Fabricarea alcoolului etilic din porumb.doc

FABRICAREA ALCOOLULUI ETILIC DIN PORUMB

CUPRINS 1. Introducere…………………………………………………………………………………..4 1.1. Generalităţi……………………………………………………………………......4 1.2. Scurt istoric………………………………………………………………………..4 1.3. Necesitatea economico-socială……………………………………………………5 economico-socială……………………………………………………5 1.4. Impactul ecologic………………………………………………………………….5 1.5. Consumul de alcool………………………………………………………………..6 1.6. Materii folosite pentru fabricarea alcoolului………………………………………6 1.6.1. Materii prime…………………………………………………………….6 1.6.2. Materii auxiliare…………………………………………………………8 1.7. Porumbul………………………………………………………………………..... Porumbul………………………………………………………………………......8 .8 1.7.1. Scurt istoric........................................ istoric............................................................... .............................................. ................................9 .........9 1.7.2. Compoziţia porumbului................................... porumbului.......................................................... ........................................10 .................10 1.7.3. Cultivarea şi consumul de porumb.................................. porumb......................................................... ........................11 .11 2. Alegerea soluţiei propuse de proiectare............................... proiectare...................................................... .............................................. ..........................12 ...12 3. Tehnologia fabricării etanolului din porumb................................. porumb........................................................ .......................................13 ................13 3.1. Schema bloc a tehnologiei de fabricare a spirtului din porumb.............................13 porumb.............................13 3.2. Recepţia materiei prime………………………………………………………….14 3.3. Depozitarea porumbului………………………………………………………….14 3.4. Pregătirea materiei prime………………………………………………………...14 3.5. Mărunţirea materiei prime………………………………………………………..17 3.6. Fierberea materiei prime…………………………………………………………18 3.7. Lichefirea-dextrinizarea plămezii fluidificate (gelatinizare)……………………..20 ( gelatinizare)……………………..20 3.8. Zaharificarea…………………………………………………………………….. Zaharificarea……………………………………………………………………...20 .20 3.9. Prepararea drojdilor de cultură…………………………………………………...22 3.10. Fermentarea plămezilor…………………………………………………………24 3.11. Distilarea plămezii fermentate………………………………………………….27 f ermentate………………………………………………….27 3.12. Rafinarea alcoolului brut........................................... brut.................................................................. ...........................................30 ....................30 4. Analiza economică a fabricării spirtului din porumb................................. porumb........................................................ ...........................32 ....32 4.1. Parametrii iniţiali........................................ iniţiali............................................................... .............................................. .....................................32 ..............32 4.2. Bilanţul de materiale............................... materiale...................................................... .............................................. ........................................32 .................32 4.3. Bilanţul termic...................................... termic............................................................. .............................................. ...........................................36 ....................36 2

4.3.1. Bilanţul termic pentru faza de fluidizare..................................... fluidizare.................................................36 ............36 4.3.2. Bilanţul termic pentru faza f aza de răcire la 55˚C.......................................... 55˚C..........................................37 37 4.3.3. Bilanţul termic pentru faza f aza de răcire la 30˚C.......................................... 30˚C..........................................38 38 4.3.4. Bilanţul termic pentru etapa de răcire la 20˚C........................................38 20˚C........................................38 4.3.5. Bilanţul termic pentru faza de distilare..................................... distilare...................................................39 ..............39 4.3.6. Bilanţul termic pentru faza de rafinare..................................... rafinare....................................................40 ...............40 5. Concluzii.............................. Concluzii..................................................... .............................................. .............................................. .............................................. ............................43 .....43 6. Bibliografie................................ Bibliografie....................................................... .............................................. .............................................. .............................................4 ......................444

3

1. INTRODUCERE 1.1. Generali eneralităţ tăţii Alcoolul etilic sau spirtul se prezintă ca un lichid incolor, limpede, complet volatil, cu miros pătrunzător şi gust arzător. Este inflamabil şi arde fără fum, cu o flacără albăstruie. Este miscibil cu apa cu orice proporţie, cu degajare de căldură şi contracţie de volum. De asemenea, asemenea, este miscibil cu acetonă, cloroform, eter, glicerină şi ulei de ricin. Industria spirtului se bazează în principal pe activitatea fermentativă a drojdiilor, care transformă zahărurile fermentescibile din substrat în alcool etilic ca produs principal de fermentaţie şi respectiv în biomasă. Industria spirtului ocupă un loc important în rândul industriilor prelucrătoare de materii materii prime agricole. agricole. Spirtul se poate obţine pe cale fermentativă fermentativă sau pe cale sintetică. sintetică. Prima metodă este cea mai frecvent folosită şi utilizează ca materii prime: cereale (îndeosebi  porumbul), cartofii, melasa, sfecla de zahăr, trestia de zahăr, etc. Alcoolul obţinut pe cale sintetică (în principal din etilenă sau alte gaze naturale) este întrebuinţat numai în scopuri tehnice (cauciuc sintetic, vopsele, lacuri, ş.a.).

1.2. Scurt istoric Etanolul poate fi considerat unul din cele mai vechi alimente cunoscute omului. Berea fermentată se consuma în Babilon, iar vinul a fost produs încă din anul 3000. î.e.n. Procesul de distilare îşi are originile prin secolul X–XIV. În acestă vreme s-a descoperit şi efectul “spiritual” al alcoolului de unde i s-a dat şi numele spiritus. Primele distilerii au avut ca scop obţinerea alcoolului pentru scopuri medicinale. Până în secolul XVII s-a considerat că fermentaţia alcoolică este un proces rezidual, în care drojdia rezultată era aruncată. Natura fermentaţiei a fost clarificată în secolul 19. odată cu descoperirea microscopului, microscopului, când s-a dovedit că celulele de drojdie sunt organisme vii. Totuşi a durat 150 de ani până când s-a recunoscut că organismele vii sunt responsabile pentru  procesul de fermentaţie. fermentaţie. În secolul 19. au apărut două teorii menite să explice obţinerea etanolului. Una dintre ele este teoria “vitală” promovată de Louis Pasteur (1822-1895), conform căreia organismele vii sunt responsabile pentru transformarea zahărurilor în alcool. A doua teorie este cea “mecanică” elaborată de Justus Freiherr Von Liebig (1803-1873) şi Friedrich Wöhler (18001882). O dovadă menită să susţină teoria “mecanică”, prin care un proces fizico-chimic conduce la conversia zahărului în etanol a venit de la Edward Buchner (1860-1917), care a 4

demonstrat că fermentaţia alcoolică este realizată de o substanţă din plămadă, nu de celula de drojdie în sine. Această substanţă a fost mai târziu identificată ca fiind o enzimă. La ora actuală se cunoaşte că, în final, enzimele sunt responsabile pentru transformarea complexă a glucidelor în etanol.

1.3. Necesitatea economico-socială Alcool Alcoolul ul se folose foloseşte şte în scopur scopurii indust industria riale, le, drept drept combu combusti stibil bil,, dar în indust industria ria alimentară la prepararea băuturilor. El reprezintă materia pentru prepararea unor produse ca: eter etilic, esterii etilici ai acizilor formici, butirici, lactici, ftalici; la fabricarea esenţelor cu aromă aromă de fructe fructe,, precum precum şi în indust industria ria parfum parfumeri erilor lor.. La apele apele de toalet toaletaa şi săpun săpunuri urile le transparente, dar şi la foarte multe cosmetice se utilizează mari cantităţi de alcool; o foarte mare importanţă o are alcoolul şi în industria farmaceutică. Este folosit şi la fabricarea de insecticide în industria celulozei, a explozivilor, a lacurilor, a cloroformului, a iodoformului şi a cauciucului sintetic. Alcoolul etilic se mai foloseşte la fabricarea alcoolului sanitar. Din cozile de la rafinare se prepară alcoolul denaturant. Alcoolul de calitate a II.-a esteutilizat la fabricarea lichidului antigel, care împiedică apa din radiatoarele maşinilor să îngheţe. O largă utilizare o are alcoolul etilic în băuturile industriei alimentare, a rachiurilor, lichioruri, vinuri lichioroase etc. Subprodusele rezultate de la fabricarea alcoolului etilic: CO 2 cu utilizări diferite în industria alimentară la fabricarea băuturilor răcoritoare şi asomarea porcilor. Amestecul de alcool frunţi si cozi numit şi alcool tehnic este utilizat în industria lacurilor şi vopselelor şi la fabricarea alcoolului denaturat. Uleiul de fuzel este utilizat pentru determinarea grăsimilor din lapte şi la fabricarea de esteri. Deşeul rezultat este borhotul de cereale care este utilizat ca furaj pentru hrana animalelor. Spirtul absolut, la concentraţia de 99,8 volume se utilizează in ţările lipsite de zăcăminte petroliere, drept carburant, în amestec de 20-30% cu benzină căruia îi se măreşte totodată şi cifra octanică.

1.4. Impactul ecologic Fabricarea spirtului din cereale a constituit întotdeauna o problemă cu consecinţe ecologic ecologicee nefavorab nefavorabile. ile. Până la 1989. 1989. a existat existat o rezolvare rezolvare firească firească şi benefică benefică din toate  punctele de vedere prin aceea că borhotul a fost utilizat integral ca furaj pentru animale, ceea ce fapt şi era, fiind transformat astfel în carne şi lapte. Odată cu desfiinţarea masivă a marilor  complexe zootehnice această posibilitate a dispărut iar producătorii de spirt se confruntă cu mari probleme în raport cu legislaţia de mediu. 5

1.5. Consumul de alcool Conform OMS (Organizaţia Mondială a Sănătăţii), nivelul consumului de alcool a intrat în declin în ultimii 20 de ani în ţările dezvoltate, dar este în creştere în ţările în curs de dezvoltare, în special în regiunea Pacificului de vest (unde consumul anual de alcool pur, în rândul populaţiei adulte este de 5 - 9 l/cap de locuitor) şi în ţările fostei Uniuni Sovietice. Consumul de alcool este mult mai mic în ţările africane, în estul Mediteranei şi în Asia de Sud-Est. Conform datelor oficiale privind producţia sau vânzarea de alcool, nu se poate realiza o estimare corectă privind consumul de alcool, se apreciază că estimări mai precise ar  conduce la o mai bună înţelegere a asocierii dintre uz şi problemele induse de consum. Românii sunt campioni europeni la consumul de alcool, depăşind cu trei litri media europeană, se arată în cel mai recent studiu al Organizatiei Mondiale a Sănătăţii (WHO). Astfel, în România, media anuală a consumului de alcool este de peste 15 litri pe cap de locuitor, în timp ce în Uniunea Europeana (UE) este de doar 12 litri, conform raportului  publicat de OMS. Datele organizaţiei sănătăţii arată că, în ţara noastră, mai bine de doua milioane de  persoane consuma consuma alcool în exces, astfel ca 70% din cazurile de violenţă in familie şi aproape  jumătate din cazurile cazurile de crimă sunt cauzate cauzate de băutura băutura peste măsură. Peste 100.000 de persoane mor anual în lume din cauza alcoolului (alcoolismul fiind a  patra problemă de sănătate după bolile cardiovasculare, cardiovasculare, mentale şi cancer). cancer).

