Приложение N 5. Концепция технического перевооружения спиртовой промышленности Республики Татарстан

Приложение N 5

Концепция
технического перевооружения спиртовой
промышленности Республики Татарстан
(утв. постановлением КМ РТ от 17 апреля 1996 г. N 294)

1. Технико-экономические основания для технического
перевооружения спиртовой промышленности

1.1. Экономические показатели спиртового производства

ГАРАНТ:

Пользователям системы ГАРАНТ графики экономических показателей спиртового производства предоставляются по дополнительному требованию

1.2. Технология и качество продукции

С момента возникновения промышленного производства спирта из пищевого сырья никогда не подвергалась пересмотру ориентация этого производства фактически на выпуск монопродукта, так как реализация побочных продуктов - сжиженного диоксида углерода и жидкой послеспиртовой барды имею скорее экологическую, чем экономическую значимость.

Многие десятилетия спиртовые заводы не подвергались реконструкции, в результате чего морально и физически устарело оборудование, имеет место существенное отставание от мирового уровня, достигнутого в технологии производства спирта.

Главной проблемой традиционной технологии получения спирта является значительное количество различных примесей с спирте-сырце, образующихся при приготовлении сусла, спиртовом брожении и брагоперегонке, приводящая в конечном счете к повышенным энергозатратам, удорожанию конечного продукта и снижению его качества.

В то же время, неконкурентоспособность отечественного производителя по отношению к западным фирмам, активно проникающим на наш рынок, в отношении качества спирта-ректификата заложена уже в самих технических условиях на продукт, действующих в Российской Федерации. Из сравнительной таблицы нормируемых физико-химических показателей на примере спирта "Экстра", предусмотренных отечественным и германским стандартами (см. приложение) видно, что спирт "Экстра", произведенный в германии должен иметь существенно более высокое качество. Так, предельное содержание метилового спирта отечественным стандартом допускается в 5 раз выше, чем германским. Ряд показателей - общее содержание сухих веществ, азотистых веществ, содержание тяжелых металлов отечественным ГОСТом не нормируется вообще.

Применяемые на спиртовых заводах процессы разваривания и осахаривания зернового сырья сопровождаются выщелачиванием и гидролизом значительных количеств зернового белка, образованием метилового спирта и других примесей. При этом в раствор переходит от 20 до 50% всего азота, содержащегося в зерне.

При содержании в готовом зерновом сусле в среднем 19% сухих веществ, только 58% от этого количества - сбраживаемые сахара. Остальные 42% сухих веществ - несбраживаемые вещества, из которых в свою очередь 75% в нерастворенном состоянии (в дробине). Таким образом, 30% сухих веществ сусла находятся в виде частиц твердой фазы - дробины.

Наличие в готовом сусле белка и продуктов его протеолиза, а также нерастворимых остатков (дробины), приводит к возникновению нежелательных побочных процессов образования примесей при биосинтезе спирта, а также при брагоперегонке.

Доброкачественность сусла - количество сбраживаемых углеводов (мальтозы, декстринов, глюкозы) от всех сухих веществ фильтрата затора, выраженное в процентах - колеблется в пределах 76-88%. При этом, соотношение мальтозы и декстринов, достигаемое за время осахаривания составляет обычно 3:1.

Таким образом, полнота использования сбраживаемых сахаров, а также скорость спиртового брожения определяется в большой мере уровнем декстриназной активности сусла, так как превращение декстринов в мальтозу и декстрозу происходит в процессе брожения достаточно медленно.

Процессы дрожжегенерации и брожения - неасептические, медленно протекающие процессы, проводимые без перемешивания и регулирования физико-химических параметров. По мере накопления спирта происходит инактивация продуцента и замедление брожения. Процесс брожения полностью останавливается при концентрациях спирта 6-6,5% масс. Обычно достигаемая эффективность спиртового брожения в заводских условиях равна 0,8-1 г/л/час.

Из рассмотренного выше вытекает, что в производстве спирта из зерна по традиционной технологии основными факторами, снижающими его технико-экономическую эффективность являются:

1. Образуется значительное количество побочных продуктов - высших спиртов, эфиро-альдегидов, метанола и др., на удаление которых расходуется большое количество энергии.

2. Процессы дрожжегенерации и брожения осуществляются в неасептических условиях, что приводит к развитию побочной микрофлоры, жизнедеятельность которой дополнительно загрязняет и снижает выход целевого продукта.

