilitand obtinerea produsului dorit.

Ee numeste substrat substanta asupra careia se e'ercita actiunea enzimelor in vedereadesfasurarii procesului de biosinteza.

>ecanismul prin care enzimele transforma substratul este descries de teoria starii detranzitie.onform acestei teorii ,substratul se combina cu enzima formand un comple'activat,instabil,care ulterior se descompune in produs si enzima.4nzima eliberata ia parte dinnou la procesul de transformare a substratului.>ecanismul poate fi descries conform urmatoareischeme)

4-enzima libera

E-substratul

4-E-comple' activat enzima-substrat

Q- constanta de viteza de formare a comple'ului activt,

7-constanta de viteza a reactiei de descompunere a comple'ului activat in enzima si substrat(7-constanta de viteza a reactiei de formare a produsului din comple'ul format(

Ee poate admite si faptul ca intre enzima si substrat ,pe de o parte ,si comple'ul activat,pealta parte se stabileste un echilibru descries cu relatia)

k =k

k =

C

C × C

@ar viteza specifica de descompunere a comple'ului activat in produs este data de e'presia)

- concentratia comple'ului activat(

33


34/94

-concentratia enzimei(

-concentratia substratului(

h-constanta Planc7(

7-constanta 5oltzam(Q-constanta de echilibru(

Biteza e reactive de formare a produsului se defineste in acest caz ca produsul dintreviteza specifica de descompunere a comple'ului activat si concentratia comple'ului activat si areforma)

4'primand constanta de echilibru in functie de enerie libera standard F obtinem)

onstanta de echilibru va avea e'presia

@ntroducem e'presia in + si obtinem)

Keoretic / si s variaza cu temperature ,dar entropia variaza foarte putin,astfel incat

termenul e∆S

R poate fi considerat constant.@n aceasta ipoteza,prin diferentierea relatieiD in

raport cu temperature obtinem)a

@n fiura 2 este redata variatia eneriei in procesele enzimatice)

3+


35/94

Figura.# 6ariatia energiei in procesele enzimatice

iferenta intre / si 4a este neli&abila,deorece la temperature de circa 30 temperature optima pentru ma&oritatea proceselor enzimatice,vloarea termenului LK este decirca 200&Jmol si este foarte mica in comparative cu valoarea entalpiei de activare,valoare caredepaseste +000ZJmol.

Kinand cont de acest fapt,ecuatia D devine)

Balorile vitezei de reactive

p¿

v¿ dau o imaine de ansamblu a activitatiilor enzimelor.

@n concluzie,viteza procesului enzimatic este determinate de viteza de formare acomple'ului activat. ceasta concluzie a fost confirmata practic. stfel ,daca reprezentam vitezareactiilor enzimatice ca functie de concetratia substratului, atunci vom obtine o curba,spredeosebire de reactiile chimice pentru care aceasta variatie este liniara. @n final enzima sereface,iar produsul difuzeaza in mediul de fermentatie din masa celulara.

3


36/94

Figura $. 6ariatia vitezei reactiilor enzimatice in functie de concentratia substratului!2#$--'

@n cazul fermentatiei cu saccharomices cereviseae,ecuatiile cinetice ale procesului aue'presii specific pentru viteza de acumulare a biomasei ,pentru viteza de consum a substratului si pentru viteza de acumulare a produselor. ceste relatii sunt )

I 0

x

+

+ *

µ µ ×=

+

0 µ

- viteza specificǎ de cre*tere a biomasei (

+ - constanta care redǎ inhibarea (

IS S S xa 7 µ µ = + ×

S a

- coeficientce caracterizeazǎ intensitatea procesului (

S 7

-coeficient de asimilare a zahǎrului (

I

ma'

1

p

x

pS

+ S

S S + * + S

+

µ µ = × ×× ++ +

ma' µ

- viteza ma'imǎ de cre*tere (

1,S + +

-constante care redau inhibi!ia de substrat (

4'presia vitezei specifice de acumulare a biomasei mai poate fi scrisǎ sub forma de mai

&os)

I

x x 8 x µ µ = − ×

3


37/94

8 ? constantǎ.

