Введение
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛОВОГО СПИРТА ИЗ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ 25
1.1. Характеристика зернового сырья и его подготовка к производству 25
1.1.2. Измельчение и водно-тепловая подготовка зерна 30
1.1.3. Тепловая обработка зерна (разваривание) 35
1.2. Общие сведения о процессах ферментативного гидролиза
(осахаривания) крахмала в спиртовом производстве 43
1.2.1. Применяемые ферментные препараты 45
1.2.2. Механизм биохимической деструкции крахмала, состав осахаренного сусла 53
1.3. Основные характеристики процесса сбраживания углеводов на
этанол 60
1.3.1. Технико-экономические показатели процесса брожения 60
1.3.2. Принципиальные технологические схемы получения этанола... 65
1.3.3. Получение этанола с помощью иммобилизованных культур микроорганизмов 70
1.3.4. Особенности и основные закономерности биосинтеза
этанола 81
1.4. Экологические проблемы спиртового производства. Основные
технологии утилизации послеспиртовои барды из зернового сырья.... 99
1.4.2. Сточные воды спиртовых заводов, потребление и очистка 106
1.4.3. Сивушная и головная фракции этилового спирта и их утилизация , 117
ВЫВОДЫ 124
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ И ОСАХАРИВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ ЗАТОРОВ 125
2.1. Изучение вязкостных характеристик заторных масс 125
2.1.1. Лабораторная установка для определения эффективной вязкости зерновых заторов и осахариваемого сусла 126
2.1.2. Изучение динамики изменения вязкости при нагревании зерновых замесов с различными гидромодулями 132
2.1.3. Динамика изменения вязкости зерновых замесов приготовленных из различных фракций помола 133
2.1.4. Вязкостные характеристики зерновых замесов при внесении ферментов для разжижения замесов 135
2.1.5. Изменение эффективной вязкости зерновых замесов при осахаривании разваренной массы амилолитическими ферментными препаратами 138
2.2. Разработка режимов фракционирования зернового сусла с целью
уменьшения потерь сбраживаемых углеводов с дробиной и ее
утилизация 141
2.2.1. Исследование влияния продолжительности центрифугирования на эффективность разделения зернового сусла 143
2.2.2. Исследование влияния фактора разделения на выход осветленного сусла и влажность твердого осадка 145
2.2.3. Влияние гидромодуля на выход осветленного сусла и дробины 147
2.2.4. Определение эффективности разделения сусла в зависимости от фракции помола, идущей на его приготовление 149
2.3. Изучение влияния Протосубтилина Г1 Ох на выход осветленного
сусла при разваривании помола различной крупности 152
2.3.1. Определение оптимального количества Протосубтилина Г10х, интенсифицирующего процесс получения осветленного зернового сусла 155
2.3.2. Исследование влияния времени действия Протосубтилина Г10х при приготовлении замеса на эффективность разделения сусла 156
2.3.3. Оптимизация процесса получения осветленного зернового сусла 157
2.4. Изучение влияния некоторых технологических параметров на
сокращение потерь сбраживаемых углеводов с дробиной 165
2.4.1. Зависимость эффективности промывки от температуры
используемой промывной воды 166
2.4.2. Влияние гидромодуля промывки на потери углеводов с дробиной 168
2.4.3. Изучение эффективности промывки твердой фазы сусла, полученного из помола различной крупности 169
2.4.4. Оптимизация режима промывки дробины 171
2.4.5. Математическая модель процесса получения осветленного зернового сусла 172
2.4.6. Оценка потерь сбраживаемых углеводов в процессах спиртового производства 181
ВЫВОДЫ 183
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ОБРАЗОВАНИЯ ЭТАНОЛА И ПРИМЕСЕЙ В ПРОЦЕССЕ СБРАЖИВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ УГЛЕВОДНОГО СЫРЬЯ 184
3.1. Изучение интенсивности сбраживания различных субстратов 187
3.2. Динамика накопления этилового спирта при сбраживании различных видов сусла 191
3.3. Накопление биомассы спиртовых дрожжей при сбраживании различных субстратов 194
3.4. Изменение концентрации примесей и их соотношения в зависимости от вида сбраживаемых углеводов 197
3.5. Изучение влияния Протосубтилина Г10х при приготовлении замеса на интенсивность брожения и показатели зрелой бражки 212
ВЫВОДЫ 217
ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕКОТОРЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА НАКОПЛЕНИЕ ЭТАНОЛА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ СБРАЖИВАНИЯ ОСВЕТЛЕННОГО ЗЕРНОВОГО СУСЛА 219
4.1. Изучение влияния различного количества засевных дрожжей на
эффективность сбраживания осветленного зернового сусла 219
4.1.1. Динамика изменения количества биомассы при сбраживании
h осветленного зернового сусла 221
4.1.2. Динамика накопления этилового спирта при сбраживании осветленного зернового сусла 223
4.1.3. Динамика накопления основных примесей и их соотношения
в процессе сбраживания осветленного зернового сусла 225
4.2. Влияние исходного рН сусла на эффективность сбраживания
осветленного зернового сусла 234
4.2.1. Интенсивность образования диоксида углерода при сбраживании осветленного зернового сусла 235
4.2.2. Динамика изменения концентрации биомассы дрожжей в процессе сбраживания осветленного зернового сусла 236
4.2.3. Динамика накопления этанола в процессе сбраживания
# осветленного зернового сусла с различными начальными
значениями рН 237