1.6. Materii folosite pentru fabricarea alcoolului 1.6.1. Materiile prime folosite la producerea alcoolului prin fermentaţie se pot clasifica astfel

: 1. Materii prime amidonoase - cereale: porumb, secară, grâu, orz, ovăz, orez, sorg etc. - cartofi - radăcini si tuberculi de plante tropicale: rădăcini de manioc, tuberculi de batate etc. 2. Materii prime zaharoase - sfecla si trestia de zahăr  - melasa din sfeclă şi trestie de zahăr  - struguri, fructe, tescovine dulci 3. Materii prime celulozice:

6

- deseuri din lemn de brad, molid, fag etc.; - lesii bisulfitice rezultate de la fabricarea celulozei; 4. Materii prime care conţin inulină si lichenină - tuberculi de topinambur; - rădăcini de cicoare; - muschi de Islanda Cele mai utilizate materii prime sunt cerealele, cartofii şi melasa. a) Cerealele

Sunt folosite pe scară largă pentru producţia de alcool etilic alimentar şi biocarburant, având în vedere suprafeţele mari cultivate şi producţia mare la hectar în condiţiile unei agriculturi performante şi folosirii unor soiuri productive, cu conţinut ridicat în amidon. Compoziţia chimică a cerealelor este relativ diferită, mai ales în ceea ce priveşte conţinutul de amidon, proteine, lipide şi fibră, fiind influenţată de soi, condiţiile pedoclimatice şi agrotehnica aplicată. Cerealele utilazate cel mai des în scopul fabricării alcoolului sunt: orz, grâu, secară,  porumb, sorg. Compoziţia chimică a unor cereale:

Comp Componentul

Orz

Grâu

Secară

Porumb

Sorg

APĂ PROTEINE GRĂSIME AMIDON FIBRĂ: -hemiceluloză -celuloză CENUSĂ

14 11,5 2,41 50,1

14 11,6-12,7 2,11-2,31 52,4-53,7

14 9,9 2,18 54,0

14 10,3 4,85 54,3-56,9

13,5 11,1 4,42 56,0

6,7 4,1 1,7

5,3-7,7 2,4-2,5 1,7

6,9 2,6 1,7

4,2 2,1 1,2

4,0 3,5 2,2

b) Cartofii

Cartofii constituie o materie primă deosebită pentru producţia de alcool, deoarece producţia exprimată în amidon este dublă faţă de cea a porumbului, reprezentând 3000-4000 kg amidon/ha faţă de porumb, la care se obţin 1500-2000 kg amidon/ha.

7

Compoziţia chimică chimică medie a tubercurilor de cartofi cartofi c) Melasa (de trestie şi de sfeclă) reprezintă um subpodus al industriei zahărului şi se

 prezintă ca un fluid vâscos, de culoare brun-închis până la negru, cu masa specifică 1,3-1,45 g/cm³, cu miros de cafea prăjită şi gust dulceag. Melasa are reacţie neutră sau uşor alcalină (pH=7-7,5).

1.6.2. Materiile auxiliare Materiile auxiliare folosite în industria alcoolului sunt reprezentate de: -preparatele enzimatice pentru lichefiere (dextrinizare), care pot fi: -preparate enzimatice de alfa-amilze termostabile -preparate emzimatice de alfa-amilaze normale -preparate enzimatice ajutătoare care se folosesc în două scopuri: -pentru mărirea concentraţiei de aminoacizi utilizaţi de drojdie de fermentare -pentru reducerea vâscozităţii plămezii -preparate emzimatice pentru zaharificarea plămezilor lichefiate-dextrinizate -substanţe antispumante -acidulanţi pentru pentru plămada din cereale şi cartofi sau melasă: acid surfiric -săruri nutritive: fosfat de amoniu mono şi dibazic -factori de creştere: vitamine din grupul B, acid pantotenic, biotină -substanţe antiseptice şi dezinfectante

Drojdii pentru fermentare Drojdiile pentru fermentarea plămezilor zaharificate aparţin genului Saccharomyces cerevisiae şi Saccharomyces bayanus. Se poate utiliza drojdie lichidă pregătită în fabrică, drojdie uscată şi drojdie comprimată.

1.7. Porumbul Componentul

APĂ Substanţă uscată, din care: -GLUCIDE -PROTIDE -LIPIDE -CENUŞĂ

Valori medii (% faţă de produsul ca atare)

77,5 22,5 19,4 2,0 0,1 1,0 8

Limite de variaţie

63-86 13-36 13-30 0,7-4,6 0,02-0,96 0,4-1,9

După conţinutul de amidon şi randamentul în alcool, porumbul este materia primă cea mai valoroasă pentru fabricarea alcoolului. Porumbul reprezintă o cereală de bază folosită în economia ţării noastre atât în alimentaţie, furajare cât şi în industrie. Există multe specii de porumb care se deosebesc între ele după forma şi culoarea  bobului cât şi după după aspectul endospermului: endospermului: sticlos sau fainos. Pentru fabricarea spirtului se preferă porumbul cu boabe făinoase, mai ales specia Dentiformis (Figura1.7.1.), care se caracterizează printr-un conţinut ridicat în amidon şi mai scăzut în substante proteice. Conţinutul în amidon al porumbului reprezintă circa 70% din sunbstanţa uscată a bobului. Alături de amidon se găsesc şi cantităţi mai reduse de zahăruri simple, dextrine si pentozani.

 Figura 1.7.1. Zea mays dentiformis dentiformis

Dintre soiurile industriale de porumb cele mai răspandite sunt: -Zea mays dentiformis (porumbul dinte de cal); -Zea mays amilaceae (porumbul amidonos); Porumbul folosit în industria spirtului trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: -să aibă un conţinut mare de hidraţi de carbon, în special de amidon; -să conţină o cantitate redusă de substanţe proteice; -bobul să fie moale şi cu coajă cât mai subţire; -să fie ajuns la maturitate; -să aibă un conţinut redus de umiditate.

1.7.1 Scurt istoric

Se apreciază ca porumbul a fost cultivat cam cu 4400-5000 de ani înainte de era noas noastră tră,, repr reprez ezen entâ tând nd una una dint dintre re plan plante tele le domi domina nant ntee în cadr cadrul ul mai mai mult multor or civi civiliz lizaţ aţiiii  precolumbiene,  precolumbiene, respectiv incaşă, mayaşă sau aztecă, cu precădere în Mexic. Primii europeni care au văzut porumbul 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 9

apoi a fost luat de turci şi răspândit în bazinul Mediteranei, sud-estul Europei şi Asia Mică. Aşa se explică de ce mulţi europeni l-au numit “grâu turcesc”, în timp ce americanii i-au zis “grâu indian”. În ţara noastră, porumbul a fost menţionat în Muntenia sub domnia lui Şerban Cantacuzino (1693-1695).

1.7.2. Compoziţia porumbului După R. J. MARTIN si colab. (1970), boabele conţin în medie: apă 13,5%, proteine 10,0%, glucide 70,7% (din care amidon 61,0%), grăsimi 4,0%, săruri minerale 1,4%, substanţe organice acide 0,4%. Amidonul este format din amilopectine (72 - 77%) şi amiloză (21 - 28%). Repartizarea amidonului pe componentele bobului reliefeaza ca 98% se depune pune în endo ndospe sperm, rm, 1,3% ,3% în embrion şi 0,7% in pericarp. Proteinele, în proporţie de 15 - 18%, conţin 45% prolamine (predominantă fiind zeina), 35% glutenine si 20% globuline. Din totalul proteinelor, 73,1% se acumulează în endosperm, 23,0% în embrion şi 2,2% în pericarp. Fertilizarea raţională influenţează conţinutul în aminoacizi. Astfel, îngrăşămintele cu azot ridică conţinutul de triptofan, iar cele cu azot şi fosfor duc la o creştere a conţinutului în lizină. (JEGES si colab., 1970). Boabele conţin vitaminele B1, B2 si E si PP în proporţie mai mare, provitamina A (la varietatile cu boabe galbene), vitamina C lipseste. Compoziţia chimică este mult influenţată de hibrid (soi), condiţiile de vegetaţie şi tehnologia aplicată.

10

1.2.3 Cultivarea şi consumul de porumb la nivel global a) Cultivarea porumbului în anul 2007 la nivel global Ţara

Producţie (tone)

SUA China Brazilia Mexic Argentina India Franţa Indonezia Canada Italia

332 092 180 151 970 000 51 589 721 22 500 000 21 755 364 16 780 000 13 107 000 12 381 561 10 554 500 9 891 362

Total în lume:

784 786 580

b) Cantitata de porumb consumat pe persoană

 ██ ˃ 100 kg/an ██  50-99 kg/an ██  19-49 kg/an

11

██  6-18 kg/an ██ ˃5 kg/an

2. ALEGEREA SOLUŢIEI PROPUSE PENTRU PROIECTARE Am ales această temă, pentru că m-a interesat foarte mult tehnologia fabricării alcoolului. Mi-am dat seama că porumbul reprezintă o cereală de bază folosită în economia ţării noastre şi este o materie primă valoroasă pentru fabricarea alcoolului etilic. De aceea am dat proiectului titlul: ”Fabricarea alcoolului etilic din porumb”.

 Figura 2.1. Cultivarea porumbului poru mbului în România

În ţara noastră porumbul este o plantă des cultivată şi are un conţinut ridicat de amidon (70%). Din această cauză din porumb se poate obţine o cantitate mare de alcool. Din  păcate în România alcoolul etilic se produce mai ales în scopul fabricării băuturilor alcoolice. Român Româniiii sunt sunt campi campioni oniii europe europeni ni la consu consumu mull de alcool alcool,, depăşi depăşind nd cu trei trei litri litri media media europeană (conform datelor OMS).

12

 Necesitatea alcoolului în România este ridicat, pentru că se consumă o cantitate mare de băuturi alcoolice dar alcoolul etilic are o mare importanţă în industria farmaceutică, se folo folose seşt ştee pent pentru ru fabr fabric icar area ea inse insect ctic icid idel elor or,, mate materia riale lelo lorr expl exploz oziv ive, e, a lacu lacuri rilo lor, r, a cloroformului, a iodoformului, a cauciucului sintetic. Se foloseşte o cantitate ridicată de alcool etilic în industria de parfume parfume şi în cosmetică. În ţara noastră sunt nişte fabrici de producerea alcoolului etilic din porumb, dintre care cea mai cunoscută cunoscută este Fabrica de alcool Pet&Ady din Bistriţa. Firma are ca ca obiect principal de activitate producţia de alcool etilic de fermentaţie din cereale. Instalaţia de producţie a intrat în funcţiune din ianuarie 2005, având o capacitate de producţie actuală de 3.200 litri alcool anhidru/24h, corespunzători corespunzători unei producţii de 96.000 litri/lună.

3. TEHNOLOGIA FABRICĂRII ETANOLULUI DIN PORUMB 3.1. Schema bloc a tehnologiei de fabricare a spirtului din porumb

13

ENZIME DE LICHEFIERE

APĂ

PREPARAREA CULTURII PURE DE DROJDIE ÎN LABORATOR 

PORUMB RECEPŢIE

PREPARAREA DROJDIILOR DE ÎNSĂMÂNŢARE

DEPOZITARE TRANSPORT, CURĂŢIREA PORUMBULUI MĂRUNŢIRE FIERBERE ŞI RĂCIRE LICHEFIRE (DEXTRINIZARE) ZAHARIFICARE RĂCIRE LA 30°C ÎNSĂMÂNŢARE FERMENTARE DISTILARE ALCOOL BRUT

RAFINARE ALCOOL RAFINAT ULEI DE FUZEL

ÎMBUTELIERE, DEPOZITARE

3.2. 3.2. Recep ecepţi ţiaa mate materi riil ilor or pri prim me Recepţia porumbului se face cantitativ şi calitativ.

14

SPIRT TEHNIC

BORHOT DE PORUMB

Recepţia cantitativă se face prin cântărire şi permite verificarea greutăţi iînscrise în actul de transport. Totodată se asigură şi integritatea gestiunii, precum şi o corectă urmărire a consumului specific.Recepţia calitativă are în vedere alimentarea secţiei de fabricaţie cu materie primă de calitate corespunzătoare. Recepţ Recepţia ia calita calitativ tivăă constă constă în deter determin minare areaa princi principa palel lelor or caract caracteri eristi stici ci de calita calitate te ale materiei prime: -umiditate; -conţinut de corpuri străine ; -conţinut de amidon. Indicatorii de calitate ai cerealelor au o mare importanţă asupra modului de desfăşurare a  procesului tehnologic, tehnologic, precum şi a calităţii produsului finit. 3.3.