2$4$5$ Termo!inmic 'roce&ului !e "ermenttie

Aermentatia alcolica este un proces biochimic ,anaerob ,prin care zaharurile fermentescibile , subactiunea echipamentului enzimatic al microoranismelor sunt metabolizate la alcoolul etilic sidio'id de carbon , avand loc si o dea&are de caldura.

4cuatia procesului de fermentati a zaharozei este urmatoarea )

ctivitatea vitala a levurilor este determinate de procesele de asimilare si dezasimilare.Hevurile supun fermentatiei zaharurile fermentescibile , in urma procesului obtinandu-se etanol,dio'id de carbon si produsi secunari.

@n prezenta o'ienului ,procesul decure pana la o'idarea totala a zaharozei.

mbele procese sunt e'oterme. @n procesul de transformare a lucozei in alcool etilic sedea&a 130 Q&Jmol , lucoza D2G Q&JQ, iar prin respiratia aeroba se dea&a 2GD+ Q&Jmol lucoza19D Q&JQ.:,21;

Procesul de fermentatie se incadreaza, din punct de vedere termodinamic ,in cateoriasistemelor deschise ,sisteme caracteristice oranismelor vii ,caracterizate prin schimb de materiisi de enerie cu mediul incon&urator ,pe care-l transforma. Eistemel deschise mai au proproetateaca nu sunt in echilibru cu mediul. ranismele vii se afla intr-o stare stationara,care reprezintaconditia de baza a sistemelor deschise ,si in care viteza transferului de materie si de enerie dinmediu este compensate total de viteza de transfer a materiei si enerie din oranism in mediu .in punct de vedere termodinamic ,oranismele vii sunt sisteme ce se supun principiului al

doilea ar termodinamici , adica produc entropie cu viteza minima pentru a-si mentine stareastationara , stare in care procesele biochimice decur cu viteza ma'ima.

KP-ul contine doua leaturi macroenerice ,in procesele biochimice din celula ,acesteaintervin cu o sinura rupare fosforica . Prin o'idarea aeroba a unui mol de lucoza se obtin 3Gde moli KP.

Pentru analiza termodinamica a sistemlor biochimice si a reactiilor pe care le induceKP-ul, este necesar sa se tina cont de urmatoarele conventii)

3D


38/94

1. @n sisteme apoase diluate ,in care apa participa ca produs sau ca reactant ,activitateatermidinamica a acesteia are valoarea 1(

2. Pentru procese biochimice, ph-ul de referinta are valoarea D, nu 0 cum se considera incazul proceselor chimice(

3. Bariatia enerie libere standard la phN D se noteaza cu F, iar la ph N0 cu F

+. eoarece la p/N D starea standard este un amestec de forme ionizate si neionizate,rezulta ca valorile lu F depind de valorile p/-ului.

@n aceste conditii variatia eneriei libere standard la p/ N D si la temperature de 2 ,poate ficalculate cu relatia )

KP-ul prin hidroliza trece in P,eliberand eneria necesara demararii procesului. /idrolizaenzimatica a KP-ului se realizeaza printr-o succesiune de reactii catalizate de he'achinazasau lutamine ?sinteza si desfasoara conform schemei.

analiza termodinamica pertinent a reactiilor biochimice impune cunoasterea e'acta a

concentratiilor intracelulare reale ,a metabolitilor, precum si a vitezelor de formare sauconsumare a acestora. @n acest sens se poate sublinia ca viteza de formare in celule estedeterminate de viteza de utilizare a KP-ului in cadrul unei stari stationare.:3,12;

2$4$,$ 8ilnt !e mteril

5ilantul de materiale se intocmeste in scopul determinarii cantitatii de material prime

au'iliare si produs finit.

alculul productiei pe sar&a.

Productia pe sar&aPs reprezinta productia anualaP raportata la numarul de sar&e ns.

Ps= PA

ns

=nde)

s - numarul de sar&e se va calcula ca fondul annual de timp AK raportat la durata uneisar&e ts.

3G


39/94

ns= FAT

ts

AKN330 zileND920 h

Ks - durata unei sar&e va fi calculata ca suma dintre durata fermentatiei tfsi durata

timpilor au'iliari t s .

