Непрерывные схемы брожения в технологии спирта.
А. Д. Митрюков, Минск
 выгодное расположение бродильных чанов, позволяющее снизить металлоемкость бродильного отделения в разы и соответственно его стоимость |
Непрерывные схемы сбраживания крахмалистого сырья представляют интерес не только для технологии спирта, но для всех отраслей бродильной промышленности обеспечивая наилучшую экономику процесса ускоренного сбраживания осахаренного сусла. Впервые теория метода непрерывного спиртового сбраживания была разработана русским ученым Сергеем Васильевичем Лебедевым в 1915 году.
Для непрерывного брожения нужно иметь лишь несколько соединенных между собой резервуаров и осуществить переток бродящей жидкости из резервуара в резервуар.
Раньше, до начала времен, сбраживание сладкого затора (осахаренного крахмального сусла) производили от начала до конца в одном и том же бродильном чане, т.е. периодическим способом. Бродильные емкости при периодическом процессе сбраживания то заполнялись бродящей жидкостью, то освобождались от нее. В каждый бродильный чан необходимо было задавать определенное количество дрожжей, которые размножаются, достигают максимума своего развития и после этого начинают отмирать. Следствием этого периодического процесса является, во-первых, неизбежная трата питательного вещества осахаренного сусла на рост дрожжевой массы (т.е. размножение дрожжей в бродильном чане) и, во-вторых, непроизводительная трата времени, значительная часть которого связана, с одной стороны, с развитием и, с другой,с постепенным отмиранием активной массы работающих дрожжей.
Процесс брожения при периодическом способе cбраживания осахаренного сусла протекает неравномерно и сопровождается непрерывной сменой условий брожения в отдельные периоды, за которой не успевает следовать приспособляемость дрожжей. В результате появляются слабые отмирающие генерации дрожжей.
Скорость брожения зависит, в первую очередь, от концентрации сахара в бражке. Если концентрация образующегося спирта начинает превышать 10%-ный уровень, то процесс брожения начинает угасать. Если брожение происходит слишком медленно, то вы должны задуматься о том, что концентрация сахара, по-видимому, слишком мала
Когда уровень сахара становится совсем низким, начинается третий этап брожения. Он протекает довольно тихо. Этот этап называют дображиванием. Это тихое брожение длится примерно еще 25 часов.
Соразмеряя время брожения, нужно помнить о том, что процесс зависит от исходного сырья. Например, брага, исходным сырьем в которой была сахарная свекла, бродит несколько дольше. При этом третий этап, или дображивание, длится очень долго – до 100 часов вместо 78 часов по норме.
Указанные недостатки периодического сбраживания привели к поискам методов непрерывного брожения, при этом было осуществлено несколько вариантов.
Необходимо было прежде всего решить вопрос о способах борьбы с инфекцией — с нарастанием кислотности затора, сбраживаемого в непрерывном потоке. При ускоренном сбраживании паточных заторов представляется возможным применить тепловую стерилизацию затора, а также минеральные кислоты. Непрерывное сбраживание свеклосахарной патоки удалось осуществить уже в 1937 году на Монастырском спиртовом заводе.
При сбраживании крахмалистого сырья непрерывным методом эти способы борьбы с инфекцией (тепловая стерилизация затора, а также применение минеральных кислот) находят ограниченное применение из-за инактивации осахаривающих ферментов.
Возникла задача разработать новую систему борьбы с нарастанием кислотности заторов, сбраживаемых в непрерывном потоке. Эта задача была разрешена ВНИИСПом (В. Л. Яровенко).
Проведенными исследованиями было установлено, что в борьбе с нарастанием кислотности бражки при непрерывном ускоренном сбраживании решающее значение имеет сокращение времени, т.е. продолжительности пребывания бражки в одном и том же бродильном чане, особенно в период возбраживания (период увеличения дрожжевой массы).
В ходе исследований была выявлена возможность замены засевных дрожжей отъемом бражки, что позволило исключить приготовление специальных дрожжей, иметь экономию солода около 15% и соответственно снизить затраты труда.
ВНИИСПом были теоретически разработаны и практически осуществлены на ряде заводов два метода непрерывного сбраживания осахаренных заторов:
1. Непрерывно — поточный метод брожения.
2. Циклический метод сбраживания.
Непрерывно-поточный метод сбраживания
Как видно из рисунка 15, внедрение непрерывно — поточного метода сбраживания крахмалистого сырья связано с реконструкцией не только бродильного и дрожжевого цеха, но также и с реконструкцией узла осахаривания. ВНИИ Спиртовой прмышленности рекомендует для обеспечения непрерывности поступления осахаренного сусла на брожение иметь две параллельные линии приготовления солодового молока, две линии осахаривания и расхолаживания. Одна линия наводится в работе, другая на это время переключается на стерилизацию. Такое дублирование технологического оборудования и коммуникаций, особенно на заводах малой мощности, где не всегда имеется резерв производственных площадей, не может способствовать успеху внедрения новой схемы и росту производительности труда.
