4. Вибір і характеристика мікроорганізмів-продуцентів

Для зброджування сусла спиртового виробництва використовують дріжджі Saccharomyces cerevisiae раси ХІІ, ХІІ-Т, К-81 та Shizosaccharomyces pombe 80. Ці дріжджі осмофільні, стійкі до спирту і можуть накопичувати до 12-13 % спирту.

Для спиртових заводів, котрі переробляють крохмалевмісну сировину,

дріжджі повинні мати такі характеристики:

• витримувати високі концентрації сухих речовин та спирту;

• повністю зброджувати вуглеводи сусла;

• накопичувати максимальну кількість спирту і мінімальну біомасу;

• стійкість до сторонньої мікрофлори та підвищення кислотності.

Дріжджі Saccharomyces cerevisiae К-81 і ХІІ-Т є термотолерантними і витримують температуру 36-37 ^оС. Дріжджі Saccharomyces cerevisiae К-81 мають овальну або яйцевидну форму, розміри їх клітин: діаметр 4,5-5,5 мкм, довжина 6,2-7,5 мкм.

Дріжджі Sсhizosaccharomyces pombe 80 мають паличкоподібну форму. З підвищенням температури культивування від 30 до 33 ^оС розміри їх клітин збільшуються: діаметр з 3,5 до 4,5 мкм, довжина з 8,4 до 9,2 мкм і площа клітин збільшується на 50-55 %. Під мікроскопом видно зернисту структуру клітини.

Дріжджі ХІІ раси мають овальну форму, розмір клітин 6,5х8,5 мкм. Під мікроскопом не просвічується зерниста структура клітин.

Термотолерантні дріжджі Saccharomyces cerevisiae К-81 і Sсhizosaccharomyces pombe 80 на 40 % зброджують арабінозу. У зрілій бражці, одержаній з використанням цих дріжджів, концентрація декстринів в 10 разів

менше, ніж у бражці, одержаній з використанням дріжджів раси ХІІ.

Отже використання термотолерантних дріжджів Saccharomyces cerevisiae

К-81 дозволяє на 30 % зменшити витрати води на охолодження бражки і підвищити вихід спирту внаслідок більш повного виброджування вуглеводів і меншого накопичення альдегідів (на 20-25) і гліцерину (на 40-45 %) в порівнянні з расою ХІІ. Також дріжджі К-81 при оптимальних умовах накопичують на 70-90 % більше дріжджових клітин, у порівнянні з расою ХІІ.

1.4.1. Розмноження виробничих дріжджів

Чисту культуру дріжджів заводи можуть одержувати в УкрНДІспиртбіопрод або в Національному університеті харчових технологій.

Розводять чисту культуру дріжджів шляхом послідовного пересіву в стерильних умовах з доведенням об’єму середовища до виробничої дріжджанки. Пересів проводять в окремому чистому приміщенні.

Розріджена маса у кількості 10 % від всього об’єму, з температурою 85-87^оС поступає в дріжджанку, об’ємом 8 м³, на приготування виробничих дріжджів.

Далі їх охолоджують до температури 50 ^оС і підкислюють сірчаною кислотою до рН = 3,9-4,1. Охолоджують до 30 ^оС потім засівають ними дріжджанки 8-10 % від їх об’єму дріжджанки і охолоджують до температури 28-30 ^оС та залишають на бродіння, підтримуючи температуру не вище 30 ^оС за допомогою водяних рубашок. Метою початкового зниження температури (28-30 ^оС) – є пригнічення сторонніх мікроорганізмів, поки концентрація дріжджових клітин у суслі не велика.

