Способ сушки суспензии послеспиртовой барды и установка для его осуществления

 

Относится к области переработки отходов послеспиртового производства. Способ предусматривает анаэробную ферментацию путем последовательного воздействия на компоненты барды комплекса ферментов и кослотообразующих бактерий с получением культуральной жидкости, обладающей высокой фильтрующей способностью и бактерицидными и фунгицидными свойствами. Фильтрацию проводят с получением осадка белкового кормопродукта влажностью 25-50% и фильтрата, содержащего органические вещества в пределах допустимых величин биологического и химического потребления кислорода. Сушку проводят при температуре продукта t_n≅90^oC с получением сыпучего продукта с влажностью 5-25%, обладающего бактерицидными свойствами. Установка содержит установленные в технологической последовательности теплообменник для отбора тепла послеспиртовой барды, ферментер или блок ферменторов, фильтр, коллектор фильтрата, сушилку. Она снабжена также дозирующим регулятором ферментов и бактерий. Внутри сушилки расположены полости для подвода тепла. Каждый из ферментеров снабжен теплообменными каналами и гидравлическим насадком ддя циркуляции рабочей жидкости. Изобретение позволит снизить энергозатраты, улучшить экологические характеристики и получить продукт с повышенными питательными свойствами. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. .

Изобретение относится к технологии переработки послеспиртовой барды, являющейся отходом спиртовых производств и может быть использовано в гидролизной, целлюлознобумажной и других технологиях, где получается барда как побочный продукт.

Барда является ценным белковым и витаминосодержащим кормом для сельскохозяйственных животных и птицы.

Ее использование, особенно в составе сбалансированных кормов, приводит к заметному увеличению привесов, улучшению качества меха пушных зверей, росту надоев молока.

Известны способы переработки и использования бардяных отходов для скармливания животных.

Наиболее простым является способ скармливания животным исходной барды с концентрацией сухих веществ - 8% (1, стр. 155, 171).

Однако из-за невозможности хранения вследствии быстрого закисания, нерентабельности транспортирования на расстояния более 5 - 8 км, ввиду малой доли полезных сухих веществ, этот метод находит очень ограниченное применение в откормочном производстве. В результате значительные количества жидкой барды сливаются в водоемы, на поля орошения, вызывая загрязнения почвы, воды и воздуха с масштабными экологическими последствиями.

Известен также способ переработки например, мелассной барды до сгущенного или сухого состояния (1, стр. 158 и схема рис. 35). По этому способу барда подвергается предварительной химической обработке для исключения избыточного содержания калия, а затем концентрируется методом упаривания и сушки.

В сгущенной до концентрации 65% барде содержится в пересчете на сухое вещество 8% белка. Этот способ обеспечивает возможность длительного хранения и дальнего транспортирования. Данный продукт является ценным кормом.

Однако высокая стоимость термического удаления влаги и сравнительно невысокая кормовая ценность не позволили этому способу найти широкое применение.

Известен также способ и установка для частичного обезвоживания барды (1, стр. 204, рис. 51).

По этому методу зерновая барда проходит центробежный фильтр, где разделяется дробина и жидкая фаза, содержащая основное количество питательных веществ.

Фильтрат направляется на выпаривание и после сгущения до концентрации 8 - 16% смешивается с дробиной, имеющей концентрацию 15 - 20% и при итоговой концентрации 14 - 18% поступает на отгрузку потребителю.

По этому способу удельная питательная ценность на единицу общей массы барды по сравнению с неупаренной бардой возрастает в 2 - 3 раза.

Однако при этом сохраняются основные недостатки: невозможность длительного хранения, относительно низкая кормовая ценность на единицу массы продукции.

Наиболее близкими к заявляемому способу и установке являются способ и установка сушки бардяной суспензии до влажности 10% по методу двухстадийного обезвоживания (1, стр. 200 - 203, рис. 50).

Исходная барда с концентрацией 6 - 8% подвергается механическому разделению фильтрацией на грубодисперсную фазу (зерновая дробина, чешуйки и т. п.) и однородную суспензию.

Последняя проходит стадии упаривания в традиционных многокорпусных выпарных колонках, а затем сушку до конечной влажности ω_к = 10%. При этом дробина доводится до сухого состояния либо путем самостоятельной обработки в отдельном сушильной аппарате, либо в смеси с упаренным концентратом.

По этому способу обеспечивается практически полное сохранение всех питательных компонентов барды: белка, аминокислот, витаминов и др.

Длительность хранения подобного продукта практически неограничена, а транспортирование становится рентабельным.

При использовании сухой барды питательная ценность в пересчете на единицу продукта резко повышается.

Однако использование данного метода для получения сухой барды для кормов животных требует повышенных энергозатрат.

Установка для осуществления указанного способа включает в себя систему механического разделения суспензии фильтрацией, многокорпусную выпарку, сушильный комплекс. Это основные блоки оборудования, которые позволяют получить сухую барду.

Установка, используемая для осуществления рассмотренного способа характеризуется весьма высокой сложностью и металлоемкостью, что приводит к значительным капитальным и эксплуатационным затратам.