Из солодового чанка 1 солодовое молоко поступает в расходные чанки солодового молока 2 или 8 (по два на каждой линии), а из них через дозатор 3, 9 в осахариватель первой ступени 4, 10. Сюда же непрерывно и равномерно поступает разваренная масса из паросепаратора 7, где перемешивается с солодовым молоком. Осахаренное сусло засасывается сусловым насосом 6, 12 через камнеловушку 5, 11 и направляется в теплообменник 13, 14. Из теплообменников сусловая линия подводится к первым двум бродильным чанам 18, 19 и к возбраживателю 16. Осахаренное сусло вместе с дрожжевым затором поступает в первый резервуар бродильной батареи 18. Объем дрожжевого затора составляет 25—30% к емкости бродильного чана, поэтому в резервуаре 18 сразу начинается стадия главного брожения. Заполнив первый резервуар, бродящее сусло переходит по переточной коммуникации 29 во второй резервуар 19, затем в третий резервуар 20. Через 20—24 часа, когда третий резервуар наполнится бродящей массой, поток сладкого сусла переключают с первого резервуара на второй с тем, чтобы первый резервуар батареи можно было освободить и продезинфицировать. Для этого бродящую массу из первого резервуара перекачивают насосом 27 по коммуникациям 30 и 31 во второй резервуар 19. Освободившийся первый резервуар батареи моют и пропаривают, после чего в него задают дрожжи и снова направляют поток сладкого сусла, который постепенно наполняет первый резервуар, а в это время, бродящее сусло из второго резервуара перекачивают тем же насосом 27 в третий резервуар 20. Теперь моют и пропаривают второй резервуар батареи.
Сладкое сусло продолжает поступать в первый резервуар, а бродящая масса из первого резервуара переливается во второй, заполнив его, переливается в третий, в четвертый, в пятый, в шестой. В этот момент поток сладкого сусла снова переключают с первого резервуара на второй, а первый резервуар вторично освобождают, моют и пропаривают, после чего-то же самое проделывают со вторым резервуаром, переключив предварительно поток сладкого сусла на первый резервуар — вновь вступивший в строй после стерилизации. Теперь уже волна стерилизации идет до последнего резервуара батареи.
Бродящее сусло из третьего резервуара 20 перекачивается насосом 28 в четвертый резервуар 21. Освободившийся третий резервуар моют и пропаривают, а в это время заполняется бродящим суслом свободный второй резервуар. После заполнения второго резервуара бродящее сусло начнет переливаться в третий резервуар (только что промытый и подготовленный), а за это время с помощью того же насоса 28 освобождается четвертый резервуар 21. Сусло из резервуара 21 перекачивается в резервуар 22 и т. д. Таким образом, первые два резервуара батареи стерилизуются через каждые 24 часа. Они больше всего подвержены инфицированию. Последующие резервуары батареи освобождаются для стерилизации через 48 часов, считая с момента заполнения каждого из них.
Каждый последующий резервуар освобождается с помощью насоса, передающего бродящее сусло в рядом стоящий резервуар по ходу потока. Очистка и пропарка освободившегося резервуара производится во время заполнения бродящим суслом подготовленного (после стерилизации) соседнего резервуара.
В схеме предусматривается два насоса 27 и 28 с той целью, чтобы не занести случайную инфекцию из первых двух резервуаров батареи в последующие.
Поскольку оба насоса перекачивают бродящую массу, то есть массу, насыщенную углекислым газом, они должны быть соответствующим образом дооборудованы шнековой насадкой на валу ротора во всасывающем патрубке.
Главное брожение заканчивается в третьем резервуаре. Выделение биологического тепла, начиная с четвертого резервуара, незначительно. Следовательно, охлаждение бродящего сусла следует предусматривать только в первых трех резервуарах батареи, которые к тому же должны быть вместительнее и выше последующих процентов на 10.
Циклический способ сбраживания осахаренных заторов
Как видно из рис. 16, по этому методу также имеет место последовательное соединение бродильных резервуаров, но кольцевой коммуникации здесь нет. Обращает на себя внимание подводка осахаренного затора к первому и к последнему резервуарам батареи. Технологический процесс проходит следующим образом: в первый резервуар батареи спускается дрожжевой затор, объем которого составляет 25—30% полезной емкости бродильного резервуара. Одновременно в первый резервуар начинает поступать осахаренное сусло. Заполнив значительную часть объема первого резервуара, бродящее сусло достигает уровня верхнего штуцера переточной коммуникации 4, переливается во второй резервуар, оттуда в третий и т. д. Если вся батарея состоит из 8 резервуаров, то третий резервуар заполнится через 20—24 часа.