3. Спиртовое брожение протекает с низкой интенсивностью вследствие ретроингибирования, диффузионных затруднений и низкой декстриназной активности сусла.

4. Установленные требования к качеству спирта недостаточны для обеспечения конкурентоспособности отечественного производителя на мировом рынке.

1.3. Использование технологического потенциала сырья

Процесс получения пищевого этилового спирта из зернового сырья состоит в биотрансформации крахмала зерна в спирт. Однако, с точки зрения использования потенциала сырья, применяемый на спиртовых заводах способ производства спирта путем разваривания цельного или дробленого зерна крайне расточителен, так как при этом бесполезно теряется остальная часть (до 45 процентов) сухого вещества зерна, в том числе практически весь протеин зерна.

Так, в одной тонне сухого вещества ржи содержится 628 кг крахмала, из которого получают 40,5 дал спирта. Одновременно теряется 167 кг протеина, которого было бы достаточно для балансирования 4 т комбикорма. При использовании послеспиртовой барды для получения кормовых дрожжей удается извлечь лишь 54,7 кг протеина, т.е. около 33% от возможного.

Учитывая, что спиртовые заводы РТ в общей сложности вырабатывают в настоящее время 3,3 млн.дал спирта в год, потери дефицитных белковых ресурсов от нерационального использования сырьевого потенциала зерна составляют до 12 тыс.тонн в год, что соизмеримо с количеством кормового протеина, закупаемого объединением "Татархлебопродукты" для обеспечения производства комбикормов.

2. Цель и основные требования к техническому
перевооружению спиртовой промышленности

Целью реконструкции спиртовой промышленности является обеспечение технико-экономических преимуществ спиртовых заводов республики на рынке СНГ по отношению как к внутренним, так и зарубежным конкурентам.

Достижение этой цели обеспечивается снижением себестоимости производства и достижением качества спирта на уровне мировых стандартов.

Должны быть использованы новейшие достижения науки и техники в области технологии, аппаратурного оформления и автоматизации технологических процессов.

3. Основные принципы комбинированного производства

3.1. Комплексный подход к переработке сырья

За основу аппаратурно-технологической концепции технического перевооружения спиртовых заводов принято применение комплексной технологии, основанной на разделении белковой и углеводной частей зернового сырья с последующей их переработкой, в экономически значимые конечные продукты - протеиновый концентрат и этиловый спирт.

3.1.1. Проблема кормового протеина

Дефицит кормового протеина в Республике Татарстан по разным оценкам составляет от 35 до 50 тыс.тонн в год. Подавляющая часть кормовых белковых добавок, используемых в производстве комбикормов приобретается за ее пределами.

В то время, как цены на кормовой протеин на мировом рынке длительное время остаются стабильными, составляя в среднем $ 500 за тонну, цены на аналогичные продукты, производимые в Российской Федерации быстро растут и в настоящее время уже превышают среднеевропейский уровень в 1,5-2,5 раза. Так, цена на протеин кормовых дрожжей составляет $ 800 за тонну, а на кормовой лизин $ 5000 за тонну активного вещества (цена на кормовой лизин в Западной Европе колеблется в пределах от $ 2500 до $ 3500).

Высокая стоимость кормовых белковых добавок - сои, рыбной и мясокостной муки, кормовых дрожжей: явилась причиной значительного подорожания и снижения качества комбикормов.

Такое положение весьма неблагоприятно отразилось на отраслях агропромышленного комплекса, связанных с производством и использованием кормов. Например, в период с 1991 по 1994 годы поголовье свиней снизилось на 70 процентов. Продуктивность в птицеводстве снизилась на 30-40 процентов. Основными причинами являются удорожание и несбалансированность кормов, приводящая к 2-3 кратному их перерасходу и нерентабельности животноводства и птицеводства. Объемы производства комбикормов за последний год снизились на 40 процентов.

Разрешить эту острейшую проблему развития кормовой базы республики, обеспечив условия для экономического подъема животноводства, птицеводства и связанных с ними отраслей АПК представляется возможным лишь путем налаживания собственного производства необходимых количеств кормовых белковых добавок.

3.1.2. Рожь как сырьевой ресурс

В Республике Татарстан имеются значительные ресурсы относительно дешевого зерна ржи. Так, в 1994 году в республике было собрано 1,2 млн.тонн ржи со средней урожайностью 32,2 ц/га, при этом себестоимость 1 т ржи составила в среднем около 20 долл.