Кроме этого рассмотренный способ и установка характеризуются значительными экологически грязными стоками.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является устранение перечисленных недостатков, сокращение энергозатрат, улучшение экологических характеристик с получением продукта с повышенными питательными свойствами.

За счет специальной обработки послеспиртовой барды осуществляется обогащение барды белком, биологически активными веществами, ферментами и освобождение выводимой из технологии жидкой фазы от растворимых органических веществ.

Это достигается тем, что в способе сушки суспензии послеспиртовой барды с получением кормопродукта, предусматривающем фильтрацию и сушку, перед фильтрацией осуществляют анаэробную ферментацию путем последовательного воздействия на компоненты барды комплекса ферментов и кислотообразующих бактерий с получением культуральной жидкости, содержащей белки и аминокислоты, клетчатку, микробную биомассу и биологически активные вещества, обладающие высокой фильтрующей способностью и бактерицидными и фунгицидными свойствами, фильтрацию проводят с получением осадка белкового кормопродукта влажностью 25 - 50% и фильтрата, содержащего органические вещества в пределах допустимых величин биологического и химического потребления кислорода, сушку проводят при температуре продукта t_п ≅ 90^oC с получением сыпучего продукта с влажностью 5 - 25%, обладающего бактерицидными свойствами.

Кроме того, при использовании кормопродукта для кормления птиц и свиней послефильтрационный осадок белкового кормопродукта смешивают с молотым зерном злаковых, отрубями в соотношении в пересчете на абсолютно сухое вещество 1 : 9.

Кроме того, при использовании кормопродукта для кормления крупного рогатого скота, овец, лошадей послефильтрационный осадок белкового кормопродукта смешивают с композицией из зерна, мукомольными отходами, мякиной, резанными сеной и соломой в соотношении 1 : 3.

Кроме того, при использовании кормопродукта для кормления рыб послефильтрационный осадок белкового кормопродукта смешивают с композицией из зерна, мукомольными отходами, мякиной, резанными сеной и соломой в соотношении 1 : 2,5.

Кроме того, окончательную доводку кормопродукта поваренной солью и микроэлементами производят непосредственно на месте кормления.

Кроме того, фильтрат технологически используют в качестве хладоагента при термостатировании ферментации и охлаждении барды перед подачей ее на ферментацию, а затем разделяют на два потока в соотношении 1 : 2, первый поток используют для приготовления замеса в спиртовом производстве, а второй - для мойки оборудования.

Указанный технический результат достигается тем, что установка для осуществления указанного способа, включающая фильтр и сушилку снабжена теплообменником для отбора тепла послеспиртовой барды, ферментом или блоком ферментеров, дозирующим регулятором ферментов и бактерий, коллектором фильтрата, внутри сушилки расположены полости для подвода тепла, каждый из ферментеров снабжен теплообменными каналами и гидравлическим насадком для циркуляции рабочей жидкости, при этом основные аппараты установлены в следующей технологической последовательности: теплообменник для отбора тепла послеспиртовой барды, ферментер или блок ферментеров, фильтр, коллектор фильтрата, сушилка.

Кроме того, установка снабжена установленным на входе в сушилку питателем кормовых добавок.

Кроме того, установка снабжена уплотнителем-формователем готового продукта, соединенного с выгрузкой сушилки.

На фиг. 1 представлена технологическая блок-схема заявляемого способа сушки послеспиртовой барды; на фиг.2 - установка для осуществления способа; на фиг.3 - зависимость кислотности культуральной жидкости от температуры.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Послеспиртовая барда, поступающая из спиртового производства, содержит в своем составе в среднем 7 - 8,4% сухих в том числе (в пересчете на абсолютно сухое вещество - а.с.в.), %: Углеводы - 7,9 - 9,0 Крахмал - 4,3 - 6,0 Клетчатка - 4,3 - 6,0 Пентозаны - 5,8 - 6,0 Гемицеллюлозы - 24,5 - 21,6 Зола - 5,8 - 6,0 Жир - 7,2 - 8,4 Азотистые в-ва в пересчете на белок - 27 - 29,9 Экстрактивные безазотистые вещества - 10,5 - 15,15
Кислота молочная (пропионовая) - 2,9 - 2,0
Витамины и биологически активные в-ва - 0,006
Микроэлементы - 0,05
Предлагается способ предварительной подготовки барды с целью рационального использования содержащихся в ней полезных компонентов в качестве кормового продукта, обогащения барды белком, биологически активными веществами, витаминами, ферментами и освобождение фильтрата барды от растворимых органических веществ, позволяющего повторное использование части фильтрата и сброс остального количества в очистные сооружения без очистки. Кроме того способом предусматривается обеспечение возможности длительного хранения получаемого кормового продукта и фильтрата, и защиту их от микробиологической порчи, а также создание благоприятных экологических условий для производства и окружающей среды.

Достижение поставленной цели обеспечивается обработкой барды комплексом ферментов и кислотообразующих бактерий в условиях, при которых осуществляется расщепление высокомолекулярных компонентов, за счет чего снижается вязкость барды и обеспечивается высокая фильтрующая способность, полное использование микроорганизмами всех компонентов среды и дополнительное обогащение ее кислотами, белками, ферментами, витаминами и другими биологически активными веществами, синтезируемыми в процессе метаболизма, что приводит к обогащению целевого кормового продукта и практически полной очистке сбрасываемого фильтрата и возможности повторного использования.