По истечении этого времени, то есть перед началом залива четвертого резервуара, в первый—головной резервуар батареи спускают второй дрожжевой затор также в объеме 25—30% полезной емкости бродильного чана. Приток осахаренного сусла продолжается. Бродящее сусло переливается из четвертого резервуара в пятый, затем в шестой. Перед началом заполнения седьмого резервуара вновь (третий раз) задаются дрожжи в первый резервуар батареи. Таким образом, дрожжи задаются в головной чан батареи через каждые 20—24 часа, а общий объем дрожжевых заторов составляет приблизительно 8% к объему сбраживаемого сусла (так же как и при непрерывно-поточном методе).
Через 54—56 часов приток осахаренного сусла переключают с первого резервуара на восьмой, который становится, таким образом, головным резервуаром батареи; седьмой резервуар теперь оказывается вторым, шестой—третьим и т. д. Таким образом, каждый новый цикл брожения начинается с изменения направления потока бродящей жидкости, при этом последний резервуар батареи становится первым.
В момент переключения потока осахаренного сусла с первого резервуара на восьмой отброд бражки в первом резервуаре (куда все время поступало сладкое сусло) наибольший 5—7%, а в седьмом—наименьший 0,4—0,6%.
В период прохождения бродящего сусла через батарею сусло постепенно выбраживает и превращается в бражку: чем ближе к «хвосту» бродильной батареи, тем меньше остается в сусле (бражке) несброженных углеводов. В период заполнения свободного восьмого резервуара бродильной батареи сладким суслом бражка в седьмом резервуаре окончательно дображивает и спускается в передаточный чан, а освободившийся бродильный чан моется и стерилизуется. Бражка в шестом резервуаре в меньшей степени «зрелая», чем в седьмом, но зато на ее дображивание имеется больший промежуток времени—период заполнения восьмого и седьмого резервуаров.
На дображивание бражки, находящейся в момент переключения потока в пятом резервуаре, имеется еще больший резерв времени, а именно: период заполнения восьмого, седьмого и шестого бродильных резервуаров и т. д.
Сравнивая между собой описанные схемы брожения, следует отметить, что управление процессом при циклическом методе брожения проще. При поточном сбраживании бражку приходится гнать через батарею с помощью насосов, тогда как при циклическом методе брожения бражка идет самотеком, переливаясь из одного резервуара в другой. Однако более прогрессивным является все же поточное сбраживание с перекачиванием бражки. При поточном сбраживании стерилизация бродильных емкостей производится через равные и относительно короткие промежутки времени: через 24 часа первые два резервуара и через 48 часов—последующие резервуары батареи.
При циклическом методе сбраживания время пребывания бражки во всех резервуарах различно: в первом чане бражка находится 101 час, во втором чане — 84 часа, в седьмом — 13 часов.
Головной чан первым заполняется и последним освобождается.
Схема непрерывно-поточного сбраживания в технологическом отношении более совершенна. Она дает большую гарантию чистоты брожения без нарастания кислотности и более высокий съем спирта с единицы объема бродильного чана.
Сопротивление в коммуникациях бродильной батареи создаст ступенчатость уровня бродящей жидкости по резервуарам, что приведет к снижению уровня в последних резервуарах, а так как первые и последние резервуары будут все время меняться местами, то это в свою очередь понизит съем спирта с одного кубического метра геометрической емкости бродильной батареи по сравнению с непрерывно-поточным методом, где поток бродящей жидкости идет только в одном направлении.
Учитывая указанные недостатки, несколько изменили схему брожения: вместо одной бродильной батареи из 8-9 чанов они сделали две батареи из 4-5 чанов каждая, соответственно изменился график и режим её работы. Такой вариант позволил повысить мощность бродильных отделений на 25% (довести съем спирта с 1 кубического метра бродильной емкости до 2,5 дал в сутки).
Ускорение сбраживания осахаренного сусла при непрерывном методе достигуто за счёт использования второго магнитного поля Николаева Г.В. (скалярного или продольного) 
видео 46:17
Изобретение относится к области обработки жидкости, а также сыпучих и газообразных сред и жидких растворов магнитными полями для изменения их технических характеристик, физических свойств, обессоливания, активации и очистки и может быть использовано в системах теплоснабжения, химической технологии, технологии обогащения минерального сырья, в нефтедобывающей и нефтеобрабатывающей промышленности, в строительстве для обработки растворов, в сельском хозяйстве и медицине. 
Патент Николаева Г.В. Устройство для магнитной обработки бражки за счёт стимуляции дрожжевой массы скалярным магнитным полем. «При экспериментальных микробиологических исследованиях по изучению влияния магнитного поля на репродуктивность кишечной палочки выявлено, что применение предложенного нами устройства имеет эффективность на 1-3 порядка выше, чем аппарат для магнитной обработки, выполненный в соответствии с конструкцией прототипа.»
Второе скалярное магнитное поле Николаева — 1 
Видео от Sergey Deyna. В своих исследованиях Николаев остановился на том, что семена, обработанные этим полем, имеют очень хорошие всходы
Окислительно-восстановительный потенциал воды, используемой для непрерывного сбраживания. -200еВ или +400еВ — что лучше? 
Видео .
Программирование ЛОГО. Контроль загазованности в бродильной отделении спиртзавода 
Видео
Источник