4.2.4. Определение зависимости накопления примесей и их
соотношения от различного начального рН осветленного
зернового сусла 238
4.3. Влияние различной температуры брожения на эффективность
сбраживания осветленного зернового сусла 243
4.3.1. Изучение интенсивности сбраживания осветленного зернового сусла 244
4.3.2. Динамика накопления биомассы спиртовых дрожжей в зависимости от температуры брожения 245
4.3.3. Влияние различной температуры брожения на накопление этилового спирта 246
4.3.4. Зависимость накопления примесей и их соотношения от
различной температуры брожения 247
4.4. Оптимизация параметров процесса брожения 250
ВЫВОДЫ 266
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ СБРАЖИВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ УГЛЕВОДОВ И ЗЕРНОВОГО ОСВЕТЛЕННОГО СУСЛА 268
5.1. Тепловыделение в процессах биосинтеза этанола 268
5.2. Изучение влияния некоторых факторов на интенсивность тепловыделения при ферментативном гидролизе крахмала и сбраживании основных продуктов гидролиза 274
5.2.1. Диссипация энергии при ферментативном гидролизе водорастворимого крахмала 274
5.2.2. физиологическое тепловыделение дрожжей при сбраживании некоторых моно, дисахаридов и их комплексов.. 276
5.2.3. Влияние минерального азотного питания на динамику изменения удельного тепловыделения дрожжей в процессе биосинтеза этанола 279
5.2.4. Влияние концентрации засевных дрожжей и минерального азотного питания на динамику тепловыделения при сбраживании осветленного зернового сусла 283
5.3. Математическая модель энергетических превращений в процессах
анаэробной утилизации углеводных субстратов 286
5.2.6. Оценка составляющих энергетического обмена при
сбраживании различных источников углеводов 295
ВЫВОДЫ 299
ГЛАВА 6. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА БИОСИНТЕЗА ЭТАНОЛА ДРОЖЖАМИ В УСЛОВИЯХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО БРОЖЕНИЯ 300
6.1. Выбор путей синтеза модели 300
6.2. Вывод основных уравнений математической модели 305
6.3. Модификация модели для условий избыточного количества ферментов 311
6.4. Модификация модели для условий избыточного питания 317
6.5.Анализ численного эксперимента 326
ВЫВОДЫ 348
ГЛАВА 7. РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ БЕЗОТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТАНОЛА ИЗ ОСВЕТЛЕНОГО ЗЕРНОВОГО СУСЛА 349
7.1. Утилизация твердой фазы - спиртовой дробины 349
7.1.1. Исследование физико-химических свойств дробины спиртовой, ее пищевой и биологической ценности 349
7.1.2. Изучение некоторых параметров сушки спиртовой дробины, сравнительная оценка энергозатрат для сушки спиртовой дробины и барды 355
7.1.3. Промышленная установка для сушки спиртовой дробины, устройство, конструкция 357
7.2.Разработка технологий утилизации головной и сивушной фракций этилового спирта 360
7.2.1.Технология получения стеклоочистителя "НАСТ" (схема описания) 360
7.2.2. Технология получения жидкого пятновыводителя 366
7.2.3. Технология получения клея «Эльбрус» 368
7.2.4. Получение жидкости для очистки замороженных поверхностей 371
7.3. Разделение ГФЭС с помощью перегонной установки 373
7.4. Технологическая схема производства этанола с разделением и осветлением зернового сусла (общая концепция схемы) 376
7.5. О возможности использования системы охлаждения головных бродильных аппаратов с помощью выносных пластинчатых теплообменников с тепломерами в качестве датчиков САР 380
7.6. Сравнительное исследование аминокислотного состава барды и бражки, а также их основных показателей загрязненности из осветленного и традиционного сусла, обоснование возможной утилизации кубового остатка на очистных сооружениях спиртовых заводов, а также в процессах рециркуляции 382
7.7. Исследование процесса получения этилового спирта дрожжами, иммобилизованными на твердом носителе 388
7.7.1. Влияние некоторых факторов на адсорбцию дрожжей на носителе 391
7.7.2. Влияние удельной поверхности и пористости носителя на адсорбцию дрожжей на носителе 391
7.7.3. Влияние величины рН и ионной силы раствора на адсорбцию дрожжей на носителе 392
7.7.4.Влияние концентрации дрожжей в растворе на их адсорбцию на носителе 393
7.7.5. Условия проведения эксперимента 393
7.7.6. Периодическое сбраживание среды с применением разных количеств активных сухих дрожжей 396
7.7.7. Исследование влияния скорости протока среды на биосинтез этанола иммобилизованными дрожжами 398
7.7.8. Исследование влияния концентрации исходной питательной среды и скорости ее протока на биосинтез этанола иммобилизованными дрожжами 399
7.7.9. Влияние концентрации этанола в среде и внутри дрожжевых клеток на биосинтез этанола 399
7.8. Использование ферментора мембранного типа для непрерывного осахаривания полисахаридов 401
7.9. Исследование возможности использования инжекционных * устройств в процессах перегонки 414
7.10. Разработка системы моделирования и оптимизации технологии
получения этилового спирта (консалтинговая система управления).. 424
7.10.1. Описание информационного обеспечения системы «ITM».... 427
7.10.2. Представление программной реализации системы «ITM» 432
7.11. Сравнительная оценка традиционной и разработанной
технологии переработки зернового сырья на этанол 437
ВЫВОДЫ 440
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 441
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 448
ПРИЛОЖЕНИЯ 482