KsNtfM t aux

tfN20 h

t aux N2 h

tsNtfM t aux N20M2N22 h

nsN FAT

ts =

7920

24=360 sarje

Productia pe zi este de 1200 l 4t-oh 92 %Jzi.Productia anuala va fi)

PN1200 ×360=432000 L eT −OH 92 JanN+32 m3

4t-/ 92%Jan

PsN PAns N

432

360=1,2m

3

4t-/ 92%Jsar&aN1200 l 4t-/ 92%Jsar&a

Bolumul de etanol pur pe sar&a va fi)

V Et −OH pur N1200 × 0,92N110+ l 4t-/ purJsar&aN1.10+ m3

4t-/ purJsar&a

ensitatea etanolului la 300

este p Et −OH 30C

NDG1 7J m3

:G.232;

>asa de etanol pur pe sar&a este)

Et −OH pur × p Et −OH 30

=1,104×781=862,224 kg Et −OH ¿

m¿ pur Jsar&a

39


40/94

peratia de rafinare se desfasoara cu randamentul N90%ƞ

- Ha rafinare va intra) m Et NG2,22+'100

90 N9G,027

peratia de prelucrare chimica se desfasoara cu randament N100%ƞ

- Ha prelucrarea chimica va intra m Et N9G,027

peratia de distilare se desfasoara cu randament de N99,%ƞ

- Ha distilare va intra ) m Et N9G,02 '100

99,5 N92,G+0 7

peratia de separarea a dro&diilor se desfasoara cu randament N100%ƞ

- Ha separarea dro&diilor va intra ) m Et N92,G+0 7

@n fermentator obtinem o cantitate de etanol ) m Et N10+3,0G 7

alculul cantitatii de plamada fermentata pe sar&a.

oncentratia alcoolului in fermentator este de 10% vol.

Bolumul de etanol obtinut la fermentator este)

V Et −OH =

m Et −OH

p Et −OH 30 N

962,840

781=1,23282m

3

4t-/ N 1232,G2 4t-/

10 14t-/[[[[[[[[100 1 plam. Aerm.

1232,G2 4t-/[[[[[[' 1 plam. Aerm.

VN V pf N1232,82 x100

10=12328,2 l plamada fermentata N 12,32G2 m

3

plamada

fermentata

ensitatea plamezii fermentate este de) p pl N1007J m3

>asa de plamada fermentata)

m pf =V pf x p pl=¿ 12,32G2 ' 100 N 129++,1 7 plamada fermentata

alculul cantitatii de zaharoza pe sar&a

+0


41/94

in stoiochiometria procesului determinam cantiatea de zaharoza necesara pentru a obtine129++,1 7 alcool etilic pur)

C 12

H 22

O11

→4 x C 2 H

5OH +4C O

2

3+27Jmol[[[[[[+'+7Jmol

V 7[[[[[[[[[[[92,G+0

VN962,840 x 342

4 x 46=1789,62 7 zaharoza la un randament de 100%

Landamentul de transformare a zaharozei in alcool etilic este de 9%,deci cantitatea de

zaharoza necesara procesului va fim a!=

1789,62 x100

96=1864,18 kg a! ar"a laun ran#ament #e 96

alculul cantitatii de melasa pe sar&a)

>elasa contine 0% zaharoza → mmel=100

50 x1864,18=3728,36

alculul cantitatii de apa si nezahar din melasa pe sar&a)

Pe lana zahar melasa mai contine 20% apa si 30% nezahar ,astfel )

1007 melasa[[[[[[.207 apa[[[[[30 7 nezahar

3D2G,3 7 melasa[[[8 7 apa [[[[.. z 7 nezahar

mapa=3728,36 x 20

100=745,672 7 apa

mapa=3728,36 x 30

100 =1118,508kg nea ! ar

alculul cantitatii de acid sulfuric,sulfat de amoniu si superfosfat de calciu necesar pentru sar&a)

+1


42/94

Ha 1000 7 melasa se adaua) 2 l 7

PO4¿3

$H 4¿2

SO4

s%2kgCa3¿

H 2

S O498 & 2kg¿

8,496

'a( sulf 9820

=1830kg /m3¿ ;

Ha 3D2G,3 7 melasa vom avea)

2l 7 ac sulf 9G%.................10007 melasa

V 7 ac sulf 9G%.............3D2G,3 7 melasa

m H 2 S O 4=3728,36 x 2 x 10

−3

1000×1830=13,654 kg H

2SO

4 9G%

antitati de superfosfat de a si sulfat de amoniu necesare sunt eale.