Поскольку производств ржи в Татарстане является неотъемлемой частью системы земледелия, это стабильный, с относительно высокой урожайностью и низкой себестоимостью, зерновой ресурс.

Содержание белка в зерне ржи может достигать 20%, однако для выращиваемых в настоящее время в Татарстане сортов ржи этот показатель в среднем составляет 14,1% сухого вещества зерна. Содержание крахмала составляет в среднем 62,8% в расчете на сухое вещество зерна. Таким образом, 1,2 млн.тонн ржи доставляют 169,2 тыс.тонн протеина, что более чем в 3 раза перекрывает дефицит кормового протеина. Ресурс углеводов (крахмала) при этом составляет 753,6 тыс.тонн.

Белки зерна ржи в связи с более высоким содержанием незаменимых аминокислот - лизина, треонина, метионина и фенилаланина - биологически более полноценны, чем белки зерна пшеницы. Однако наличие антипитательных веществ в зерне ржи является причиной того, что ее прямое применение в качестве кормового средства мало эффективно, а комбикормовая промышленность также практически не использует рожь в производстве комбикормов.

Рожь, как известно, достаточно широко используется как сырье для производства этилового спирта. Высокая растворимость белков ржи, наличие пектиновых веществ, пентозанов и гумминовых веществ обуславливает повышенное образование ряда примесей в ходе технологического процесса, а качество получаемого спирта уступает пшеничному или кукурузному.

Таким образом, рациональное использование производимой в республике ржи является проблемой, имеющей большое экономическое значение. Решением может быть применение комплексной технологии, основанной на разделении белковой и углеводной частей сырья с последующей их переработкой, в экономически значимые конечные продукты - протеиновый концентрат и этиловый спирт.

3.2. Экономика

При действующих на данный момент ценах 1 кг протеинового концентрата обменивается на 5 кг исходного зерна с рентабельностью 30%. Можно ожидать, что такое соотношение будет приблизительно сохраняться и в дальнейшем, независимо от инфляционных процессов.

В таком случае, себестоимость спирта при существующей структуре производственных издержек снижается вдвое, за счет того, что основное сырье для производства спирта оплачено за счет реализации протеинового концентрата.

Снижение количества примесей в бражном дистилляте и применение энергетически эффективных аппаратурно-технологических решений на стадии брагоректификации позволит дополнительно снизить себестоимость за счет снижения энергозатрат.

3.3. Технология и качество

Ключевым моментом нового подхода к аппаратурно-технологическому оформлению производства спирта из зернового сырья является предварительное отделение крахмала по упрощенной схеме крахмального производства. Получаемое при этом нерафинированное крахмальное молоко осахаривается и используется для непрерывного спиртового брожения.

          Зерно

  /------------------\           /------------\ /---------------\

  |Отделение крахмала|-----------|Осахаривание| |Дрожжегенерация|

  \------------------/  крахмал  \------------/ \---------------/

      Белковый шрот                    |/---------------/

            |                      /--------\ /-----------------\

     /-------------\               |Брожение| |Брагоректификация|

     |Обезвоживание|               \--------/ \-----------------/

     \-------------/               Спиртовые         спирт

            |                       дрожжи

         /-----\                       |

         |Сушка|-----------------------/

         \-----/

       Протеиновый

       концентрат

Использование крахмального молока вместо цельного или дробленого зерна в качестве исходного материала для производства спирта обеспечивает повышенное качество спирта, так как такое сырье становится очищенным от белков, свободных аминокислот, пектиновых веществ, пентозанов, слизей и других веществ, ответственных за образование целого ряда примесей - высших спиртов, метилового спирта, эфиро-альдегидов, органических кислот.

Извлечение крахмала из зерна может рассматриваться, с другой стороны, как процесс концентрирования протеина зерна, а спиртовое брожение - как биосинтез дополнительного протеина за счет наращивания биомассы спиртовых дрожжей.

Таким образом, "белковый шрот", остающийся после выщелачивания крахмала, а также спиртовые дрожжи, отделяемые от зрелой бражки, направляются на приготовление кормовой белковой добавки.