Depozitarea

Depozitarea porumbului este o operaţie costisitoare, deoarece implică imobilizarea de spaţii, de mijloace circulante, consumuri de utilităţi şi forţă de muncă. În timpul depozitării au loc pierderi masice şi de amidon, care sunt cu atât mai mari cu cât este mai mare umiditatea materiei prime şi temperatura de păstrare. Depozitarea porumbului se poate face în magazii cu capacitate de 1500-5000t şi în silozuri, cel mai adesea metalice, cu diametrul de 6,5m şi înălţime de 26 m, cu capacitate de 690 t/celulă. Pierderi obţinute la depozitarea porumbului: Umiditatea boabelor(%)

15 °C

Pierderi, g/1000 kg, în 30 zile 25°C

16 20 24

1399 2915 5464

2489 4812 8218

35°C

1271 3535 6803

3.4. 3.4. Preg Pregăt ătir irea ea mate materi riil ilor or prim primee Pregătirea porumbului destinat fabricării alcoolului etilic constă în precurăţire în vedera îndepărtării impurităţilor mari sau mai mici decât seminţele de porumb (paie, pământ, fragmente de spic, nisip, pietre, bucăţi de lemn, impurităţi metalice etc). Precurăţirea se face cu tarare-aspiratoare (figura3.4.1.). Curăţirea finală se face cu ajutorul trioarelor (cilindrice, simple-lente, rapide sau ultratrioare(figura 3.4.2.), combinate cu discuri. Impurităţile metalice

15

(cuie, şuruburi, sârme) se îndepărteză cu separatoare magnetice (figura 3.4.3.) după ce s-a realizat precurăţirea. Tararul: este o sită multietajată, prevăzută cu un sistem de separare a particulelor uşoare din masa de porumb.

 Figura 3.4.1. Tararul 

Funcţionarea: Instalaţia se alimentează prin gura 1, de unde masa de porumb ajunge în zona clapetei de reglare 2, unde datorită aspiraţiei sunt separate aproximativ 75% din impurităţile mici şi uşoare (praf, pleavă, etc.), impurităţi care se sedimentează în camera 7. Restul  produsului este cernut pe trei site consecutive cu orificii descrescătoare descrescătoare unde se separă ca refuz de sită impurităţile foarte mari (frunze, paie, etc.) la sita 1, impurităţile mari/mijlocii la sita 2, produsul de bază la sita 3. Cernutul sitei a III.-a sunt impurităţile mici şi grele, care se evacueză prin gura 13. La ieşirea din instalaţie produsul de bază este din nou aspirat. Mişcarea sitelor plane este rectilinie alternativă în plan orizontal. Triorul rapid

Trioarele sunt utilaje cu ajutorul cărora se relizează separarea cerealelor după formă. Trioarele sunt utilizate pentru separarea seminţelor dăunătoare, a căror seminţe sunt total diferite, pentru eliminarea neghiei şi a măzărichiei, a boabelor sparte, etc.

16

Cunoaştem numeroase tipuri de trioare, dar pentru separarea sau sortarea porumbului cel mai frecvent utilizat este triorul rapid sau ultratriorul (figura2.4.2.).

 Figura 3.4.2. Triorul rapid 

Suprafaţa de separare este o mantă cilindrică 1, cu alveole, montată pe arboreal 2. Pe arboreal 2 se află montat un melc transportor 3, care colectează impurităţile în jgheabul 3, eliminândule prin pâlnia 5. Alimentarea cu amestec se face prin pâlnia 6 , iar evacuarea produsului curat  prin pâlnia 7. Antrenarea tamburului şi a melcului este realizată de la electromotor, prin sistemul de transmitere . Separatoarele Separat oarele magnet ice: realizează îndepărtarea impurităţilor feroase din masa de porumb.

Eliminarea impurităţilor de natură feroasă se realizează de obicei cu ajutorul unor magneţi  permanenţi sau a unor electromagneţi. electromagneţi. Separatorul electromagnetic

1 – electromagnet 2 – bandă transportoare 3 – pâlnie de alimentare 4 – şuber de reglare a debitului 5 – gură de evacuare a produsului de bază 6 - gură de evacuare a impurităţilor  metalice  Figura 3.4.3. Separatorul Separator ul electromagnetic

Funcţionare: Alimentarea se face prin ramura superioară a benzii 2, materialul fiind deplasat spre zona de maximă intensitate a câmpului magnetic. Produsul de bază nefiind afectat pe câmp câmpul ul magne magnetic tic parcur parcurge ge traiec traiector toria ia norma normală lă fiind fiind evacua evacuatt prin prin gura gura de avacu avacuare are 5.

17

Impurităţile metalice sunt reţinute pe bandă parcurgând ramura inferioară a acesteia şi în funcţie de mărime se desprind fiind colectate în jgheabul 6.

3.5. 3.5. Măru Mărunţ nţir irea ea mat mater erie ieii prim primee Această operaţie este necesară atunci când porumbul se prelucreză printr-unul dintre  procedeele fără presiune. În acest caz mărunţirea este necesară pentru a se obţine randamente maxime în alcool, cu un consum minim de energie. Dimen Dimensiu siunil nilee măcin măcinătu ăturii rii influe influenţe nţează ază tempe temperatu ratura ra de începe începere re a gelati gelatiniz nizări ării,i,  producţia de alcool alcool etilic şi cantitatea de amidon negelatinizat. negelatinizat. Corelaţia dintre dimensiunile măcinăturii şi temperatura de începere a gelatinizării Dimensiunile fracţiunilor de măciniş, mm

Temperatura de începere gelatinizării, °C

<0.50 0.5-1 1-2 2-3

47.5 49.5 50.0 51.5

Corelaţia dintre dimensiunile măcinăturii şi procentajul de alcool etilic Dimensiunile fracţiunilor, mm

Producţia de alcool, hL/tonă amidon

2-3 1-2 0,5-1 <0,5

53,60 55,10 59,07 60,73

Corelaţia dintre dimensiunile măcinăturii şi procentajul de amidon negelatinizat Dime Dimens nsiu iune ne frac fracţi ţiun unil ilor or,, mm mm

Amid Amidon on nege negela lati tini niza zat, t, %

2-3 1-2 0,5-1 <0.5

18,2 15,4 10,4 8.1

O mărunţire insuficientă a materiei prime poate conduce la pierderi în alcool de până la 20l/tonă porumb sau chiar mai mult. Pentru mărunţitea porumbului se folosesc în practică trei grupe de procedee: -a) măcinarea uscată -b) măcinarea umedă -c) măcinarea uscată şi umedă (în ( în două trepte)

18

a) Măcinarea uscată: se realizează cu o moară cu ciocane sau cu moară cu şase valţuri, apa  pentru condiţionare condiţionare având temperatura temperatura de 30-40 °C, iar durata condiţionării este de 30-60 s  b) Măcinarea umedă:-se umedă:-se poate realiza realiza cu moară cu valţuri valţuri (o pereche) în două două variante: Cu condiţionarea cerealelor cu apă caldă la 50-70 °C, umectarea cojii ajungând la 20%; cu înmuierea cerealelor în apă timp de 10-30 min şi temperatura de 30-50°C. Conţinutul de umiditate a cerealelor ajunge la 20-30%. Măcinarea umedă se poate realiza şi într-o moară cu ciocane speciale care este alimentată atât cu cereale cât şi cu apă de plămădire şi enzimele de lichefiere-dextrinizare. În comparaţie cu măcinarea uscată măcinarea umedă prezintă avantajul că nu se formează praf la măcinare, nu se formează cocoloaşe la plămădire. Acest procedeu se pretează şi la măcinarea cerealelor cu umiditate ridicată, conservate în silozuri ermetice. Necesarul de energie electrică este destul de ridicat ajungând la 30kWh/tonă cereale. c) Măcinarea uscată şi umedă (în două trepte) La măcinarea uscată şi umedă ditr-o singură treaptă nu se poate obţine, de regulă o măcinătură cu granul granulaţi aţiaa dorită dorită,, cea cea ce conduc conducee la zahar zaharifi ificar carea ea incom incomple pletă tă şi deci deci la micşor micşorare areaa randamentului de alcool. Din aceste motive se recomandă mai întâi o măcinare uscată cu ajutorul unei mori cu ciocane cu sita cu ochiuri mari, urmând ca cea de a doua mărunţire umedă să se facă după fluidificare, cu ajutorul unei mori cu discuri. Prin această mărunţire în două trepte necesarul de energie se reduce până la 16kWh/tonă porumb. Această metodă de măcinare se aplică în procedeul DMP (Dispering Mash Process), în care se foloseşte pentru măcinarea plămezii fluidificate maşina de dispersare ULTRATURAX.

3.6. Fierberea materiei prime Pentru transformare amidonului în alcool boabele de porumb sunt propuse unor   prelucrări speciale speciale în scopul obţinerii de zahăruri zahăruri fermentescibile fermentescibile (maltoză, glucoză). glucoză). Pentru ca în continuare să poate fi zaharificate sub acţiunea distilazei din malţ, este necesar ca granulele de amidon să fie mai întâi cleificate şi solubilizate, acestea realizându-se  prin fierbere. În tehnologiile moderne fierberea materiilor prime se realizează sub presiune (3-4 atm). Această metodă prezintă avantajele unei bune fierberi în condiţii avantajoase de consum energetic precum şi a dezagregării materiei prime prin plesnirea celulelor, datorită trecerii rapide de la presiune de lucru la cea atmosferică.

19

Parametrii prin care se controlează fierberea sunt: temperatura, presiunea şi durata de fierbere. Schema procesului tehnologic de fierbere: Părţile componente: componente: 1-cântar  2-rezervorul tampon de alimentare 3-conducta 4-fierbător  5-conductă de introducerea apei 6-conductă de introducere abur  7-conductă de evacuarea porumbului 8-zaharificator  9-recuperator de amidon Figura 3.6.1. Schema procesului tehnologic de fierbere

Pentru fierberea porumbului este utilizată autoclava Henze. Părţile componente: componente: 1-corp din tablă de oţel 2-vârful conului, construit din tablă de oţel inoxidabil 3-capacul fierbătorului 4-supapa de siguranţă 5-racord pentru aburul de circulaţie 6-manometru 7-racord de alimentare cu abur  8-ventil de evacuare 9-conductă de colectare a probelor  Figura 3.6.2. Autoclava Henze

Funcţiona Funcţionare: re: Ventilul de evacuare evacuare 8 se închide, închide, se introduce introduce apa prin conducta conducta 5 şi materia materia  primă prin gura de de alimentare 3. Se deschid ventilul 7 de admisie a aburului şi ventilul de  pe conducta 5 de evacuare a aburului de circulaţie. În timpul procesului de lucru se verifică  presiunea indicată pe manometrul 6, reglajele făcându-se prin închiderea sau deschiderea corespunzătoare corespunzătoare a ventilelor de admisie şi refulare a aburului. Produsul fiert se evacuează prin deschiderea treptată a ventilului de evacuare 8. În vederea suflării resturilor de masă fiartă se 20

închide ventilul 8, se ridică cu abur presiunea la 2,5-3 at, apoi se deschide dintr-o dată ventilul 8.

3.7. Lichefirea -dextrinizarea plămezii fluidificate fluidi ficate (gelatinizare) (gelat inizare) Operaţia se realizează cu ajutorul enzimelor de lichefiere-dextrinizare (α-amilaze). Temperatura de lichefiere-dextrinizare se alege în funcţie de felul preparatelor de de αamilază şi procedeul folosit (fără presiune sau sub presiune). În primul caz se utilizează αamilaze normale iar în cel al doilea α-amilze termostabile. Cuno Cunoaş aşte tem m urmă următo toar arel elee proc proced edee ee de gela gelatitini niza zare re şi lich lichef efie iere re-z -zah ahar arifi ifica care re a  porumbului: a) Procedee cu fierbere sub presiune a materiei prime În acest caz, eliberarea amidonului din materia primă şi gelatinizarea (fluidificarea) acestuia în prezenţa apei au loc la temperaturi mai mari de 100°C. Materia primă (porumbul) se utilizează ca atare (nemăcinată) în cazul procesului discontinuu şi măcinate la fierberea sub  presiunea continuă. continuă.  b) Procedee cu fierbere fierbere fără presiune a materiei materiei prime -procedee, care lucrează prin infuzie: procedeul de măcinare şi gelatinizare la temperaturi mai mari (MMP) -procedee care lucrează cu reciclare: procedeul ci reciclare a borhotului (DMP) -procedee cu recuperarea căldurii în borhot: procedeul Westphal.