2 7 sulfat de calciu[[[[1000 7 melasa

V 7 sulfat de calciu [[[..3D2G,3 7 melasa

msuper=¿ ' N3728,36 x 2

1000=7,456 kg sulfat #e (al(%u

27 sulfat de amoniu [[[[..1000 7 melasa

V 7 sulfat de amoniu[[[[[3D2G,3 7 melasa

msuper=¿ ' N3728,36 x 2

1000=7,456 kgsulfat #eam"n%u

alculul cantitatii de bio'id de carbon pe sar&a)

onform stoiochiometriei)

C 12 H 22O11→4C 2 H 5OH +4C O2

Ha + mol de etalon obtiut avem + mol de bio'id de carbon. stfel )

+ ' + 7 etanol [[[[[+ ' ++ 7 bio'id de carbon

92,G+0 7 etanol [[[..' 7 etanol

+2


43/94

VN962,840 x 4 x 44

4 x 46=920,977 kg)%"x%# #e(ar)"n

alculul masei cuibului de dro&die necesar la o sar&a)

Ha 100 7 melasa se introduce 7 cuib de dro&die. uibul de dro&dii se va adaua la &umatatedin cantitatea de melasa . stfel)

7 cuib [[[[.100 7 melasa

V 7 cuib [[[[ 3D2G,3 7 melasa

VN3728,36 x 6

2 x 100=111,85kg (u%) #e#r"j#%e

alculul cantitatii de apa la o sar&a)antitatea de apa se va calcula cu relatia)

mapa=m pf +m)%"x%#−ma(%#fulg98−msulf * am−msuper−m(u%)−mmel

mapa=12944,61+920,977−13,645−2 x 7,456−111,85−3728,36=9996,926 kgapa

alculul cantitati de melasa neprefermentata pe sar&a)

mmel*nepr

=

(m

pf

+m)%"x%#

−m(u%))

x 0,5

mmel*npr= (12944,61+920,977−111,85 ) x0,5=6876,86 kg melasa neprefermentata

Ha fermentare vom avea cantitati de materii intrate si iesite dupa cum urmeaza)

T#elul 9$ ,ateriale intrate si iesite din fermentator

Materiale intrate,kg/sar"a Materiale iesite kg/sar"a

Melasa $%&',$( )aza lichida

*cSulfuric +' -$,(. 0tanol +(&,'.1

Sulfat de amoniu %,.( 2iomasa --+'-,%%

)osfat de calciu %,.( TT*3 -&+..,(-

*pa +++(,+&( )aza gazoasa

+3


44/94

Cui! de dro"dii ---4' 2ioxid de car!on +&1,+%%

TT*3 -$'(,(+$ TT*3 -$'(,(+.

2$4$. Con&umuri &'eci"ice+

onsumurile specific se calculeaza cu relatia)

C s= mm Et &kgmater%e pr%makg etan"l& unde)

m ? cantitatea de materie prima folosita in proces calculata pe baza bilantului de material

m Et −¿ cantitatea de etanol N 93+,0D

onform relatiei de mai sus si pe baza bilantului de materiale se obtin urmatoarele consumurispecific)

C melasa=mmelasa

m Et =3728,36934,076

=3,991 kgmelasa J 7 etanol

C apa=mapa

m Et =9996,926

934,076=10,702kg apa J 7 etanol

C a(* sulf =ma(* sulf

m Et =

13,645

934,076=0,0146 kga( * sulf 98 J 7 etanol

C sulf * am=msulf *am

m Et =

7,456

934,076=0,00798 kg sulf *am J 7 etanol

C super=msuper

m Et =

7,456

934,076=0,00798 kg f"sfat #e (al(%u J 7 etanol

++


45/94

T#el :$ Consumuri specifice

Su!stant

a

Melasa *pa *c4Sulfuri

c

Sulfat de

amoniu

)osfat de calciu

C s

#?+:?+

etano&

3,1 10,702 0,014" 0,0078 0,0078

\N \1]\2]\3]\+

\N100×99,5×100×90

100=0,895

\NG9, %

CAPITOLUL 3

Dimen&ionre util7elor

+


46/94

3$ Dimen&ionre util7 !e "ermentre

3$1$ Alegere mterilului !e con&tructie

=tila&ul proiectat va fi utilizat pentru obtinerea alcoolului etilic din melasa.