1.5 Технологічна схема виробництва

1.5.1 Принципова технологічна схема

Принципова технологічна схема отримання технічного спирту з використанням первопарації наведена на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 - Принципова технологічна схема отримання технічного спирту з використанням первопарації

1.5.2 Вибір і обґрунтування способів і режимів

1.5.2.1 Обґрунтування збільшення виробництва біоетанолу

В даному дипломному проекті передбачається, згідно завдання, проект брогоректифікаційного відділення виготовлення біоетанолу-сирцю та його дегідратація випаровуванням через мембрану – процес первопорація, для того, щоб отримати паливний етанол, міцністю 99,4-99,8 % об, для подальшої реалізації.

Виготовлення етанолу бере свій початок з кінця 70-х років ХХ століття.

У 1979 році інтернаціональна робоча комісія ООН наполегливо запропонувала більш широке застосування етанолу для зниження імпорту нафти. Придатність етанолу як енергоносія, в тому числі і як палива для карбюраторних двигунів внутрішнього згоряння була встановлена відразу ж після появи перших автомобілів.

У 1980 році в США було вироблено біля 115 млн. дал етанолу і працювало більше 1000 заправочних станцій з так званим «газохолом» - сумішшю етанолу з бензином. Крім Сполучених Штатів, спирт як пальне широко використовується в Угорщині, Австрії, Бразилії, Німеччині, Італії, Польщі, Чехії та Словаччині.

Проблема використання етанолу як пального розробляється в Японії, Новій Зеландії. Етанол у кількості 15 % додається до бензину на Філіпінах (так званий "алкогас"). Програма повної або часткової заміни бензину етанолом реалізується в Австралії. Над цією проблемою працюють також у Нікарагуа, Парагваї і ряді інших країн.

Під час приготування суміші етанол-бензин, що використовується як моторне паливо, етанолу додають від 8 до 55 %, але використовується й один етанол без бензину. Етанол може бути як безводним так і "водним", з об'ємною часткою води до 4 %. Об'ємна частка етанолу, що додається до бензину, залежить від багатьох чинників. При додаванні до 20 % етанолу не потрібно переробляти двигуни, які розраховані на використання бензину. Це має рішучий вплив на вибір кількості етанолу, що додається. Має вплив також співвідношення цін на етанол та бензин. Кількість етанолу, що додається до суміші, змінюється залежно від можливостей виробництва етанолу в тій чи іншій країні або навіть в окремих регіонах однієї країни.

Додавання етанолу до бензину збільшує октанове число останнього. Встановлено, що кожні 3 % етанолу, який додається, збільшують октанове число бензину на 1-1,5 одиниці.

Властивість етанолу збільшувати октанове число дозволяє використовувати для приготування суміші дешевий низькооктановий бензин і, що не менш важливо, позбутися застосування отруйних антидетонаторів, таких як тетраетилсвинець, бензол, толуол, вуглеводні з бічними ланцюгами, метилтретбутиловий ефір, сполуки марганцю.

При об'ємній частці спирту від 100 до 80 % за даним ступенем стиснення і даним навантаженням витрата спирту зростає прямо пропорційно вмісту води.

Тому, краще працювати на спирті вищої концентрації.

Як зазначалося вище, як компонент етанольно-бензинової суміші може бути використано як безводний, так і водний етанол з об'ємної часткою води не більше, ніж 4 %. Водний етанол має перевагу внаслідок його меншої вартості. Зневоднення пов'язано із значними витратами енергії. У той же час використання водного етанолу збільшує незручності, які пов'язані з розшаруванням суміші етанол - вода.

Безводний спирт (об'ємна частка не нижче 99 %) змішується з бензином в будь-яких співвідношеннях. Суміш бензину з безводним спиртом не розшарову­ється навіть при досить низьких температурах. При більшій об'ємній частці води в спирті здатність його до розшарування збільшується. В разі використання водного етанолу з масовою часткою 95,5 %, темпе­ратура розшарування знижується при збільшенні концентрації спирту в суміші. Для отримання гомогенної суміші, яка не розшаровується при температурі до мінус 60 °С, до суміші необхідно додавати різноманітні стабілізатори. Як стабілізатори застосовують суміші вищих спиртів — бутилового та амілового або ароматичних вуглеводнів.