3.8. Zaharificarea Zaharificarea După ce amidonul din material primă a fost gelificat şi solubilizat prin fierbere sub  presiune, masa fiartă obţinută este supusă în continuare operaţiei de zaharificare, prin care se realizează transformarea amidonului în zahăruri fermentescibile de către drojdie. Operaţia de zaharificare mai este denumită şi plămădire, întrucât se obţine o plămadă care conţine toate componentele insolubile ale materiei prime şi a malţului (suspensii,coji). (suspensii,coji). Principalele metode de zaharificare sunt: -metode chimice (cu ajutorul acizilor minerali clorhidric, sulfuric); -metode enzimatice (cu ajutorul enzimelor din slad sau a preparatelor enzimatice). Zaharificarea se desfăşoară în două etape: zaharificarea principală în zaharificator şi zaharificarea secundară secundară în timpul plămădirii. Pentru a realiza o zaharificare corespunzătoare, trebuie să respecte temperaturile optime ridicate, prin care se urmăreşte protejarea amilazei. Transformările care au loc la zaharificare

21

Acţiun Acţiunea ea de zahar zaharifi ificar caree a malţul malţului ui verde verde se dator datorea ează ză conţin conţinutu utului lui său în enzime enzime amilolitic amilolitice, e, în principal principal α si β–amilaz β–amilaza, a, care acţionează acţionează asupra celor celor două componente componente ale amid amidon onul ului ui solu solubi bill (ami (amilo loza za şi amil amilop opec ectitina na)) pe care care la tran transf sfor orm mă în zahă zahăru ruri ri fermentescibile. α-amilaza are o capacitate foarte mare de fluidificare şi o capacitate relative scazută de zaharificare, caracterizându-se în special prin formarea de dextrine şi în mai mică măsură de maltoză. β-amilaza se caracterizează, dimpotrivă, printr-o putere de fluidizare slabă, în schimb  printr-o mare capacitate capacitate de zaharificare, formând formând în cea mai mare mare parte maltoza. La zaharificare trebuie să se ţină seamă de condiţiile optime de temperatură şi pH necesare  pentru cele două două enzime, cât şi de de termorezistenţa lor. Procesul Procesul tehnologi tehnologicc de zaharific zaharificare are se desfăşoară după schema prezentată în figura 3.8.1. Materia primară fiartă din fierbătorul sau  bateria de fierbătoare 1 se descarcă în zahari harifi fica cato touul 2. Lap Laptele tele de sla slad din din rezervorul 3 este trecut în cantităţile stabilite  prin curgere liberă în zaharificator. După zaha zahari rifi fica care re la temp temper erat atur uraa de 30 °C a  plămezii se introduce şi cantitatea de drojdie necesară necesară pentru pentru fermentare fermentare din drojdier. drojdier.  Figura 3.8.1. Schema procesului de  zaharificare

Plăm Plămad adaa zaha zahari rifi fica cată tă în care care s-a s-a intr introd odus us droj drojdi dia, a, după după omog omogen eniz izar aree şi răci răcire re la temperatura de fermentare, este preluată de o pompă şi trimisă în linurile de fermentare.

22

Zaharificatorul:

La construirea zaharificatorului se urmăreşte asigurarea următoarelor condiţii: volum suficien suficient,t, evacuare evacuareaa corespunz corespunzătoa ătoare re a aburului aburului în timpul timpul golirii golirii fierbătoa fierbătoarelor, relor, agitarea agitarea corespunzătoare corespunzătoare a plămezii, răcirea r ăcirea rapidă a plămezii, curăţirea şi dezinfectarea uşoară. Zaharificarea se aplică în general unul din următoarele procedee: -zaharificarea în timpul descărcării fierbătorului -zaharificarea după descărcarea descărcarea fierbătoarelor la 60-61°C sau la 57°C În cazul porumbului a doua metodă este mai răspândită, deoarece în afara scăderii  pericolului de distrugere distrugere a diastazei este mai simplă şi mai rapidă. rapidă. Ea constă în introducerea în zaharificator a unei cantităţi reduse de apă (până la  paletele zaharificatorului), în care se adaugă 5-7% din cantitatea de lapte de slad pregătită, după care începe descărcarea fierbătorului, fără întrerupere, neţinând seama de valoarea temperaturii, concomitent cu pornirea agitatorului şi a instalaţiei de răcire. Când descărcarea fierbătoarelor este încheiată se începe controlul temperaturii. La 70°C se adugă 1/3 din laptele slad rămas, iar la 60°C restul. La această temperatură se opreşte agita agitarea rea şi răcire răcirea, a, lăsân lăsândudu-se se o pauză pauză de zahar zaharific ificare are de 30 minute minute.. După După închei încheiere ereaa  procesului de zaharificare se reia răcirea la 30°C se adaugă cuibul de drojdie iar la 18°C se  pompează materialul materialul la linurile de fermentare. fermentare. Controlul încheierii procesului de zaharificare se face f ace chimic şi microbiologic. Parametrii verificaţi sunt: gradul de zaharificare, gradul Balling (concentraţia plămezii în substanţa uscată, notată °Bllg), temperatura şi aciditatea.

3.9. Prepararea drojdiilor de cultură Fermentarea plămezilor se realizează cu ajutorul drojdiilor, care datorită complexului enzimatic conţinut, transformă zahărul din plămadă în alcool etilic şi CO 2. 23

Drojdi Drojdiile ile utiliz utilizate ate trebui trebuiee să îndepl îndepline ineasc ascăă următo următoare arele le condiţ condiţii: ii: să aibă aibă o putere putere alcooligenă ridicată, să se poată acomoda la plămezile acide din porumb, să declanşeze rapid fermentaţia, să formeze o cantitate redusă de spumă la fermentare şi să producă o cantitate cât mai mică de hidrogen sulfurat şi alte substanţe de gust şi aromă nedorite. Drojdiile utilizate la fermentarea plămezilor din industria alcoolului se pot folosi sub formă de: - drojdii lichide (cultivate în fabrică) - drojdii uscate - drojdii comprimate (drojdia de panificaţie) Pentru realizarea de randamente superioare s-a impus obţinerea de mutanţi prin utilizarea de agenţi chimici. Aceste tulpini conţin ADN modificat mitocondrial şi este inhibată producţia de enzime necesare pentru metabolismul aerob. Sub aspectul capacităţii de fermentare, drojdia  pentru alcool trebuie să fermenteze cât mai complet glucidele din plămezi, într-un timp cât mai scurt, deci cu o viteză mare, pentru ca procesul de fermentare să fie rentabil. Cultura de  producţie se obţine pe plămezi speciale pentru drojdie, preparate din materii prime amidonoase de calitate, prelucrate hidrotermic şi zaharificate. Plămezile speciale, în vederea creării unor condiţii de dezvoltare selectivă numai a drojdiilor de cultură, se acidifică prin adaos de acid sulfuric sau prin acidulare biologică prin fermentaţie lacticã. În ultimul timp au apărut o serie de preparate comerciale de drojdie uscată ce pot fi utilizate drept culturi starter  la fabricarea alcoolului care prezintă anumite avantaje în utilizarea lor: - o pornire rapidă a fermentaţiei - un randament optim de transformare a zahărului în alcool - o calitate constantă a produsului obţinut. Doza de drojdie uscată este de 10-20 g/hl plămadă, un gram de preparat conţinând 20-25x 109 celulede drojdie. Preparatul uscat, după o scurtă fază de hidratare, se introduce în plămada zaharificată în care trebuie să se distribuie cât mai uniform, pentru ca fermentaţia să pornească în întreaga masă de plămadă. Cercetările efectuate în industria alcoolului au condus la utilizarea drojdiilor imobilizate, realizându-se o creştere cu 20-25% a producţiei de alcool. Imobilizarea celulelor de drojdie se face prin înglobarea lor în geluri de diferite naturi, care reprez reprezint intăă materi materiale ale inerte inerte în raport raport cu produs produsele ele din mediu mediu.. Se întreb întrebuin uinţea ţeazã zã pentr pentruu imobilizări: -k-carageenan -alginat de aluminiu -alginat de calciu -polimeri sintetici 24

-parasilicaţi. La pregătirea plămezii de drojdie deosebim două procedee principale: - procedeul clasic - procedeul simplificat cu acid sulfuric Procedeul clasic. Acest procedeu se caracterizează prin scoaterea unei porţiuni din plămada dulce (5-10%) şi pregătirea ei în mod special pentru cultivarea drojdiei prin acidulare şi adaos de substanţe nutritive. Pregătirea plămezii de drojdie cuprinde trei faze principale: prepararea  plămezii speciale, speciale, acidularea plămezii plămezii speciale, prefermentarea. prefermentarea. Porţiunea de plămadă dulce (5-10%), adusă din plămada zaharificată se filtreazã şi se adaugă circa 10% la prelucrarea porumbului, pentru îmbogăţirea ei în substanţe nutritive. Se zaharifică apoi plămada timp de 60 minute la 60-62ºC şi se răceşte rapid la temperatura de însămânţare cu drojdii de 28-30ºC. Plămada astfel obţinută are o concentraţie de 20-22ºBllg. Acidularea plămezii speciale se poate face cu acizi organici sau anorganici. Caracteristic pentru procedeul clasic este acidularea prin fermentaţie lactică a plămezii speciale timp de 20-24 ore la temperatura de 50-55ºC prin însămânţare cu Bacillus Delbrücki. Prin acidulare trebuie să se ajungă în plămadă la o aciditate de 1,8-2ºT. După acidulare  plămada specială specială se răceşte repede la temperatura de 28-30ºC, la care se face însămânţarea cu drojdii. La prefermentare, plămada specială acidulată şi răcită se însămânţează apoi cu o cultură pură de laborator (circa 5 litri), obţinută prin multiplicarea drojdiei în condiţii sterile. În timpul prefermentării drojdia se multiplică de circa 7 ori, formându-se 7-8% alcool vol., astfel astfel încât încât gradul gradul Balling Balling al plămezii plămezii speciale speciale scade de la valoarea iniţială iniţială de 20ºBllg la 56ºBllg. Durata prefermentării este de 20-24 ore. Procedeul simplificat cu acid sulfuric. După acest procedeu pregătirea plămezii de drojdie se face astfel: o porţiune mică(4-5%) din plămada principală se însămânţează cu o cultură pură de drojdie obţinută în laborator, se acidulează cu acid sulfuric până la pH 3,5 şi se  prefermentează timp de 20-24 ore la temperatura de 26-28ºC. Plămada de drojdie astfel obţinută, cu un extract de 6-8ºBllg serveşte apoi pentru însămânţarea plămezii dulci răcită la 30ºC.

3.10. Fermentarea plămezilor Procesul de fermantare a plămezii are rolul de a realiza transformarea totală a zahărului fermentescibil de către drojdii în alcool şi bioxid de carbon (ca produse principale).