Для обработки послеспиртовой барды используется комплекс ферментных препаратов, обладающих целлюлолитическим, пектолитическим и протеолитическим действием, и кислотообразующие микроорганизмы.

В качестве комплекса ферментных препаратов можно использовать как мультиэнзимные композиции соответствующего состава, так и индивидуальные препараты.

В качестве кислотообразующих микроорганизмов можно использовать молочнокислые, пропионовокислые, уксуснокислые бактерии или их смеси.

За счет действия протеолитических ферментов типа "Амилоризин" происходит расщепление высокомолекулярных белков и крахмала до компонентов с низкой степенью полимеризации, что обеспечивает снижение вязкости среды.

Действие целлюлолитических и пектолитических ферментов типа "Целловиридина" и "Пектофоетидина" приводит к расщеплению клетчатки, пентоз, гемицеллюлоз до более низкомолекулярных компонентов легко усвояемых животными и способствующих снижению вязкости среды.

За счет жизнедеятельности кислотообразующих бактерий среда обогащается кислотами, витаминами, ферментными системами, аминокислотами, продуктами метаболизма и клетками бактерий, что приводит к повышению кормовой и питательной ценности получаемого продукта. За счет нарощенной биомассы бактерий корм обогащается полноценным белком. Прирост биомассы происходит за счет потребления растворимых углеводов, белков, пентозанов и др. компонентов, что приводит к освобождению жидкой фазы от органических примесей. Образующиеся при этом органические кислоты - пропионовая, молочная, уксусная или их смеси, в зависимости от используемого продукта, выполняют роль защитного фактора или консерванта против посторонней микрофлоры, являясь антагонистом большинства микроорганизмов различных таксономических групп. Защитное и консервирующее, бактерицидное и фунгицидное действие кислот обеспечивает сохранность получаемого продукта во влажном состоянии (как твердой так и жидкой фазы), снижение обсемененности продукта и защиту водоемов, почвы, воздуха окружающей среды.

За счет избирательного воздействия составленного комплекса ферментов и бактерий на перерабатываемую среду создается в целом последовательный процесс расщепления высокомолекулярных компонентов с последующим обогащением кислотами, белками, витаминами и др. Эти процессы протекают особенно эффективно при температурном режиме

Процесс ферментационной и бактериальной переработки происходит с выделением тепла в количестве Термостатирование рабочего объема ферментации в пределах вышеуказанных температур осуществляется за счет отбора тепла фильтратом (см. ниже) через теплообменные поверхности ферментационного аппарата.

Полученный кормовой продукт в виде культуральной жидкости подвергается разделению на две фазы путем фильтрации.

Твердая фаза (осадок белкового кормопродукта влажностью 25 - 50%), содержащая полезные компоненты питательной среды, биомассу бактерий, белки, направляется на сушку и получение обогащенного корма. Жидкая фаза, содержащая минимальное количество белков, углеводов и до 1% органических кислот (pH - 4,5 - 5,5) используется в качестве оборотной охлаждающей, а затем греющей жидкости в данной технологии, после чего возвращается в спиртовое производство на технологические цели или используется для регулирования pH сточных вод (подкисления или подщелачивание в зависимости от характеристики сточных вод всего производства).

Возможность стабильной фильтрации системы без зарастания фильтрующих поверхностей, а также возможность весьма высокой степени обезвоживания до ω_н = 35%, является одним из основных достоинств заявленного способа.

Получение в результате ферментационного этапа культуральной жидкости, не содержащей жиросодержащих компонентов и слизеобразных структур создает достаточно пористую и хорошо фильтруемую структуру осадка при практическом отсутствии потерь продукта с фильтратом.

Отбирая основное количество влаги, 93 - 97%, от всей удаляемой влаги механическим путем, экономится огромное количество тепловой энергии, а весь процесс в целом становится энергетически низкозатратным, что и обеспечивает его экономическую эффективность.

Способ предусматривает возможность получения осадка с различной степенью влажности.

Низкие значения влажности ω_к.ф ≈ 35% достигаются, как правило, для тех случаев, когда конечной целью является либо получение готового продукта с низкой влажностью ω_к = 5 - 10%, либо получение кормовой добавки с ограниченным замешиванием дополнительных кормовых добавок к белковому кормопродукту при достижении конечной влажности продукта до ω_к = 25%, для использования его в неотдаленных регионах и при отключенной сушильной стадии процесса.

Высокие значения влажности ω_к.ф ≈ 50% используются, как правило, в тех случаях, когда предусмотрено получение готового продукта с влажностью 10% < ω_к ≅ 25% с добавлением на стадии послефильтрационного замешивания максимально целесообразного количества кормовых компонентов для получения комплексных и сбалансированных кормов. В последнем случае только поваренная соль и микроэлементы добавляются на откормочных пунктах непосредственно перед кормлением, чтобы исключить коррозионное воздействие хлор-ионов в составе влажных продуктов и влияние микроэлементов, разрушающих бактерицидные свойства получаемых по данному способу кормов при их хранении во влажном состоянии.