У європейських країнах, як правило, етанол, що виробляється навіть з побіч­них продуктів харчової промисловості або відходів сільськогосподарської сирови­ни, є дещо дорожчим за бензин. Але, незважаючи на це, застосування етанолу в суміші з бензином часто-густо є економічно доцільним. Кожний декалітр етанолу дозволяє заощадити більше 2,5 декалітрів сирої нафти, а кожний декалітр етанолу, що додається до низькооктанового бензину, заощаджує 1,6 декалітрів бензину.

Після тривалих досліджень стало зрозуміло, що біопаливо не замінить нафту, однак однозначно зменшить її використання.

Паливний етанол - найбільш ємний продукт, який додається до бензину, у 2009 році сягнув 6% світового споживання бензину. Загалом у 2009 році підприємства світу виробили майже 60 мільйонів тонн такого пального.

Сьогодні в усіх країнах нараховується 575 заводів з виробництва етанолу загальною продуктивністю 80,6 мільйона тонн. Основна сировина - цукрова тростина, кукурудза, цукрові буряки, пшениця. Найбільшими виробниками етанолу є США - 54,3%, Бразилія - 33,7%, ЄС - 5%, Китай - 2,8% і Канада - 1,8%.

У 2008 році економії нафти у світі, яка отримується за рахунок додавання до бензину біоетанолу, становила 45,5 мільйона тонн, у 2009 році - 43,6 мільйона тонн. Це річний обсяг споживання нафти у Нідерландах і Польщі разом взятих.

Розрахунки вказують на суттєве зменшення використання бензину за рахунок споживання етанолу. Так, у США в 2009 році порівняно з 2008 роком спалювання бензину зменшилося на 10%, в ЄС на - 3%, в Німеччині - на 4,4%.

В Україні розрізняють такі види палива, що у своєму складі містять паливний етанол:

Еу ™ (Етанол український) – це українське моторне паливо, створене за найвищими світовими технологіями та більше, ніж на 80% складається з етилового спирту, виробленого в Україні. Це паливо має світовий аналог Е85, маючи при цьому суттєві переваги. Місія палива Еу полягає у появі в Україні

власного, абсолютно екологічного та безпрецедентно дешевого виду палива, що зробить державу енергетично незалежною, повітря чистим, а громадян, фермерів та сільське господарство - заможнішими та вільними перевозити свої товари туди, де їх куплять за справедливу ціну.

Паливо Еу – безбарвна прозора речовина, яка являє собою суміш етилового спирту, легких фракцій бензинів, інші вуглеводні, ефіри і прості естери, стабілізатори, спеціальні хімічні речовини різноманітного призначення, які впливають на хімічні процеси при використанні палива, а також унікальні компоненти, розроблені нашими науково-дослідними інститутами, які перетворюють таку складну суміш хімічних речовин у високоякісне та стабільне пальне. Паливо виробляється за унікальною у світі технологією та має гарантію якості виробника.

Марки палива:

Еу-85 (зимове): суміш з підвищеною кількістю легких фракцій бензинів, ефірів та інших речовин для надійного запуск холодного двигуна у зимовий період при низьких температурах.

Еу-95 (літнє): суміш з невеликою кількістю легких фракцій бензинів, ефірів та інших речовин для надійного запуску холодного двигуна у теплий період року.

Еу-99 (професійне): суміш з наднизькою кількістю легких фракцій бензинів, ефірів та інших речовин для тих, хто цінує абсолютну екологічність та найнижчу ціну. Запуск двигуна на Еу-99 можливий на будь-якому теплому двигуні, на холодних двигунах при температурах від +30 °С або за будь-яких температур, в тому числі зимових, при встановленні додаткового мікробаку з бензином об`ємом 1-2 л.

На початку 2012 року в Україні були веддені норми вмісту в бензині паливного етанолу в кількості 5 %, а вже на початку 2014 планується збільшити його вміст до 7 %.