25

Pentru fermantarea plămezilor dulci (zaharificate) se utilizează drojdii lichide cultivate în fabrică, drojdie uscată şi drojdie comprimată. Ferm Fermen enta tare reaa alco alcool olic icăă este este infl influe uenţ nţat atăă de: de: conc concen entr traţ aţia ia plăm plămez eziiii în zahă zahăru ruri ri fermentescibile; durata de fermantaţie; puritatea microbiologică a plămezilor; concentraţia alcoolului etilic acumulat (toleranţa în alcool a drojdiilor); prezenţa/absenţa oxigenului; pH-ul  plămezii (optim 4-6); temperatura plămezilor (optim 30-35°C); conţinutul în substanţe nutritive şi biostimulatoare din plămadă; prezenţa/absenţa prezenţa/absenţa compuşilor inhibitori. Sistemele de fermantare pot fi: fermentare discontinuă (batch); fermentaţie discontinuă cu alimentare (fed batch); fermentare continuă; fermentare continuă cu recirculare de biomasă (borhot). În marea majoritate a fabricilor mici şi mijlocii se practică fermentarea discontinuă care durează circa 72 ore şi cuprinde 3 faze: -faza iniţială, circa 22 ore; -faza principală, circa 18 ore -faza finală, circa 32 ore Se utilizează fermentator cilindro-conic, cu un volum ˃10m³. Pentru prevenirea creşterii temperaturii în timpul fermentării, fermantatorul este răcit fie prin stropire cu apă (de sus în  jos) sau prin intermediul serpentinelor submerse, respectiv prin circularea plămezii prin schimbătoare de căldură exterioare. Pentru scurtarea duratei de fermentare până la 48 h, se pot folosi următoarele metode: -pornirea fermentaţiei fermentaţiei la temperaturi mai ridicate (35-36°C) (35-36°C) prin care faza iniţială este este redusă la 4-6 ore -folos -folosire ireaa de borhot borhot lichid lichid recirc recircula ulatt (maxim (maxim 60%) 60%) la obţine obţinerea rea plăme plămezii zii prin prin care care se declanşează declanşează mai rapid fermentaţia , scurtându-se faza iniţială până la 2-3 ore -reutilizarea în proporţie de 60-70% a drojdiei de fermentare prin separarea acesteia din  plămadă fermentată fermentată -folosirea unei cantităţi mai mari de plămadă de drojdie de 10-15% -folosirea preparatelor enzimatice care să zaharifice complet amidonul (fără formare de dextrine limită), susţinându-se astfel faza finală a fermentaţie În cazul folosirii procedeului cu recirculare a borhotului, extractul real al plămezii fermentate creşte treptat odată cu creşterea numărului de recirculări. La fermentarea plămezilor dulci, foarte important este controlul microbiologic al acestora, deoarece prezenţa microorganismelor microorganismelor de infecţie conduce la consum de zahăr pentru metabolismul propriu, iar prin acizi organici formaţi (lactic, butiric, etc.) inhibă activitatea 26

drojdiilor. În urma infecţiilor, în plămadă se poate forma şi acroleină, scăderea conţinutului acestora făcându-se prin acidularea atât a plămezii de drojdie cât şi a plămezii principale. În funcţi funcţiee de numărul numărul microo microorga rganis nisme melor lor de infecţie infecţie se poate aprecia aprecia gradul gradul de infecţie a plămezii, aşa cum se arată în tabelul de mai jos: Număr de microorganisme/ml 6

2*10 (4-15)*106 (15-50)*106 (50-120)*106 6 ˃120*10 ˃

Gradul de infecţie

Plămadă liberă de infecţie d.p.d.v. tehnic Plămadă uşor infectată Plămadă infectată Plămadă puternic infectată Plămadă transformată în “cultură de bacterii”

Această scară pote fi folosită pentru aprecierea gradului de infecţie al plămezii de drojdie sau al plămezii principale. Astfel o plămadă de drojdie poate fi folosit dacă s-au găsit la examenul microscopic maximum (1-2)*10 6 celule/ml, iar o plămadă principală poate să conţină, după 24 ore de fermentare (4-6)*10 6 germeni/ml. Plăm Plămez ezililee se cont contro role leaz azăă şi în ceea ceea ce priv priveş eşte te numă numărul rul şi star starea ea fizi fiziol olog ogic icăă a drojdiilor. Plămada de drojdie trebuie să conţină (50-300)*10 6 celule/ml plămadă, valori sub 50*106 celule celule/ml /ml denotâ denotând nd o multip multiplic licare are slabă slabă a drojdi drojdiilo ilor.r. Conce Concentr ntraţi aţiaa drojdi drojdiilo ilorr din  plămadă principală se determină numai după prima zi de fermentare, deoarece ulterior are loc o sedimentare a drojdiilor în tancurile de fermentare. Drojdiile cu o bună stare fiziologică nu trebuie să conţină mai mult decât 5% celule moarte. Principalul utilaj folosit pentru fermentare este linul de fermentare. Linurile de fermentare se construiesc din tablă obişnuită de oţel, forma lor este cilindrică sau paralelipipedică. paralelipipedică. Volumul linurilor care se construiesc este corelat de capacitatea de producţie a fabricii. Un lin de fermentare poate avea capacitatea cuprinsă între 100 şi 1000 hl. Pentru obţinerea 1hl spirt rafinat absolut este necesar un volum util de lin de 12,5-13hl volum geometric. Pierderile în alcool prin antrenare cu dioxid de carbon sunt în medie de 0,7% putând să ajungă până la 1,4 % din alcoolul produs în linul de fermentare. f ermentare. Transformarea glucozei în alcool şi bioxid de carbon este însoţită şi de degajare de căldură: S-a S-a calc calcul ulat at că pent pentru ru un proc procen entt de zahă zahărr ferm fermen enta tatt temp temper erat atur uraa se ridi ridică că cu aproximativ 1,5°C. Deoarece o cantitate de căldură se pierde prin radiaţie prin pereţii metalici

27

al linurilor şi o altă parte este antrenată de bioxidul de carbon degajat, practic temperatura  plămezii creşte cu 1°C pentru fiecare procent de zahăr transformat în alcool. În această situaţie pentru a nu se depăşi temperatura plămezii peste limita maximă admisă de 32°C, este necesar ca plămezile să fie răcite. Răcirea se realizează prin stropirea în exterior a pereţilor în cazul linurilor cilindrice verticale şi de volum redus sau prin serpentine care se montează în interiorul linurilor de fermentare de mare capacitate. Bioxidul de carbon care se degajă din plămadă în timpul fermentării antrenează şi alcool. Pentru recuperarea acestui alcool, în sala de fermentare se montează aparate numite recupeatoare recupeatoare de bioxid de carbon. În figura 3.10.1. este prezentat linul cilindric. Părţile componente: 1-carcasa 2-conductă de încărcare cu plămadă zaharificată 3-capac superior de vizitare 4-capac inferior de vizitare 5-conductă de evacuare a bioxidului de carbon 6-conductă de abur  7-supapă hidraulică de suprapresiune şi vid 8-tijă pentru fixarea termometrului 9-instalaţia de răcire interioară 10-racord de apă rece 11-ra 1-raco cord rd pentru ntru ieş ieşire irea apei pei de răc răcire ire din din serpentine  Figura 3.10.1. Lin de fermentare 12-conductă de evacuare a plămezii fermentate

3.11. Distilarea plămezii fermentate Plămada fermantată este un sistem dispers în care în soluţia apoasă alcoolică se află în suspensie substanţe substanţe provenite din materiile prime, auxiliare şi drojdii. Concentraţia alcoolică a  plămezii fermentate variază între 6-12% volume în funcţie de materia primă utilizată şi  procesul tehnologic aplicat. Separarea alcoolului etilic din acest amestec binar (alcool-apă) se  bazează pe pe diferenţa de volatilitate volatilitate dintre alcool şi apă, operaţia operaţia fiind denumită denumită distilare.

28

Prin distilare se extrag din plămada fermentată alcoolul şi alte substanţe volatile (aldehide (aldehide,, esteri, esteri, alcooli alcooli superiori superiori,, furfural, furfural, acizi volatili) volatili) sub formă de vapori vapori cu ajutorul căldurii. Vaporii de alcool sunt condensaţi prin răcire cu apă şi aduşi în stare lichidă. Rezidul ce rămâne după separarea alcoolului se numeşte borhot. Pentru a obţine un produs cu un conţinut ridicat în alcool sunt necesare distilări repetate şi odată cu creşterea conţinutului în alcool al lichidului supus distilării se realizează o concentrare din ce în ce mai redusă până în momentul în care se ajunge la aşa numitul punct azeotropic, din care nu se mai poate realiza în continuare o concentrare prin distilare. Pentru amestecul de alcool etilic şi apă acest punct azeotropic corespunde unei concentraţii alcoolice de 97,17%vol. sau 95,57% masic. Din acest motiv, pe calea distilării repetate se poate obţine un alcool cu concentraţia maximă în alcool de 97,2% vol. În afară de alcool şi apă prin distilarea plămezii fermentate trec în distilat şi alte substanţe volatile conţinute, cum ar aldehide, esteri, alcooli superiori, acizi volatili, alcool metilic, ş.a., care îi conferă un gust şi un miros neplăcut, astfel încât se obţine aşa numitul alcool brut, care trebuie purificat în continuare prin operaţia de rafinare.  Instalaţii de distilare: -cu funcţionare periodică -cu funcţionare continuă:-cu două coloane suprapuse -cu două coloane alăturate Dintre aceştia în cazul porumbului cel mai frecvent utilizat este instalaţia de distilare cu două coloane suprapuse prezentată pe figura 3.11.1.

29

 Figura 3.11.1. Instalaţie de distilare cu două coloane co loane suprapuse suprapus e

Fucţiona Fucţionarea rea instalaţiei instalaţiei de distilare: distilare: Cu ajutorul ajutorul pompei pompei cu piston piston 1 plămada plămada fermentată fermentată este introdusă în deflegmatorul 4 al coloanei de distilare 2 unde se preîncălzeşte până în apropierea  punctului de fierbere pe seama vaporilor alcoolici care se condensează condensează parţial în deflegmator. Plămada preîncălzită preîncălzită se introduce apoi pe talerul talerul superior al coloanei, plămada plămada este încălzită la bază cu abur direct, în care se realizează epuizarea plămezii în alcool, rezultând pe la partea inferioară borhot, care este evacuat din coloană cu ajutorul regulatorului de borhot 3. Vaporii alcoolici rezultaţi din coloana de plămadă, care este prevăzută cu 12-16 talere cu clopote, trec apoi în coloana de concentrare, prevăzută de obicei cu talere cu site, în care se real realiz izea ează ză conc concen entra trare reaa vapo vapori rilo lorr de alco alcool ol brut brut.. Vapo Vapori riii de alco alcool ol brut brut trec trec apoi apoi în deflegmatorul 4, în care se realizeazã r ealizeazã o condensare parţială a componentului mai puţin volatil,  pe seama plămezii care se preîncălzeşte preîncălzeşte şi eventual a apei de răcire. În Î n acest fel deflegmatorul realizează o concentrare suplimentară a vaporilor prin condensarea componentului mai puţin volatil care se reîntorc în coloană sub formă de reflux extern printr-o conductă specială. specială. Vaporii de alcool brut deflegmaţi sunt trecuţi apoi în condensatorul răcitor 5, în care se face condensare condensareaa în partea partea superioar superioarăă multitubul multitubulară ară şi răcirea răcirea în partea partea inferioară inferioară,, alcoolul alcoolul  brut circulând prin serpentină. În scopul economisirii de apă de răcire, aceasta trece în continuare la răcirea deflegmatorului 4. Alcoolul Alcoolul brut obţinut, obţinut, cu o concentra concentraţie ţie alcoolică alcoolică de 80-85% vol., este trecut apoi la felina felinarul rul de contr control ol 6, und undee se poate poate citi citi tăria tăria alcool alcoolică ică şi tempe temperat ratura ura cu ajutor ajutorul ul unu unuii termoalcoolmetru şi în continuare în filtrul de alcool, unde se separă pe bază de diferenţă de densitate impurităţile mecanice din alcool. Separarea acestor impurităţi cât şi omogenizarea care se realizează în filtru sunt necesare pentru operaţia următoare de măsurare a cantităţii şi concentraţiei alcoolului brut, care se realizează cu ajutorul unui aparat special de control. De la aparatul de control alcoolul brut este trecut prin conducte la rezervorul de colectare a alcoolului brut. Această instalaţie cu coloanele suprapuse are avantajul că se manipulează mai uşor, deoarece extragerea extragerea alcoolului şi concentrarea lui se fac într-o singură instalaţie, iar consumul de abur şi pierderile în alcool sunt mai mici. Datorită acestor avantaje este instalaţia cea mai răspândită de distilare. Ca dezavantaje s-ar putea menţiona înălţimea mare a instalaţiei cât şi faptul că se obţine un borhot mai diluat, cu gust mai puţin plăcut, deoarece refluxul de la deflegmator  curge prin coloană şi diluează suplimentar borhotul. Borhotul de porumb

30

În fabricile de alcool etilic, care nu utilizează recircularea borhotului la fermentare, se obţin 10-15l de borhot pe fiecare litru de alcool produs. Compoziţia borhotului de porumb este arătată in tabelul de mai jos: Componentul

Borhot de porumb

Substanţa uscată, % Proteine, (% în S.U.) Lipide, (% în S.U.) Fibre, (% în S.U.)  NNE, (% în S.U.) Cenuşă, (% în S.U.)

8,5 25,5 11,7 10,6 47,6 4,7

Unde NNE:-substanţe extractive neazotoase Borhotul poate fi valorificat sub formă de furaje pentru animale; producere de drojdie prin fermentare secudară, digestie anaerobă cu producere de biogaz, fertilizant.