В этом случае использование тепловой энергии на последней стадии также не является обязательным, что минимизирует энергозатраты, обеспечивая высокие кормовые достоинства получаемого продукта и возможность его продолжительного хранения за счет бактерицидных свойств, приобретенных при ферментации.

Процесс фильтрования может осуществляться при различных параметрах (под вакуумом или под давлением) и условиях фильтрования (через полотно, намывной слой и сочетанием этих вариантов).

После фильтрации твердая фаза (осадок) направляется на окончательное обезвоживание в сушильную ступень процесса, уже как влажный белковый кормопродукт (БКП).

Цель данного этапа: сократить конечную влажность продукта до 5 - 10%, не допуская нагрев самого продукта свыше температуры 90^oC, являющейся максимально допустимой для сохранения белковых и других полезных составляющих.

Поставленная цель достигается тем, что поверхности сушильного аппарата обогреваются фильтратом после использования его в ферментере и теплообменнике охлаждения барды и нагретом до температуры 85 - 90^oC. Таким образом поверхности сушилки как наиболее рискованные зоны для перегрева продукта не могут, как видно, вызывать перегрев продукта сверх 90^oC. При этом количество удаляемой влаги из продукта на стадии сушки за счет упомянутой рекуперации тепла составляет до 30% от всей испаренной влаги на этой стадии процесса.

Остальная влага удаляется газообразным сушильным агентом, нагретым в отдельном теплогенераторе и поданным в сушильный аппарат в зону загрузки осадка белкового кормопродукта.

В данном способе сушки перегрев продукта исключается за счет организации прямотока сушильного агента и продукта в сушильном аппарате.

Газовый сушильный агент (например, дымовые газы, нагретый воздух и т.п.) обеспечивает конвективную передачу тепла продукту и одновременный отвод водяных паров из сушильного объема.

Совместно с этим высушиваемый продукт подвергается перемешиванию в сушильном объеме, что обеспечивает равномерность температурной обработки и интенсифицирует процесс за счет увеличения поверхности тепло-массопереноса.

Отработанный сушильный агент поступает на сухую пылеочистку, а затем выбрасывается в атмосферу.

Сухой продукт выгружается и поступает либо на упаковку, либо на уплотнение и формование.

Последняя операция связана с тем, что на выходе из сушильной ступени продукт имеет весьма низкую насыпную массу, что может потребовать дополнительный упаковочной тары и повышенных затрат на перевозку.

С целью сокращения упомянутых расходов и для учета требований потребителей к готовому продукту сухой продукт из сушилки подвергается уплотнению и формованию в виде гранул, рулонов, пакетов и др. форм, удобных для хранения, транспортирования и применения.

Установка для осуществления способа сушки послеспиртовой барды показана на фиг.2 и включает следующее основное оборудование.

Насос 1 для подачи послеспиртовой барды на переработку.

Теплообменник 2 для охлаждения исходной барды, состоящий из полостей для прохода барды по одному каналу и для прохода охлаждающего фильтрата по смежному каналу.

Бак 3 предназначен для приготовления комплекса ферментов и кислотообразующих бактерий, а дозирующий регулятор ферментов 4 - для управляемого ввода этой среды в объем перерабатываемой жидкости.

Ферментер, или блок ферментеров, 5, каждый из которых снабжен гидравлическим насадком 6 и теплообменными каналами 7. Ферментер 5 (ферментеры) может быть периодического или непрерывного действия. При установке нескольких ферментеров периодического действия они устанавливаются параллельно, при установке нескольких ферментеров непрерывного действия - последовательно.

Гидравлический насадок 6 обеспечивает циркуляцию жидкости в объеме ферментера 5 для выравнивания условий и параметров ферментации.

Теплообменный канал 7 в виде рубашки или внутренних устройств служат для отбора тепла, выделяемого при ферментации, обеспечивая оптимальный заданный температурный режим. На фиг. 2 показан блок ферментеров 5, состоящий из 2-х последовательно расположенных аппаратов непрерывного действия с промежуточным насосом 8.

Питательный насос 9 служит для подачи культуральной жидкости к фильтру 10.

Фильтр 10 представляет собой комплексный агрегат, включающий систему формирования осадка и фильтрования (под давлением или вакуумом), систему съема осадка, систему промывки фильтровальной ткани и др.

Линия отвода фильтрата и промывной воды связана с коллектором 11 фильтрата, один основной штуцер, которого связан с охлаждающей полостью теплообменника 2, а второй - с технологическими коммуникациями производства: для мойки оборудования, нейтрализации стоков и т.п.

Транспортер 12 соединяет узел выгрузки осадка из фильтра и питатель сушилки 13.

Сушилка 14 снабжена перемешивающим устройством 15 и обогреваемыми полостями 16.