>aterialele utilizate in constructia recipientelor sub presiune trebuie sa indeplineascaurmatoarele conditii)

• onditii tehnice) rezistenta mecanica, rezistenta la coroziune(• onditii tehnoloice) deformabiliatea, sudabilitatea(• onditii economice) materialul sa nu fie scump sau deficitar.

Lecipientele sub presiune sunt vase inchise in care se afla fluide la presiune mai mare decat presiunea atmosferica sau la vid, la diferite temperaturi.

riteriile care trebuiesc urmarite in vedearea aleerii materialului pentru constructia unui utila&chimic sunt)

• Etabilirea conditiilor de lucru pe toata perioada normal de functionare a utila&ului(• eterminarea principalelor proprietati ale mediului(• Etabilirea marcilor de otel ce pot satisface aceste proprietati, fara ca acestea sa prezinte

inconveniente.

>aterialul frecvent utilizat in constructia recipientelor sub presiune este tabla din otel laminat.Aunctie de compozitia sa chimica, tabla din otel poate fi) otel carbon, otel slab aliat si otel aliat.

Kabla din otel carbon si din otel aliat se utilizeaza frecvant pentru constructia recipientelor sub presiune care nu contin fluide to'ice, inflamabile, e'plosive sau care dezvolta corosiune fisurantasub sarcina.

Ha constructia reactoarelor chimice se poate utiliza fonta cu adaosuri de r, i, Ei sau >o. Aontaaliata cu Ei 1D% este rezistenta la acizi /2E+, /3P+ si sarurile lor, la deterenti, precum siin alte medii corosive. Aonta silicioasa cu >o 1+-1% Ei, +-G% >o, denumita si anticlor,seutilizeaza in cazul acidului clorhidric si a sarurilor acestuia, la temperaturi inalte 900-10000.Aonta cu i sau fonta monel contine 13-3% i si uneori 1,-% r, 0-G% Ei, prezinta o

rezistenta deosebita la temperaturi de pana la G00

.@n industria chimica se utilizeaza cu rezultate bune tablele placate. @n locul tablelor din otel aliatmasiv, se utilizeaza o combinatie intre un otel carbon sau slab aliat si un placa& de otelanticoroziv inalt aliat. Frosimea placa&ului trebuie sa fie apro'imativ 10% din rosimeamaterialului de baza. Kablele placate se pot obtine prin mai multe metode) laminare la cald sau larece, turnare, sudare sau e'plozie. Kehnoloiile de fabricare a tablelor placate urmaresc

+


47/94

imbinarea cat mai stransa a stratului de placare cu cel de baza, spre a evita formarea unui stratintermediar intre cele doua metale.

Placarea tablelor se poate face pe o fata sau pe ambele fete, cu material de aceeasi calitate sau decalitati diferite, in functie de proprietatile cerute. >aterialul pentru placare se distine prin

rezistenta la coroziune, la uzura, prin proprietatile electrice si tehnoloice ridicate.Eemifabricatul obtinut prin placare are caracteristici mecanice superioare elementelor componentsi in acelasi timp cost redus.

=n material este considerat bine ales, din punct de vedere al costului, daca se asiura prinutilizare o cat mai deplina folosire a caracteristicilor mecanice si a proprietatilor materialului, lao proiectare &udicioasa. 4ste indicat sa se aleaa materialul care asiura siuranta in e'ploatare laun pret de cost minim.

leerea economica a materialului este influentata si de tehnoloia de fabricatie. stfel, daca un

material ieftin a&une la forma finite printr-o tehnoloie de fabricatie foarte costisitoare, trebuiereconsiderata optiunea si apreciat daca nu trebuie ales un material mai scum psi care permite o prelucrare mai ieftina, urmand ca in final sa se aleaa varianta mai economica.