3.12. Rafinarea alcoolului brut Procesul de rafinare a alcoolului are drept scop eliberarea alcoolului brut rezultat la distilare de substanţele străine care-l însoţesc şi concentrarea alcoolului etilic. Alcoolul brut are o concentra concentraţie ţie alcoolică de 80-85% 80-85% vol. alc. şi conţine conţine o serie de impurităţi impurităţi (aldehide, (aldehide, esteri, alcooli superiori, acizi volatili, baze azotate, amoniac, amine) provenite din plămada fermentată sau formate în timpul distilării. Îndepărtarea acestor impurităţi se face: -prin rafinare chimică; -prin rafinare fizică sau rectificare. Rafinarea Rafinar ea chimic ă: Prin operaţia de rafinare chimică se urmăreşte: separarea alcoolului de  produsele secundare; creşterea concentraţiei în alcool a amestecului apă-alcool. Rafinarea chimică constă în tratarea alcoolului brut cu substanţe chimice înainte de rectificare, prin care unele impurităţi sunt transformate din stare volatilă în stare nevolatilă sau fixă. Rafinarea alcoolului cuprinde următoarele faze: -neutralizarea acizilor volatili -saponificarea esterilor  -oxidarea aldehidelor şi a altor substanţe oxidante. Rafinarea Rafinar ea fizic ă: Prin Prin rafina rafinare re fizică fizică se înţele înţelege ge operaţ operaţia ia de purifi purificar caree şi concen concentra trare re a alcoolului brut realizată prin eliminarea impurităţilor, în vederea obţinerii alcoolului etilic rafinat, cu concentraţia alcoolică de circa 96% vol.

31

În urma rafinării fizice dispare gustul şi mirosul mirosul specific specific al alcoolulu alcooluluii brut, acesta devine limpede şi cu un conţinut redus de impurităţi. Potrivit normelor din ţara noastă un spirt rafinat este corespunzător când la 100 ml alcool absolut conţine maximum 0,002g aldehide, 0,003g acizi 0,004g alcooli superiori . Instalaţii de rafinare: cunoaştem două tipuri de instalaţii de rafinare: instalaţii de rafinare cu funcţionare periodică şi instalaţii cu funcţionare continuă. Calitatea alcoolului obţinut cu ajutorul instalaţiilor cu funcţionare continuă este mult mai bun, de aceea este mai dez utilizat în industria spirtului. Instalaţia de rafinare cu funcţionare continuă :

32

4. ANALIZA ECONOMICĂ 4.1. Parametrii iniţiali -Cantitate de porumb prelucrată: 1340 tone/an -Debitul de porumb prelucrat pe oră : 186,11 kg/oră -Compoziţia porumbului în prelucrare: -umiditate (u.): 12,5% -impurităţi (ip): 2 % -conţinut de amidon (a) : 58,3% -substanţă uscată (s.u.) : 27,2% -La fluidizare se foloseşte un abur cu caracteristicile : - 5 kg abur / kg debit porumb intrat - L ν = 2100 MJ/ kg -Temperatura: t = 110°C

4.2. Bilanţul de materiale 1. Recepţie D0 = 186,1111 kg/oră P1 = 0,1 % ∙ D0

ó

0,001 ∙ 186,1111 = 0,1861111 kg/oră

D0 = D1 + P1 => D1 = D0 – P1 ó 186,1111 – 0,1861111 = 185,9249 kg/oră 2. Depozitare P2 = 0,1% ∙ D1 ó 0,001 ∙ 185,9249 = 0,1859249 kg/oră

D1 = D2 + P2 => D2 = D1 – P2 ó 185,9249 – 0,1859249 = 185,7389 kg/oră 3. Transport P3 = 0,1% ∙ D2 ó 0,001 ∙ 185,7389 = 0,1857389 kg/oră

33

D2 = D3 + P3 => D3 = D2 – P3 ó 185,7389 – 0,1857389 = 185,5531 kg/oră 4. Curăţirea porumbului P4 = 0,1% ∙ D3 ó 0,001 ∙ 185,5531 = 0,1855531 kg/oră

D3 – P4 ó 185,5531 – 0,1855531 = 185,3675 Dcurăţire = 2% ∙ (D3 – P4) ó 0,02 ∙ 185,3675 = 3,7073

D3 = D4 + P4 + Dcurăţire => D4 = D3 – P4 – Dcurăţire ó 185,3675 – 3,7073 = 181,6602 kg/oră s.u.% = 27,7551 % Compoziţia de bază după curăţire: u= 12,7551 %; a = 59,4897 %; s.u.% 5. Mărunţire P5 = 0,1% ∙ D4 ó 0,001 ∙ 181,6602 = 0,1816602 kg/oră

D4 = D5 + P5 => D5 = D4 – P5 ó 181,6602 – 0,1816602 = 181,4785 kg/oră 6. Fierbere şi răcire P6 = 0,2% ∙ D5 ó 0,002 ∙ 181,4785 = 0,362957 kg/oră

D5 = D6 + P6 => D6 = D5 – P6 ó 181,4785 – 0,362957 = 181,1155 kg/oră 7. Lichefiere

În aceasta etapă se folosesc aburi cu o presiune de 2 atmosfere si o temperatură de 110°C. Debitul de aburi (Ab″ 7) este dat dat de relaţia : Ab″7 = 5 · D 6 P7 = 0,1% ∙ D6 ó 0,001 ∙ 181,1155 = 0,1811155 kg/oră Ab″7 = 5 ∙ D 6 ó 5 ∙ 181,1155 = 905,5775 kg/oră

D6 + Ab″7 = P7 + D7 => D7 = D6 + Ab″7 – P7 ó 181,1155 + 905,5775 – 0,1811155 = 1086,5118 kg/oră

Compoziţia după lichefiere: u= 91,3239% ; a= 5,9159% ; s.u.= 2,7601 % 8. Răcire la 55°C P8 = 0,1%∙ D7 ó 0,001∙ 1086,5118 = 1,0865118 kg/oră

D7 = D8 + P8 => D8 = D7 - P8 ó 1086,5118 – 1,0865118 = 1085,4252kg/oră 9.Zaharificare P9 = 0,1% ∙ D8 ó 0,001 ∙ 1085,4252 = 1,0854252 kg/oră

D8 = D9 + P9 => D9 = D8 - P9 ó 1085,4252 – 1,0854252 = 1084,3397 kg/oră Compoziţia amestecului după zaharificare este : u= 100∙ 983,8465/1084,3397 983,8465/1084,3397 ó u= 90,7323 % apă a= 100∙ 6,4149/1084,3397 6,4149/1084,3397 ó

a= 0,5915 % amidon

s.u.= 100∙ 29,9288/1084,3397 29,9288/1084,3397 ó s.u.= 2,7600 % s.u. z= 100∙ 64,1483/1084,3397 64,1483/1084,3397 ó z= 5,9158 % zahăr 34

10. Răcire la 30°C P10 = 0,1 % ∙ D9 ó 0,001 ∙ 1084,3397 = 1,0843 kg/oră

D9 = D10 + P10 => D10 = D9 – P10 ó 1084,3397 – 1,0843 = 1083,2554 kg/oră 11. Însămânţare P11 = 0,1 % ∙ D10 ó 0,001∙ 1083,2554 = 1,0832 kg/oră

D10 = D11 + P11 => D11 = D10 – P11 ó 1083,2554 – 1,0832 = 1082,1722 kg/oră 12. Răcire la 20°C P12 = 0,1 % ∙ D11ó 0,001∙ 1082,1722 = 1,0821 kg/oră

D11 = D12 + P12 => D12 = D11 – P12 ó 1082,1722 – 1,0821 = 1081,0901 kg/oră 13. Fermentare P13 = 0,1 % ∙ D12 ó 0,001∙ 1081,0901 = 1,0810 kg/oră

D12 = D13 + P13 => Dfermentare = D12 – P13 ó 1081,0901 – 1,0810 = 1080,0091 kg/oră

C6H12O6 →2 CH3CH2OH + 2 CO2 180

46

44

Reacţia de fermentare decurge cu un randament de 90 % (η = 90 %). Astfel că din 63,8911 kg/oră zahăr 90 % trece în alcool. 90/100 ∙ 63,8911 = 57,5019 kg zahăr fermentat la alcool/oră 63,8911 – 57,5019 = 6,3892 kg zahăr rămas nereacţionat/oră 180 kg zahăr....................2 ∙ 46 kg alcool.................2 ∙ 44 kg CO 2 57,5019 kg zahăr...................X kg alcool........................Y alcool........................Y kg CO 2 X = 57,5019 ∙ 92/180 ó 29,3898 kg alcool/oră Y = 57,5019 ∙ 88/180

ó

28,1120 kg CO 2/oră

Din amestecul amestecul intrat la fermentare fermentare se va elimina CO 2 deci după fermentare cantitatea de amestec va fi : D13 =1080,0091 – 28,1120 = 1051,8971 kg/oră Compoziţia după fermentare va fi : 1051,8971 kg/oră.......................................979,9 kg/oră.......................................979,9170 170 kg u/oră 100 kg /oră.......................................... /oră.................................................. ........ u % 1051,8971 kg/oră........................................6,3882 kg/oră........................................6,3882 kg a/oră 100 kg/oră................................... kg/oră................................................... ................ a % 1051,8971 kg/oră........................................29,808 kg/oră........................................29,80822 kg s.u./oră 100 kg/oră..................................... kg/oră.................................................. ............. s.u. % 1051,8971 kg/oră........................................6,389 kg/oră........................................6,38922 kg z/oră 100 kg/oră...................................... kg/oră................................................... ............. z % 1051,8971 kg/oră........................................29,389 kg/oră........................................29,38988 kg alcool/oră 35

100 kg/oră...................................... kg/oră.................................................... .............. alcool % u % = 93,1571 % u % = 100 ∙ 979,9170/1051,8971 ó a % = 100 ∙ 6,3882/1051,8971 ó

a % = 0,6073 % ;

s.u. % = 100 ∙ 29,8082/1051,8971 ó

s.u. % = 2,8337 %

alcool % = 100 ∙ 29,3898/1051,8971 29,3898/1051,8971 ó alc. % = 2,7939 % z % = 0,6073 % zahăr % = 100 ∙ 6,3892/1051,8971 ó -Din fermentare rezultă 28,1120 kg/oră CO 2 care în condiţii normale (c.n.) ocupă un volum Vc.n. = 28,1120 kg/44 kg ∙ kmol -1 ∙ 22,42 m 3∙ kmol-1 ó Vc.n. = 14,3243 m 3 = 14324,3 L -La 20°C si p = 100 atm volumul de CO 2 va fi calculat din relaţia :  p0 ∙ V0/T0 = p ∙ V/T => V = p 0 ∙ V0 ∙ T/T0 ∙ p ó 14324,3 ∙ (273,15 + 20)/273,15 ∙ 100 ó V= 153,7312 l ( 20°C si 100 atm) Se consideră că CO 2 la 20°C şi 100 atm se îmbuteliază în recipiente cu volume de 50 l.  Numărul de recipiente recipiente de CO2 obţinute pe oră va fi : Nr. Recipiente = 153,7312/100 = 1,5373 butelii CO 2 alimentar /oră 14. Distilare P14 = 0,1 % ∙ D13 ó 0,001 ∙ 1051,8971 = 1,0518 kg/oră Ddistilare = D13 – P14 ó 1051,8971 – 1,0518 = 1050,8453 kg/oră

După etapa de distilare în amestec va ramâne doar alcool si apă, restul elementelor (amidon, s.u., apă, zahăr) trecând în borhot. Acesta conţine 90 % apă si 10 % amidon + zahăr + s.u. 100 kg amestec va conţine la intrarea în etapa de distilare : 93,1571 kg apă; 0,6073 kg amidon; 0,6073 kg zahar; 2,8337 kg s.u.; 2,7939 kg alcool. 1050,8453 kg .......X kg u........Y kg a........Z kg z.............M kg s.u..........N kg alcool X = 1050,8453∙93,1571/100 1050,8453∙93,1571/100 = 978,9370 kg u Y = 1050,8453 ∙ 0,6073/100 = 6,3817 kg a Z = 6,3817 kg z M = 1050,8453 ∙ 2,8337/100 = 29,7778 kg s.u. N = 1050,8453 ∙ 2,7939/100 = 29,3595 kg alcool În borhot vor trece: 6,3817 kg amidon; 6,3817 kg zahăr; 29,7778 kg s.u. Totalul componentelor din borhot : 6,3817 + 6,3817 + 29,7778 = 42,5412 kg/oră 100 kg borhot .................10 kg componente......................90 componente......................90 kg apă Y kg borhot......................42,5412 borhot......................42,5412 kg componente..............X kg apă Y = 42,5412 ∙ 100/10 = 425,412 kg borhot X = 42,5412 ∙ 90/10 = 382,8708 kg apă 36

425,412 kg borhot va conţine: 382,8708 kg u., 6,3817 kg zahăr , 6,3817 kg amidon, 29,7778 kg s.u.