Конструктивное исполнение сушилки может быть различным. Например, в виде вращающегося барабана с насадками, обеспечивающими перемешивание и последовательное перемещение белкового кормопродукта от загрузки к выгрузки. В этом случае рекуперация тепла исходной барды осуществляется в специальном теплообменнике для нагрева воздуха перед подачей его в теплогенератор 18. На фиг. 2 показан вариант стационарного корпуса сушилки 12 с греющей рубашкой 16, размещенной на корпусе. Перемешивающее устройство 13 представляет собой два лопастных вала, вращающихся навстречу друг другу и служащих для перемешивания продукта, создания развитой поверхности тепло-массообмена и перемещения продукта от загрузки к выгрузке. На корпусе сушилки 14 на ее входе расположен питатель 17 кормовых добавок, добавляемых к БКП для приготовления комплексного кормопродукта.

Теплогенератор 18, работающий, например, на природном газе, снабжен вентилятором 19 для подачи воздуха на горение и смешение, системой подвода к горелке природного газа и предназначен для образования газообразного сушильного агента.

В качестве теплогенератора могут быть использованы также паровой или электрический калориферы, или мазутная топка с воздухоподогревателем. В этом случае в качестве сушильного агента используется воздух.

Узел сухой пылеочистки 20 (циклон, фильтр) служит для улавливания унесенной из сушилки пыли, а хвостовой вентилятор 21 - для сброса отработанного и очищенного сушильного агента в атмосферу.

Бункер 22 сбора сухого БКП представляет собой цилиндроконическую емкость с нижней разгрузкой продукта, либо на упаковку 23, либо на уплотнитель-формователь 24 готового продукта.

Способ и установка действуют следующим образом.

Исходная послеспиртовая барда с температурой 95^oC и с концентрацией 6 - 8% насосом 1 подается в поверхностный теплообменник 2. Охлаждающей средой в теплообменнике является фильтрат культуральной жидкости, поступающий в теплообменник с температурой 30^oC.

За счет противоточного движения бардяная суспензия охлаждается до температуры 40^oC и поступает под небольшим напором в ферментер.

Фильтрат, нагретый в теплообменнике до температуры 90 - 92^oC направляется для теплоиспользования в обогревающую полость сушилки.

Охлаждение барды необходимо, во-первых, для ее температурной подготовки к процессу ферментации и, во вторых - для утилизации весьма значительного количества тепла, аккумулированного в потоке послеспиртовой барды. Охлажденная бардяная суспензия поступает на ферментацию.

Авторами определено, что максимальный эффект микробиологической переработки полезных компонентов барды достигается использованием комплекса ферментов и кислотообразующих бактерий. Приготовление необходимого состава этих реагентов осуществляется в баке 3, а затем в виде жидкофазной системы дозируется регулятором ферментов 4 в ферментатор.

Эффективное протекание процесса ферментации определяется тремя главными условиями.

1. Составом и количеством ферментно-бактериальной композиции.

2. Температурный режим.

3. Режимом перемешивания.

С этой целью ферментер (ферментеры) 5 снабжен теплообменными каналами 7 и гидравлическим насадком 6. Процесс ферментационной и кислотнобактериальной обработки бардяной суспензии можно условно разделит на два последовательных этапа: на первом - происходит расщепление высокомолекулярных соединений при температуре объема ≈ 40^oC, на втором - обогащение легко усвояемыми белками, кислотами, витаминами при температуре ≈ 30^oC.
Термостатирование первого и второго "этапов" обеспечивается путем подачи фильтрата от коллектора фильтрата 11 в теплообменные каналы 7 последовательно от последнего (по ходу продукта) до первого ферментеров, т.е. движение продуктовой среды и охлаждающего фильтрата организовано противоточно.

Экзотермический эффект процесса ферментации составляет q ≈ 200 кДж на 1 кг твердой фазы в исходной суспензии.

Подобное тепловыделение удается компенсировать подачей фильтрата и обеспечить оптимальные температурные условия. На фиг. 3 показано экспериментальное обоснование вышеуказанных температурных параметров. При этих условиях скорость и полнота переработки полезных компонентов барды, характеризуемая показателями кислотности, максимальна.

Гидравлический насадок 6 за счет кинетической энергии потока барды обеспечивает циркуляционное перемешивание среды в объеме ферментера при одновременном смешивании с упомянутыми выше реагентами. Использование гидравлического насадка 6 позволяет организовать перемешивание без подвода внешних источников перемешивания, что позволяет наиболее экономно выравнивать концентрационные и температурные поля в объеме ферментера и обеспечить требуемые результаты переработки без проскока непрореагировавших порций.

В процессе обработки ферментами и кислотообразующими бактериями барда превращается в культуральную жидкость с высоким содержанием легкоусвояемых белков - 46,6 - 49%, увеличенным содержанием аминокислот - 4,8 - 5,65%, витаминов - до 127,5 мг % на абсолютно сухое вещество.

Кроме того, практически переработка жиров и других компонентов с высоким сопротивлением к диффузии влаги, создает среду с высокой фильтрационной способностью и, одновременно, удерживающей способность в условиях "грубой" фильтрации при использовании традиционных вакуумных, барабанных, ленточных, карусельных фильтров, фильтр-прессов, рамных и др. конструкций фильтровальных установок с тканевым фильтровальным материалом, намывным слоем или их сочетанием.