=n alt aspect, de care trebuie tinut sema, este inlocuirea materialelor scumpe cu materiale maiieftine, dar cu proprietati de intrebuintare echivalente cu primele. stfel se analizeaza dacaotelurile inalt aliate pot fi inlocuite cu oteluri carbon sau slab aliate si prote&ate anticoroziv. @nunele cazuri, otelurile inalt aliate pot fi inlocuite cu oteluri slab aliate, dar tratate termic saumechanic. leerea corecta, din punct de vedere tehnico-economic, a unui material presupunealeerea celui mai ieftin material care corespunde conditiilor impuse si care poate fi adus sub

forma finita prin cea mai simpla si economica tehnoloie.:12,3;

PRO8LEME DE CORO)IUE I PROTECTI E ATICORO)IA

oroziunea reprezinta fenomenul deradarii sau distruerii corpurilor solide metalice saunemetalice sub actiunea chimica sau electrochimica a mediului incon&urator.

Pentru a putea caracteriza comportarea unui material oarecare fata de mediul inco&urator estenecesar sa se cunoasca cat mai e'act conditiile in care are loc interactiunea, cum ar fi )compozitia chimica a mediului aresiv, concentratia in aent aresiv, temperatura precum si alti

factori ocazionali sau permanenti.

upa natura reactiilor eteroene chimice sau electrochimice, fenomenele de coroziune se potclasifica in coroziune chimica si electrochimica.

+D


48/94

%oroziunea cimica este provocata de actiunea chimica a mediilor azoase sau lichideneconducatoare de curent.

%oroziunea electrocimica apare in urma interactiunii materialului cu mediile aresive deelectroloti. aracteristica sa principala o constituie e'istenta unui current electric care ia nastereefectiv in timpul procesului de coroziune.

in punc de vedere practice este important a caracteriza procesul de coroziune nu numai calitativci si cantitativ, adica cunoasterea naturii atacului aresiv si distributia acestuia pe suprafatametalului. in acest punc de vedere coroziunea este continua si discontinua sau locala.

%oroziunea continua poate fi uniforma sau neuniforma.

%oroziunea discontinua sau locala reprezinta o concentrare a atacului pe anumite zone ale

suprafetei metalice.

upa radul de concentrare a atacului se pot deosebi mai multe tipuri de coroziune) in pete, plaisi puncte.

upa caracterul distruerii in raport cu structura sa, se cunosc) coroziune intercristalina,transcristalina si in cazul alia&elor cu mai multe faze coroziune selectiva.

@n industria chimica se intalnesc toate tipurile de coroziune si in special coroziunea in puncte,intercristalina si selectiva. e asemenea se cunosc coroziunea in acizi, alcalii, in atmosfera, insol, etc. @n practica se intalnesc si tipuri speciale de coroziune cand alaturi de aentularesiv

concur la distruerea metalului si alti factori) tensiunile inerne sau e'terne, microoranism, etc.

atorita paubelor provocate de coroziune aceasta a devenit nu numai o problema tehnica, dar sio problema cu character economic si de aceea evitarea coroziunii se incepe inca din etapa deelaborare a documentatiei de proiectare.

Proiectantului ii revine sarcina de a include in documentatie datele privind aresivitatea corosivaa mediului in care se prevede e'ploatarea utila&ului, de a allee materialele sau acoperirilecorespunzatoare impotriva coroziunii. eoarece nu e'ista reuli concrete care sa permitaaleerea anticipata a materialului corespunzator, decizia de aleere trebuie luata pe baza

cunoasterii proprietatilor corrosive ale mediului, a actiunii reciproce dintre material si mediu, precum si alti factori suplimentari, ca) vibratii, viteza de circulatie a fluidelor, continutul deo'ien, hidroen, aer, apa, temperatura, instabilitatea structural, etc. cestea se stabilesc pe bazadatelor e'perimentale.

+G


49/94

atele e'perimentale trebuie sa furnizeze informatii referitoare la)

• >ateriale rezistente la actiunea corosiva caracteristica mediului din reactor(•

@nformatii referitoare la coroziunea provocata de toate concentratiile mediului corosiv inapa(• @nformatii asupra aresivitatii mediului e'tinse pe o ama de temperature(• ate referitoare la actiunea corosiva a mediului peste punctual de fierbere la presiune

atmosferica(• @nformatii referitoare la alte efecte ca) aerarea, continutul si natura impuriotatilor, viteza

de deplasare a fluidului, nivelul efortului unitar din peretele reactorului(• 4lemente leate de starea suprafetei materialului inainte de venirea in contact cu mediul

corosiv(• Etructura interna a materialului care ar da cea mai buna rezistenta la coroziune.

telurile ino'idabile aliate, utilizate pentru constructia aparatelor chimice se comporta variat ladiferite temperaturi si concentratii ale mediilor. Ha temperaturi ridiacte se folosesc otelurirefractare.