100 kg borhot.................u borhot.................u %...................z %.........................a %......................s.u. % u % = 100 ∙ 382,8708/425,412 382,8708/425,412 ó u % = 90 % z % = 100 ∙ 6,3817/425,412 6,3817/425,412

ó

z % = 1,5001 %

a % = 100 ∙ 6,3817/425,412 6,3817/425,412

ó

a % = 1,5001 %

s.u.% = 100 ∙ 29,7778/425,412 29,7778/425,412 ó s.u. % = 6,9997 % În alcoolul obtinut după distilare va ramâne : 978,9370 – 382,8708 = 596,0662 kg apă şi 29,3595 kg alcool Cantitatea totală de amestec obţinut după distilare este de : 596,0662 + 29,3595 = 625,4257 kg /oră 625,4257 kg amestec.........596,0662 kg u...............29,3595 kg alcool 100 kg amestec.................u amestec.................u %................................ %................................ alc. % u % = 100 ∙ 596,0662/625,4257 ó u % = 95,3056 % alc % = 100 ∙ 29,3595 / 625,4257 ó alc % = 4,6943 % Debitele rezultate în etapa de distilare sunt : D14 = 625,4257 kg/oră Dborhot = 425,412 kg/oră 15. Rafinare P15 = 0,1% ∙ D14 ó 0,001 ∙ 625,4257 = 0,6254 kg/oră Drafinare = D14 – P15 ó 625,4257 – 0,6254 = 624,8003 kg/oră

100 kg soluţie alcool prelucrată............95,3056 prelucrată............95,3056 kg u........................4,6493 kg alcool 624,8003 kg soluţie alcool ...................... x kg u...................................y u...................................y kg alcool X = 624,8003 ∙ 95,3056/100 ó x = 595,4696 kg apă/oră Y = 624,8003 ∙ 4,6943/100 ó y = 29,3300 kg alcool/oră 100 kg/ora alcool rafinat.................4 rafinat.................4 kg apă/oră...........................96 apă/oră...........................96 kg alcool/oră x kg/oră alcool rafinat.....................y kg apă/oră...........................29 apă/oră...........................29,3300 ,3300 kg alcool/oră y = 29,3300 ∙ 4/96 ó y = 1,2220 kg apă/oră x = 29,3300 ∙ 100/96 ó x = 30,5520 kg alcool rafinat/oră D15 = 30,5520 kg alcool rafinat/oră Drezidual = 595,4696– 1,2220 ó Drezidual = 594,2476 kg apă/oră 16. Îmbuteliere P16 = 0,1 % ∙ D15 ó 0,001 ∙ 30,5520 = 0,0305 kg/oră

37

D15 = D16 + P16 => D16 = D15 – P16 ó 30,5520 – 0,0305 = 30,5215 kg/oră 17. Depozitare P17 = 0,1 % ∙ D16 ó 0,001 ∙ 30,5215 = 0,0305 kg/oră

D16 = D17 + P17 => D17 = D16 – P17 ó 30,5215 – 0,0305 = 30,491 kg/oră  Numărul de sticle de 0,5 l îmbuteliate este : 30,491/0,5 30,491/0,5 = 60,982 60,982 sticle/oră Concluzii: din 186,11 kg porumb se obţine 30,55 kg alcool rafinat. Astfel din 1000 kg de  porumb se obţine 164,15 164,15 kg alcool alcool rafinat.

4.3. Bilanţul termic Date folosite în calcule : Cp u = 4 kJ/kg ∙ K; Cp a = 5 kJ/kg ∙ K; Cp s.u. = 3 kJ/kgK; Cp z = 2 kJ/kgK; Cp alc. = 2,5 kJ/kgK  4.3.1 Bilanţul termic pentru faza de fluidizare

Ab″7 = 905,5775 kg/oră; D6 = 181,1155 kg/oră; D7 = 1086,5118 kg/oră; hAb = 420 kJ/kg ∙ K; P7 = 0,1811155 kg/oră u6 = 12,7551 % ; a6 = 59,7897 %; s.u.6 = 27,7551 %; u7 = 91,3239 %; a7 = 5,9159 %; s.u.7 = 2,7601 % Qi = Qe Qi = QD6 +QAb″7 ; Qe = QD7+QP7 Cp6 =4∙12,7551/100+5∙59,4897/100+3∙27 =4∙12,7551/100+5∙59,4897/100+3∙27,7551/100=0,510 ,7551/100=0,5102+2,9744+0,8326= 2+2,9744+0,8326= 4,3172 kJ/oră Cp7=4∙91,3239/100+5∙5,9159/100+3∙2,76 =4∙91,3239/100+5∙5,9159/100+3∙2,7601/100=3,6529+0,2 01/100=3,6529+0,2957+0,0828= 957+0,0828= 4,0314 kJ/oră QD6 = D6 ∙ Cp6 (t6 – t0) = 181,1155 ∙ 4,3172 ∙ (20 – 0) = 15638,2367 kJ/kg·K  QD7 = D7 ∙ Cp7 (t7 - t0) = 1086,5118 1086,5118 ∙ 4,0314 4,0314 ∙ (t7 – 0) = 4380,1636∙t7 kJ/ kgK  QAb″7 = Ab″7 ∙ hAb = 905,5775 ∙ 420 = 380342,55 kJ/ kgK  QP7 = P7 ∙ CpD6 (t6 – t0) = 0,1811155 kg/ora ∙ 4,3172 ∙ 20 = 15,6382 kJ/kgK  QD6+QAb″7 = QD7+QP7 ó 15638,2367+380342,55=4380,1636∙t7+15,6382 => 395980,7867 – 15,6382 = 4380,1636 ∙ t7 395965,1485/4380,1636 395965,1485/4380,1636 = 90,3996°C

395965,1485 = 4380,1636 ∙ t7 => t7 =

38

4.3.2. Bilanţul termic pentru faza de răcire la 55°C

Compoziţia după fluidizare: u % = 91,3239 % a % = 5,9159 % s.u. % = 2,7601 % P8 = 1,0865 kg/oră; D8 = 1085,4252 kg/oră ; D7 = 1086,5118 kg/oră; t7 = 90,3996°C; t8 = 55°C; tAp8 (1) = 15°C; tAp8 (2) = 55°C Cp7 = 4,0314 kJ/oră Qi = QD7 + QAp8 (1) Qe = QP8 + QD8 + QAp8 (2) QD7 = D7 ∙ Cp7 (t7 – t0) = 1086,5118 ∙ 4,0314 ∙ 90,3996 = 395965,0437 kJ/kgK  QAp8 (1) = Ap8 ∙ Cp u (tAp8 (1)  – t0) = Ap8 ∙ 4 ∙ 15 = Ap8 · 60 QAp8 (2) = Ap8 ∙ Cp u (tAp8 (2) - t0) = Ap8 ∙ 4 ∙ 55 = Ap8 · 220 QP8 = P8 ∙ Cp7 (t7–t0) = 1,0865 ∙ 4,0314 ∙ 90,3996 = 395,9607 kJ/kg · K  QD8 = D8 ∙ Cp7 (t8 – t0) = 1085,4252 ∙ 4,0314 ∙ 55 = 240668,0733 kJ/kg · K  QD7 + QAp8 (1) = QP8 + QD8 + QAp8 (2) 395965,0437 + 60 ∙ Ap8 = 395,9607 + 240668,0733 + 220 ∙ Ap8 => 220 ∙ Ap8 - 60 ∙ Ap8 = 395965,0437 395965,0437 – 241064,034 241064,034 160 ∙ Ap8 = 154901,0097 => Ap8 = 154901,0097/160 = 968,1313 kg/oră 4.3.3. Bilanţul termic pentru faza de răcire la 30°C

D9 = 1084,3397 kg/oră P10 = 1,0843 kg/oră D10 = 1083,2554 kg/oră a9 % = 0,5915 % amidon s.u.9% = 2,7600 % s.u. u9 % = 90,7323 % apă z9 % = 5,9158 % zahăr  t9 = 55°C t10 = 30°C tAp10 (1) = 15°C ; tAp10 (2) = 30°C

39

Qi = QD9 + QAp10 (1) Qe = QAp10 (2) + QP10 + QD10 Cp10 = Cp9 = 3,8598 kJ/kg ∙ K  Cp10 = 5 ∙ 0,5915/100 + 4 ∙ 90,7323/100 + 3 ∙ 2,7600/100 + 2 ∙ 5,9158/100= 3,8598 kJ/kgK  QP10 = P10 ∙ Cp10 (t10 – t0) = 1,0843 ∙ 3,8598 ∙ 30 = 125,5554 kJ/kgK  QD10 = D10 ∙ Cp10 (t10 – t0) = 1083,2554 ∙ 3,8598 ∙ 30 = 125434,4757 kJ/kgK  QAp10 (1) = Ap10 ∙ 4 (15 – 0)= 60·Ap10 QAp10 (2) = Ap10 ∙ 4 (30 – 0)=120·Ap10 QD9 = D9∙Cp9(t9– t0)=1084,3397∙3,8598∙55= t0)=1084,3397∙3,8598∙55=230193,3905 kJ/kg · K  QD9 + QAp10 (1) = QAp10 (2) + QP10 + QD10 230193,3905 + 60 ∙ Ap10 = 120 ∙ Ap10 + 125,5554 + 125434,4757 => 120 ∙ Ap10 – 60 ∙ Ap10 = 230193,3905 – 125560,0311 125560,0311 60 ∙ Ap10 = 104633,3594 => Ap10 = 1743,8893 kg/oră 4.3.4 Bilantul termic pentru etapa de răcire la 20°C

D11 = 1082,1722 kg/oră P12 = 1,0821 kg/oră D12 = 1081,0901 kg/oră tAp12 (1) = 10°C; tAp12 (2) = 20°C t12 = 20°C ; t11 = 30°C Qi = QD11 + QAp12 (1) Qe = QD12 + QP12 + QAp12 (2) Cp12 = Cp11 = Cp10 = 3,8598 kJ/kg · K  QD11 = D11 ∙ Cp11 (t11 – t0) = 1082,1722 ∙ 3,8598 ∙ 30 = 125309,0477 kJ/kgK  QD12 = D12 ∙ Cp12 (t12 – t0) = 1081,0901 ∙ 3,8598 ∙ 20 = 83455,8313 kJ/kgK  QP12 = P12 ∙ Cp12 ( t11 – t0) = 1,0821 ∙ 3,8598 ∙ 30 = 125,3006 kJ/kgK  QAp12 (1) = Ap12 (1) ∙ 4 ∙ 10 = 40 · Ap12 QAp12 (2) = Ap12 (1) ∙ 4 ∙ 20 = 80 · Ap12 QD11 + QAp12 125309,0477 + 40 ∙ Ap12 = 83455,8313 + Ap12 (1) = QD12 + QP12 + QAp12 (2) 125,3006 + 80 ∙ Ap12 => 80 ∙ Ap – 40 ∙ Ap = 125309,0477 – 83581,1319 41727,9158 => Ap12 =1043,1978 kg/oră

40 ∙ Ap =

4.3.5. Bilanţul termic pentru faza de distilare

D13 = 1051,8971 kg/oră Compoziţia după fermentare: u 13= 93,1571%; a13= 0,6073%; s.u.=2,8337%; alc.=2,7939%; z =0,6073%; P14=1,0518 kg/oră; D borhot = 425,412 kg/oră