Высокая проницаемость осадка позволяет весьма эффективно обезвоживать культуральную жидкость, доводя влажность осадка до 25%. При этом, что весьма важно, фильтрующая способность ткани сохраняется в течение длительного времени, что явилось следствием по данному способу на стадии ферментации переработки барды.

Кроме того, в результате воздействия бактерий культуральная жидкость приобретает не только питательные свойства, но и бактерицидные и фунгицидные свойства, которые сохраняются как у твердой фазы, так и у фильтрата.

Как будет показано ниже, эти качества белкового кормопродукта и фильтрата позволяют упростить аппаратурное оформление процесса и удешевить получение готового продукта.

После фильтра 10 фильтрат через насос поступает в коллектор фильтрата 11. В процессе фильтрации и промывки фильтрующего полотна происходит заметное падение температуры жидкой фазы, особенно при вакуумной фильтрации. Температура фильтрата опускается с 30^oС до ≈ 25^oC.
Высокая чистота фильтрата, низкое содержание в нем органики при отсутствии жировых соединений, бактерицидные свойства и пониженная температура позволяет использовать фильтрат в технологии для термостатирования ферментов 5 и охлаждения исходной барды с 90 до 40^oС в теплообменнике 2, а затем после нагрева в теплообменнике - в качестве дополнительного теплоносителя.

Осадок белкового кормопродукта с фильтра 10 поступает на транспортер 12, а с его помощью к загрузочному устройству 13 сушильного аппарата.

Блок сушки работает следующим образом. Влажный БКП с влажностью 25 - 50% поступает через загрузочное устройство 13 в сушилку 14, где по мере его продвижения к выгрузке высушивается до конечной влажности 5 - 10%.

Необходимая тепловая энергия поступает в сушилку двумя путями. Основное количество тепла до 70 - 80% подается в виде газообразного сушильного агента, который получается, например, в теплогенераторе сжиганием природного газа, как показано на фиг. 2.

Сушильный агент поступает в сушилку в зоне загрузки влажного продукта и в режиме прямотока с обрабатываемым продуктом проходит в объеме сушилки к выпускному отверстию отработанного сушильного агента.

Дополнительная тепловая энергия поступает в рубашку 16 (или иные встроенные теплообменные каналы) сушилки 14 от нагретого в теплообменнике 2 фильтрата. Тепло фильтра, имеющего температуру перед сушилкой 85 - 90^oС утилизируется путем кондуктивной теплопередачи через стенку аппарата в его нижней части, т.е. в зоне наиболее концентрированного расположения продукта.

Для интенсификации тепло-массообмена в сушилке она снабжена перемешивающим устройством 15. В варианте, изображенном на фиг. 2 в нижней зоне корпуса сушилки размещены две горизонтальные мешалки, вращающиеся в противоположных направлениях к центру, образуя в центральной части аппарата механически взвешенный слой. Лопасти мешалки могут поворачиваться вокруг оси их крепления. Сочетание отрегулированного угла поворота лопаток с величиной скорости поступательного движения сушильного агента обеспечивает требуемое время пребывания продукта в сушильном аппарате до полного его высушивания.

Использование кондуктивного подвода тепла позволяет, во-первых, утилизировать технологически избыточное тепло фильтрата, а, во-вторых, сократить расход газообразного сушильного агента и связанные с этим затраты топлива и эл.энергии. Нижеследующими примерами показано, что это снижение затрат может составить до 30%. Сушилка работает под небольшим разрежением.

Отработанный сушильный агент отсасывается хвостовым вентилятором 21, предварительно пройдя систему сухого обеспыливания 20.

Аппаратурным решением данной системы могут быть группа циклонов или рукавный фильтр, или их сочетание.

Теплоиспользованный фильтрат частично использоваться может при замесе в спиртовом производстве, что сокращает водопотребление, а частично - для технологических нужд типа мойки оборудования, регулирования pH сточных вод и др.

Фильтрат является биологически и химически чистой жидкостью, удовлетворяет требованиям БПК и ХПК, но обладает кислой реакцией (pH 5).

Сухой продукт выгружается в бункер 22, а затем либо направляется на упаковку 23, либо на последнюю операцию уплотнения и формования в соответствующее устройство уплотнитель-формователь готового продукта 24.

Заявленными способом и установкой предусматривается вариант технологии когда целевым продуктом является не сухой белковый кормопродукт БКП, а его сочетание с другими кормовыми составляющими, в результате чего получается сбалансированный по питательным компонентам кормопродукт.

Например, для корма птиц и свиней влажный БКП (осадок с фильтра) смешивается с молотым зерном злаковых, отрубями в соотношении 1 : 9 в пересчете на абсолютно сухое вещество.

При влажности осадка БКП 25% после смешения с дополнительными компонентами будем иметь влажность 13% при влажности БКП 50%, соответственно - 17%.

Очевидно, что в этих условиях, принимая во внимание бактерицидные и фунгицидные свойства продукции и способность ее к продолжительному хранению, сушка продукта не является необходимой, сушилка в этом случае используется как смеситель.