Protectia impotriva coroziunii reprezinta totalitatea masurilor care se iau pentru a feri materialelede constructive , instalatiile metalice de actiunea aresiva a mediilor lichide sau azoase. Ee poate aprecia ca economica o protective anticoroziva daca) asiura in timpul e'ploatarii ointretinere usoara, nu impiedica desfasurarea normal a procesului tehnoloic, nu reactioneazacu mediile date, aranteaza calitatea produsului.

3$2$ Determinre !imen&iunilor geometrice

3$2$1$ Clculul !imetrului #iorectorului

u ; 13


50/94

+−¿ coefcient de umplere care are valorile)

• 0,D - 0,G pentru lichide care nu spumeaza(• 0,+ - 0, pentru lichidele care spumeaza.

+=0,7

V =13,4618

0,7=19,2311 m3

iametrul reactorului tip autoclava se calculeaza din volumul acestuia considerat, intr-o primaapro'imare, ca un cilindru)

V =, -

2

4 H

Ee admite raportul /J intre 1 si 2, iar cu ecuatia de mai sus se calculeaza diametrul interior.

H

-=3

/N 3I

-=3

√4× V

3× , =

3

√4 ×19,2311

3× ,

N 2,013+ m N 2013 mm

Ee adopta conform EKE D;22== mm :12,D;

3$2$2$ Clculul inltimii #iorectorului

@naltimea reactorului se calculeaza cu relatia)

/N /vMhcMhf :12,D2;

hcNhf

hcNhMh1

0


51/94

h1N - e

4

"n care)/v ? inaltimea partii cilindrice a reactorului, m(

hc ? inaltimea capacului reactorului, m(

hf ? inaltimea fundului reactorului, m(

Ee admite rosimea peretelui . =10mm :12,D;

eN i M 2I .

eN2220 mm

h1N

2220

+ N mm

hN+0 mm

hcN +0M

hc; 5:5 mm

(igur 1=$ 9imensiunile capacelor fermentatorului

9o ? desfǎ*urata capacului(

h-"nl!imea pr!ii cilindrice(

: -rosimea peretului(

3$2$3$ Clculul inltimii irolei+

BNBvMBf MBc

1


52/94

Bf N Bc

Bf N 1,+3 m3

Bv N B- 2IBf

Bv N 19,2311- 2I 1, +3N 1, 1+1 m3

Bv N, × -%

2

4 Hv

/v N4 ×Vv

, × -%2 N

4×16,1451

, ×2,222

/vN +, 1D10+ m

/N /v M 2I /f

/ N +,1D10+M 2I 0,9

/N ,310+m

*; 53,1 mm

H

-=

5361

2,2=2,43

iametrul e'terior

. p=. +(1+(rl

. = ∆ p(

2× + × / at − p(

Pc-presiune de calcul

PcN atm N I 9,G1I10+N 0,GG >Pa

+=0,7

2


53/94

/ at

N/ (

t

((

/ at

N 20

cN 1,

/ at

N205

1,5=136,66 >Pa

. = 0,5886−2,2

2×0,7×136,66−0,5886=8,44×10

−3m

1- adaosul dat pierderilor de coroziune1N vIt

BN0,0 mmJan

tN 30 ani

. p=. +(1+(rl

. p=8,44+1,5+0,06=10

-e= -%+2× . =2220mm

3$2$4$ Dimen&ionre mntlei+

iametrul interior al mantalei se adopta din EKE la valoarea imediat superioara a

diametrului e'terior. Frosimea peretelui mantalei se determina dintr-un calcul de rezistentamecanica efectuat la presiunea interioara.

-ℑ=2400#%n stas

-ℑ= -(+2×. pm

3


54/94

. pm=. +(1+(rl

. m= p( × -ℑ

2× + × / at − p(

p(=0,5886 0Pa

+=0,7

/ at =

/ (t

((=255

1,5=170 0Pa

. m= 0,5886

×2,4

2×0,7×170−0,5886

. m=5,95×10−3

m

((=v ×t =0,05×30

((=1,5mm

. m=5,95+1,5+2,55=10mm

. m=10mm

-em=2420mm

3$2$5$ Clculul inltimii mntlei+

@naltimea mantalei se calculeaza in functie de inaltimea lichidului din reactor. Partea superioara a

mantalei este dispusa sub nivelul lichidului din aparat cu o valoare 8N2 1 0 mm.