40

Compoziţia borhotului: u=90%; a=1,5001%; z= 1,5001%; s.u.= 6,9997%; D 14 = 625,4257 kg/oră Compoziţia amestecului după distilare: u % = 95,3056 % alc.% = 4,6943 % T14 = 80°C T13 = 20°C Aburul: h″ = 3100 kJ/kg h′ = 600 kJ/kg tAb = 115°C lc = 2500kJ/kg Qi = QD13 + QAb″14 Qe = QD14 + QP14 + Q borhot + QAb′14 Cp13=4∙93,1571/100+5∙0,6073/100+3∙2,833 =4∙93,1571/100+5∙0,6073/100+3∙2,8337/100+2,5∙2,7939 7/100+2,5∙2,7939/100+2∙0,6073/10 /100+2∙0,6073/100= 0= 3,9234 kJ/kgK  Cp borhot =4∙90/100 + 5 ∙ 1,5001/100 + 3 ∙ 6,9997/100 + 2 ∙ 1,5001/100 = 3,9149 kJ/kgK  Cp14 = 4 ∙ 95,3056/100 + 2,5 ∙ 4,6943/100 = 3,9295 kJ/kgK  QP14 = P14 ∙ Cp14 (t13 – t0) = 1,0518 ∙ 3,9295 ∙ 20 = 82,6609 kJ/kgK  Qborhot = D borhot ∙ Cp borhot (t14 – t0) = 425,412 ∙ 3,9149 ∙ 80 = 13235,6351 kJ/kgK  QD14 = D14 ∙ Cp14 (t14 – t0) = 625,4257 ∙ 3,9295 ∙ 80 = 196608,8230 kJ/kgK 

QAb″14 = h″ ∙ DAb″14 = 3100 ∙ Ab″14 QAb′14 = h′ ∙ DAb′14 = 600 ∙ Ab′14 QD13 = D13 ∙ Cp13 (t13 – t0) = 1051,8971 ∙ 3,9234 ∙ 20 = 82540,2616 kJ/kgK  QD13+QAb″14=QD14+QP14+Q borhot+QAb ′14

82540,2616+3100∙Ab14=196608 82540,2616+3100∙Ab14=196608,8230+82,6609+132 ,8230+82,6609+13235,6351+600∙Ab 35,6351+600∙Ab14 14 =>3100∙Ab14– 

600∙Ab14=209927,119–82540,2616 2500∙Ab= 127386,8574 => Ab14 = 50,9547 kg/oră 4.3.6. Bilanţul termic pentru faza de rafinare

D14 = 625,4257 kg/oră Cp14 = 3,9295 kJ/kg ∙ K  t14 = 80°C P15 = 0,6254 kg/oră D15 = 30,5520 kg/oră

41

Dreziduu = 594,2476 kg apă/oră T15 = 85°C Aburul : h″ = 3100 kJ/kg h′ = 600kJ/kg tAb = 115°C Qi = QD14 + QAb″15 Qe = QD15 + QP15 + Q reziduu + QAb′15 Cp reziduu = 4 kJ/kg ∙ K  Cp15 = 2,5 kJ/kg ∙ K  QD14 = D14 ∙ Cp14 (t14 – t0) = 625,4257 ∙ 3,9295 ∙ 80 = 196608,8230 kJ/kg · K  QP15 = P15 ∙ Cp14 ( t14 – t0) = 0,6254 ∙ 3,9295 ∙ 80 = 196,6007 kJ/kg · K  Q reziduu = D reziduu ∙ Cp reziduu (t15 – t0) = 594,2476 ∙ 4 ∙ 85 = 202044,184 kJ/kg · K  QD15 = D15 ∙ Cp15 (t15 – t0) = 30,5520 ∙ 2,5 ∙ 85 = 6492,3 kJ/kg · K  QAb′15 = h′ ∙ DAb′15 = 600 ∙ Ab15 QAb″15 = h″ ∙ DAb″15 = 3100 ∙ Ab15 QD14 + QAb″15 = QD15 + QP15 + Q reziduu + QAb′15 196608,8230 + 3100 ∙ Ab15 = 6492,3 + 196,6007 + 202044,184 + 600 ∙ Ab15 => 2500 ∙ Ab15 = 208733,0847 – 196608,8230 Ab15 = 4,8497 kg/oră

4.4. Bilanţul economic Dpf = 60,8604 sticle/oră a) Costul porumbului : 60,8604 sticle/oră………………………….186,1111 kg porumb/oră

1 sticlă/oră………………………………….X X = 186,1111/60,8604 = 3,0579 kg porumb/oră/sticlă Preţul porumbului pentru o sticlă: 3,0579 3,0579 ∙ 1 = 3,0579 lei/sticlă b) Costul apei Ab″7 = 905,5775 kg/oră Ap8 = 968,1313 kg/oră Ap10 = 1743,8893 kg/oră Ap12 = 1043,1978 kg/oră Ab14 = 50,9547 kg/oră Ab15 = 4,8497 kg/oră

42

Dapă vehiculată = Ab″7 + Ap8 + Ap10 + Ap12 + Ab14 + Ab15

ó

905,5775 + 968,1313 +

1743,8893 + 1043,1978 + 50,9547 + 4,8497 = 4716,6003 kg apă/oră Papă = 10 % ∙ Dapă vehiculată vehiculată => 0,1 ∙ 4716,6003 4716,6003 = 471,6600 kg/oră Dtotal apă = 4716,6003 – 471,600 = 4244,9403 kg apă/oră 60,8604 sticle/oră…………………………………..4244,9403 sticle/oră…………………………………..4244,9403 kg apă/oră 1 sticlă …………………………………………….....X X = 4244,9403/60,8604 4244,9403/60,8604 = 69,7488 kg apă/oră/sticlă Dapă/sticlă = 69,7488/1000 = 0,0697 m 3 apă Costul apei : 0,0697 ∙ 2 = 0,1394 lei/sticlă c) Costul gazului metan

 Necesarul de gaz gaz pentru procesul procesul tehnologic: QAb″7 = 380342,55 kJ/kg ∙ K  QAb″14 = 3100 ∙ 50,9547 = 157959,57 kJ/kg ∙ K  QAb″15 = 3100 ∙ 4,8497 = 15034,07 kJ/kg ∙ K  Qtotal = QAb″7 + QAb″14 + QAb″15 ó 380342,55 + 157959,57 + 15034,07 = 553336,19 kJ/oră -Pentru un randament al arderii η = 70 % se obţin datele : X = 15,8096 ∙ 100/70 = 22,5840 m 3 gaz metan/oră 22,5840 m3 m3 gaz metan/oră…………..60,8604 metan/oră…………..60,8604 sticle/oră X m3 gaz metan/oră…………………...1 sticlă X = 22,5840/60,8604 = 0,3710 m 3 gaz metan/oră/sticlă Costul gazului metan pentru o sticlă : 0,3710 ∙ 0,85 = 0,3153 lei/sticlă d) Costurile energiei electrice

Etapa Rece pţie Rece pţie Depozitare Transport Precurăţire Cântarire Mărunţire Fierbere Răcir ăciree la 55°C 5°C Zaharificare Răcir ăciree la 30°C 0°C Însământare Răcir ăciree la 20°C 0°C Fermentare Distilare Rafinare

Cantitatea de energie kWh 0,5 1 5 5 0,5 15 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 7 8 43

Îmbuteliere 5 Depozitare 0,5 Total 51 1 oră…………………………………………51 kW 60,8604 sticle/oră ……………………….51kW 1 sticlă……………………………………….X X = 51/60,8604 = 0,8379 kWh/sticlă

Astfel preţul 0,5 l alcool rafinat din porumb va fi:

3,0579(porumb)+0,1394(apă)+0,3153 3,0579(porumb)+0,1394(apă)+0,3153(gaz)+1,35(sticle,etichete (gaz)+1,35(sticle,etichete)+0,91(salarii)+0,71(energie )+0,91(salarii)+0,71(energie electică)+25%TVA+adaos electică)+25%TVA+adaos comecial[lei]= 7.29lei+adaos comercial

5.CONCLUZII

Industria spirtului ocupă un loc important în cadrul industriei fermentative prelucrătoare de materii prime agricole vegetale (cartofi, cereale, melasa). Aceste industrii se bazează pe însuşirea unor microorgan microorganisme isme (drojdii (drojdii selecţion selecţionate) ate) care Materie Costuri Cantitatea necesară/oră Lei/sticlă 0,5 l Porumb 1 leu/kg 186,11 kg 3,0579 3 Apă 2 lei/m 4244,94 kg 0,1394 3 3 3 Gaz, (35000kJ/m ) 0,85 lei/m 0,3710 m 0,3153 Sticle, etichete ,timbre 81,89 lei 1,35 Salarii directe 89 lei/oră 0,91 Energie electrică 0,85 lei/kWh 0,8379kWh/sticlă 0,71  prin enzimele ce le conţin, transformă substanţele utile din materii prime prelucrate, în anumite condiţii tehnologice, în alcool sau masă de drojdii ca produse principale şi dioxid de carbon ca produs secundar.

44

Pe plan mondial cea mai mare parte de alcool se obţine prin fermentarea materilor   prime, cel mai frecvent frecvent folosite fiind: melasa, cereale cereale (porumb), cartofi, cartofi, sfeclă de zahăr etc. etc. Pe cale industrială alcoolul se obţine din gaze naturale fiind întrebuinţate în scopuri tehnice. tehnice. Industria Industria alcoolulu alcooluluii valorifică valorifică importante cantităţi de pierderi pierderi agricole agricole alterate alterate ex: (porumb necopt, cereale depreciate şi melasă rezultată de la fabricile de zahăr). Pentru a obţine 1000 kg de alcool etilic este necesar 6091,91 kg porumb, se consumă 8969 kW energie electrică, 65,13 m 3 gaz metan şi 754,49 m 3 apă. Conform calculelor mele economice preţul unei sticle de 0,5 l alcool etilic va deveni 7,29 lei+adaosul comercial.

6. BIBLIOGRAFIE 1. Andreea Nicoleta Neacşu-Merceologie alimentară, 2012, Editura Universităţii Transilvania din Braşov 2. Constantin Banu-Tratat de industria alimentară, 2009, Editura ASAB Bucureşti 3. Katherin I, Valorificarea superioară a porumbului, Informaţii tecnico-economice, COCB nr. 9, 1986 4. Manualul inginerului din industria alimentară, 1968, Edituta Tehnică Bucureşti 5. Nicolae Ţane-Maşini şi instalaţii pentru produse de origine vegetală Vol.1, 1998, Editura Universităţii Transilvania din Braşov Webgrafie

45

http://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=F %C3%A1jl:Maize_food_average_pe %C3%A1jl:Maize_food_average_per_capita.png&filetimestam r_capita.png&filetimestamp=200604042050 p=20060404205029 29 http://www.scritube.com/economie/Industria-alcoo http://www.scritube.com/economie/Industria-alcoolului1511514223 lului1511514223.php .php http://ro.wikipedia.org/wiki/Whisky http://www.nutritionistcluj.ro/ii-alimentatie-si-nutritie/ii-5-lichidele-in-alimentatie/bauturilealcoolice/o-clasificare-a-bauturilor-alcoolice/ http://facultate.regielive.ro/cursuri/industria-alimentara/tehnologia-alcoolului-si-a-drojdieimaterii-prime-utilizate-la-fabricarea-alcoolului-si-a-drojdiei-51419.html http://www.sfatulmedicului.ro/Droguri-ale-cotidianului/alcoolul-etilic_4325 http://www.paginiaurii.ro/cauta/Produc%C4%83tori+alcool.html http://manager.ase.ro/download/art%20stud http://manager.ase.ro/download/art%20stud/Riscul%20in%20afac /Riscul%20in%20afacerile%20din erile%20din %20Romania.pdf  http://www.scribd.com/doc/44923068/Obtinerea-Alcoolului-Etilic-Din-Porumb http://www.youtube.com/watch?v=wgpmLyB0HYo http://www.scribd.com/doc/51031196/22 http://www.scribd.com/doc/51031196/22/FIERBEREA-MATERIILOR-PRIME/FIERBEREA-MATERIILOR-PRIMEAMIDONOASE

46