Для крупного рогатого скота, овец, лошадей содержание БКП относительно возрастает. Соотношение БКП с дополнительными кормовыми компонентами (зерном, мукомольными отходами, мякиной, резанными сеном и соломой и др.) составляет 1 : 3 в пересчете на а.с.в.

В этом случае аналогично предыдущему, влажность композиции на позиции на входе в сушилку составит: при влажности БКП 25 - 18%, при влажности БКП 50 - 25%.

Аналогичным образом реализуется и подготовка комплексного корма для рыб. В последнем случае упомянутое выше соотношение для получения сбалансированного корма составляет 1 : 2,5, что дает практически тот же результат, что и в случае для крупного рогатого скота.

Таким образом верхняя граница влажности готового комплексного корма за счет смешения и без использования подсушивания составляет 25%.

В этом случае сравнительно высокое содержание кормовых питательных веществ на единицу общей массы продукта весьма велико (75% и выше).

Поэтому стоимость транспортирования практически не возрастает, а себестоимость производства кормопродукта уменьшиться, т.к. исключены затраты на сушку.

Предложенный способ предусматривает как получение сухого продукта с конечной влажностью ω_к = 5 - 10%, так и увлажненного продукта с ω_к до 25%, а также получение либо белкового кормопродукта на основе барды, либо комплексного корма, состоящего из смеси БКП с другими ценными кормовыми компонентами в том же диапазоне влажностей. Это обеспечивает экономичность технологии и возможность ее широкого практического применения для получения высокоценных белковых, витаминизированных и экологически чистых кормов.

Пример 1. Стадия охлаждения исходной барды перед поступлением на ферментацию.

10 т/ч послеспиртовой барды с температурой 95^oС поступает в поверхностный теплообменник для охлаждения до температуры 40^oС. В смежные полости противотоком поступает охлаждающая жидкость, например, фильтрат с начальной температурой 30^oС и конечной 92^oС. Для обеспечения этих условий требуется ≈ 8,8 т/ч охлаждающей жидкости.

Пример 2. Стадия ферментационной обработки послеспиртовой барды.

Послеспиртовая барда, охлажденная до 40^oС, поступает в ферментер и обрабатывается комплексом ферментов в количестве 6 - 36 ед. на один грамм соответствующего субстрата (при меньших дозировках процесс замедляется, а при большей - становится неэкономичным) и кислотообразующими бактериями, 5 - 30% посевного материала которого вносится в начале производства и специально подготавливается в отдельном аппарате, а затем оставляется от предыдущих циклов.

При меньшей концентрации увеличивается лаг-фаза бактерий, при больших концентрациях - процесс неэкономичен. Процесс проводят таким образом, что первая половина (по времени) осуществляется при температуре ≈ 40^oC, а вторая ≈ 30^oC. При меньших температурах процесс неоптимален по степени и скорости переработки компонентов, при более высокой происходит инактивация и замедление процесса. Время обработки при оптимальном составе ферментов и бактерий 24 - 36 часов при условии неинтенсивного перемешивания.

Одним из характерных показателей процесса ферментационной и бактериологической переработки барды в культуральную жидкость является кислотность. На фиг. 3 показано, что экстремум зависимости кислотности от температуры приходится на диапазон 30 - 40^oС.

При перемешивании удаляется образующийся газ CO₂ и усредняется обработка рабочей среды.

Если процесс проводят менее 24 часов, в жидкой фазе остаются органические вещества, если более 36 часов - происходит накопление кислоты, увеличение ее концентрации более 1% и сдвиг pH в сторону сильно кислой реакции.

Стадии ферментационной обработки сопровождается выделением тепла при средней величине q = 220 кДж/кг.тв.

Концентрация послеспиртовой барды - 7%, количество барды - 10 т/ч. Количество выделяемого тепла в процессе ферментации ΔQ_ф = 220·700 - 154000 кДж/кг - 36754 ккал/ч.

Для термостатирования процесса в пределах заданных температурно-временных параметров используется фильтрат в количестве 8800 кг/ч при начальной температуре 25^oС.

Тогда температура фильтрата при противоточном его движении в теплообменных полостях ферментеров составит

что близко к условиям примера 1.

Примеры 1 и 2 количественно подтверждают возможность использования фильтрата для термостатирования стадии ферментации и охлаждения исходной барды в теплообменнике.

Процесс переработки ферментами и бактериями компонентов зерновой барды приводит к резкому увеличению белковой составляющей, повышению содержания витаминов и, в частности, такого важного как B₁₂.

Например, при переработке зерновой барды в культуральную жидкость состав изменяется следующим образом (см. таблицу).

Как видно, количество белка возросло более чем в 1,5 раза и приблизилось по этому показателю к кормовым дрожжам, малоусвояемые клетчатки (пентозаны и гемицеллюлозы) переведены в усвояемые формы экстрактивных безазотистых веществ.

Весьма ценным является состав витаминов в готовом продукте (в пересчете на а.с.в.), мг/кг:
Тиамин - 43,1
Рибофлавин - 100,0
Никотиновая к-та - 350,0
Пентотеновая к-та - 330,0
Пиридоксин - 42,0
Фолиевая к-та - 3,2
Витамин В₁₂ - 450,0
Пример 3. Стадия фильтрования.