H m= H l(− 2+! f + x

+


55/94

@n care)

/lc- inaltimea lichidului din partea cilindrica a aparatului, m

hc- inaltimea fundului reactorului, m

'- distant dintre reactor si manata, m

@naltimea lichidului din partea cilindrica a reactorului se obtine din volumul masei de reactivefolosind relatia)

V l(=V u−V f

@n care)

Blc- volumul de lichid din partea cilindrica a reactorului, m3

Bu- volumul util, respective volumul masei de reactive, m3

Bf ? volumul de lichid aflat in fundul reactorului, m3

8N 0,0 m

'N -

ℑ− -e

2 N2400−2220

2 N90 mm

hf N 0,+ m

V u=V l(+V f →V l(=V u−V f =13,4618−1,543

V l(=11,9188m3

V l(=, - %

2

4 H lv

H lv=4V l(

, - %2=

4×11,9188

, ×2,22

H lv=3,135m


56/94

/mN 3,13- 0,0M0,+M0,09

*m; 3


57/94

interioara este cel mai folosit. >antaua ocupa G0-90 % din inaltimea partii cilindrice a aparatuluisi tot capacul inferior.

>antaua poate fi fi'a sau demontabila.

>antaua fi'a se prinde prin sudura de virola cilindrica si este caracteristica racordarea la +

0

aacesteia cu corpul cilindric, iar la partea inferioara, pentru amplasarea racordului de evacuare, seface dea&area la 900 cu bordura mantalei, sau se sudeaza de racordul de evacuare.

>antaua demontabila se fi'eaza cu a&utorul flanselor de virola cilindrica a aparatului. Eefoloseste manta demontabila atunci cand se lucreaza la temperatura inalta sau atunci candaparatul este supus coroziunii si este necesara o verificare periodica a suprafetei.

entii termici circula prin spatial dintre manta si reactor , iar inaltimea mantalei trebuie sa fiemai mica decat a lichidului din aparat in stare de repaus. burul de incalzire se introduce prinracordul superior pentru a elimina condensul, iar aentul termic lichid se introduce prin racordul

inferior, pentru a asiura umplerea mantalei cu lichid. Presiunea aentului termic din manta nutrebuie sa depaseasca G-10 atmosfere.

in dimensionarea eometrica a reactorului rezulta suprafata reala de transfer de caldura,respective suprafata aparatului acoperita cu manta. in dimensionarea termica se calculeazasuprafata de transfer de caldura necesara pentru mentinerea reimului termic in reactor, numita suprafata calculata.

onditia care trebuie indeplinita este ca suprafata reala de transfer de caldura sa fie mai maredecat suprafata calculata. aca suprafata de transfer termic oferita de manta este mai mica decat

suprafata calculate atunci se introduce in reactor elemente pentru transferul de caldura, sub formade serpentine.

Eerpentinele pot fi asezate vertical in apropierea peretelui sau sunt dispuse concentric.

Pentru calculul suprafetei de transfer de caldura se foloseste ecuatia enerala a transferuluitermic)

^N Q @@Km

@n care)

^ - flu'ul de caldura schimbat intre aentul termic si amestecul de reactive din reactor, 6

D


58/94

Q - coeficientul lobal de transfer de caldura, 6Jm2@Q

? suprafata de transfer de caldura, m2

Km ? potentialul termic sub care se realizeaza transferul de caldura, Q

3$4$ 8ilnt termic

3$4$1$ 8ilntul termic 'entru "ermenttie

Ecopul bilantului termic este determinarea caldurii schimbate intre fluide si debitul de aenttermic.

^1M^2M^3M^+M^M^ N ^DM^GM^9M10M^11M^12M^13

^1 ? caldura enerata de reactia biochimica

^2 ? aportul termic al aentului termic

^3 ? caldura enerata d

Obtinerea Alcoolului Etilic Din Melasa Final

Documents

Transcript of Obtinerea Alcoolului Etilic Din Melasa Final