Культуральная жидкость в количестве 10 т/ч с влажностью 93% поступает на фильтр.

Конечная влажность осадка кормопродукта составляет 25 - 50%.

Количество фильтрата (практически чистая вода), удаляемое на фильтре, составляет, соответственно, 8920-8600 кг/ч, а количество осадка - 1080-1400 кг/ч.

Как видно, количество фильтрата соответствует расходу фильтрата-хладоагента в примерах 1 и 2, т.е. процесс балансируется и дополнительного хладоагента для снижения температуры барды и термостатирования ферментеров не требуется.

Пример 4. Стадия сушки.

В случае сушки наиболее влажного осадка с влажностью 50% до конечной влажности 10% необходимо удалить 620 кг/ч воды.

Для удаления этого количества воды требуется тепловой энергии в количестве
ΔQ_c = 1200·620 = 744000 ≈ 750000 ккал/ч.
Фильтрат, нагретый в теплообменнике до температуры 92^oС, поступает в рубашку внизу корпуса сушилки противотоком движения продукта. В этом случае конечную температуру фильтрата можно довести до 65^oС, что позволит передать сушильному объему 220000-240000 ккал/ч. Как видно, это ≈ 30% всего требуемого количества тепла для сушки продукта.

Утилизация тепла фильтрата на стадии сушки еще более улучшает энергетические показатели заявленного способа.

Остальное количество тепла поступает извне путем, например, сжигания природного газа.

Это количество газа при средней его теплотворной способности Q^н_p = 10000 ккал/кг равно

Сопоставляя это количество с расходом топлива для прототипа (см. стр. 5, G_топл = 630 кг/ч), видно, что предлагаемый способ сокращает потребление топлива более чем в 10 раз.

Приведенные примеры реализации подтверждают основные положения заявленного способа и устройства: новый "Способ сушки послеспиртовой барды" характеризуется получением белкового продукта с высокой питательной ценностью при минимизированных энергозатратах и экологически чистой технологии.

Литература
1. Денщиков М. Т. "Отходы пищевой промышленности и их использование", изд.2. Пищепромиздат, Москва, 1963 г.

Формула изобретения

1. Способ сушки суспензии послеспиртовой барды с получением кормопродукта, предусматривающий фильтрацию и сушку, отличающийся тем, что перед фильтрацией осуществляют анаэробную ферментацию путем последовательного воздействия на компоненты барды комплекса ферментов и кислотообразующих бактерий с получением культуральной жидкости, содержащей белки, аминокислоты, клетчатку, микробную биомассу и биологически активные вещества, обладающие высокой фильтрующей способностью и бактерицидными и фунгицидными свойствами, фильтрацию проводят с получением осадка белкового кормопродукта влажностью 25 - 50% и фильтрата, содержащего органические вещества в пределах допустимых величин биологического и химического потребления кислорода, сушку проводят при температуре продукта t_n ≅ 90^oC с получением сыпучего продукта с влажностью 5 - 25%, обладающего бактерицидными свойствами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании кормопродукта для кормления птиц и свиней послефильтрационный осадок белкового кормопродукта смешивают с молотым зерном злаковых, отрубями в соотношении в пересчете на абсолютно сухое вещество 1 : 9.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании кормопродукта для кормления крупного рогатого скота, овец, лошадей послефильтрационный осадок белкового кормопродукта смешивают с композицией из зерна, мукомольными отходами, мякиной, резанными сеном и соломой в соотношении 1 : 3.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании кормопродукта для кормления рыб послефильтрационный осадок белкового кормопродукта смешивают с композицией из зерна, мукомольными отходами, мякиной, резанными сеном и соломой в соотношении 1 : 2,5.

5. Способ по любому из пп.2 - 4, отличающийся тем, что окончательную доводку кормопродукта поваренной солью и микроэлементами производят непосредственно на месте кормления.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фильтрат технологически используют в качестве хладагента при термостатировании ферментации и охлаждении барды перед подачей ее на ферментацию, а затем разделяют на два потока в соотношении 1 : 2, первый поток используют для приготовления замеса в спиртовом производстве, а второй - для мойки оборудования.

7. Установка для сушки суспензии послеспиртовой барды, включающая фильтр и сушилку, отличающаяся тем, что она снабжена теплообменником для отбора тепла послеспиртовой барды, ферментером или блоком ферментеров, дозирующим регулятором ферментов и бактерий, коллектором фильтрата, внутри сушилки расположены полости для подвода тепла, каждый из ферментеров снабжен теплообменными каналами и гидравлическим насадком для циркуляции рабочей жидкости, при этом основные аппараты установлены в следующей технологической последовательности: теплообменник для отбора тепла послеспиртовой барды; ферментер или блок ферментеров; фильтр; коллектор фильтрата; сушилка.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что она снабжена установленным на входе в сушилку питателем кормовых добавок.

9. Установка по любому из пп.7 и 8, отличающаяся тем, что она снабжена уплотнителем-формователем готового продукта, соединенным с выгрузкой сушилки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4