Сусло, направляемое на брожение, не содержит взвешенных частиц, вследствие чего становится возможной дрожжесепарация и рециркуляция биомассы дрожжей. Осветленная бражка направляется в бражную колонну, работающую под ваккумом при пониженной температуре, и после отделения спирта возвращается на дображивание.

Это позволяет обеспечить непрерывный отбор образующегося спирта, интенсифицировать дображивание за счет повышения декстриназной активности при прохождении бражки через бражную колонну. Одновременно достигается эффективное подавление побочной микрофлоры.

Избыточное количество кубовой жидкости, образующейся в бражной колонне, отправляется на замочку зерна. Так как ректификационная колонна работает под атмосферным давлением, лютерная вода используется для косвенного подогрева в бражной колонне.

Избыточное количество спиртовых дрожжей выводится из блока брожения и направляется на приготовление протеинового концентрата.

Рециркуляция дрожжей и обедненной бражки позволяет повысить интенсивность брожения более чем в 10 раз. Это достигается за счет снятия ингибирования процесса брожения накапливающимся спиртом путем организации его непрерывного вывода из культуральной жидкости, повышением концентрации биомассы продуцента и переходом к непрерывному способу ведения процесса в условиях повышенной асептики.

3.4. Использование углекислого газа

В процессе производства спирта в качестве побочного продукта получают 7,5 тонн биологически чистого диоксида углерода на каждые 1000 дал спирта. Общий объем производства углекислого газа после реконструкции спиртовой промышленности составит свыше 50 тыс.тонн в год. При разработке программы технического перевооружения и проектов реконструкции конкретных предприятий необходимо определить наиболее экономически рациональные способы использования этого ресурса.

Среди возможных способов полезного использования углекислого газа на основе современных достижений науки и техники отметим наиболее привлекательные с точки зрения ожидаемого хозяйственного и технико-экономического эффекта.

1. Известно, что для большинства сельскохозяйственных культур, в том числе овощных и злаковых характерно наличие фотодыхания, снижающего эффективность фотосинтеза и, следовательно, урожайность. Повышение парциального давления углекислого газа в атмосфере, окружающей растение, от нормального (300 ррм) до 1200 ррм полностью подавляет фотодыхание, что создает возможность вдвое повысить урожайность. Этот эффект уже широко используется в новейших типличных системах в целом ряде стран (США, Израиль, Голландия и др.).

С учетом того, что спиртовое производство выбрасывает значительное количество низкопотенциального тепла, которое в данном случае может быть использовано для обогрева теплиц, представляется целесообразно подробно изучить технико-экономическую целесообразность создания тепличных хозяйств, примыкающих к спиртовым заводам.

2. Наличие диоксида углерода создает возможность получения высокоэффективного жидкого азотного удобрения - углеаммиаката (см. приложение) в условиях спиртового завода путем поглощения отходящего углекислого газа аммиачной водой и добавления определенных количеств мочевины. Имеются данные практического применения углеаммиакатов, указывающие на возможность получения значительного хозяйственного эффекта. Необходима разработка научно обоснованных технологических приемов их применения и соответствующая апробация в сельскохозяйственных зонах республики.

3. Из одной тонны углекислого газа можно получить 550 кг сухой биомассы хлореллы (см. приложение) - высокобелковой витаминно-минеральной кормовой добавки с содержанием сырого протеина 60% для реализации в качестве готового продукта, или в виде пасты направляемой в блок приготовления протеинового концентрата для его обогащения. Необходима разработка высокоэффективного фотореактора для культивирования хлореллы при искусственном освещении, а также отработка рецептур премиксов и белково-витаминно-минеральных добавок с использование хлореллы.

4. Технико-экономические параметры программы
технического перевооружения спиртовых заводов

ГАРАНТ:

Пользователям системы ГАРАНТ таблицы технико-экономических параметров программы технического перевооружения спиртовых заводов предоставляются по дополнительному требованию

См. также Указ Президента РТ от 12 ноября 1996 г. N УП-719 "О дальнейших мерах по усилению государственного контроля за оборотом и качеством алкогольной продукции"

Постановление КМ РТ от 17 октября 1998 г. N 633 "О приобретении оборудования для производства алкогольной продукции на Усадском, Мамадышском и Тюрнясевском спиртзаводах ГУП "ПО "Татспиртпром"

Приложение

Сравнительная таблица
физико-химических показателей спирта этилового ректификованного
"Экстра", предусмотренных соответствующими техническими условиями
в Российской Федерации и ФРГ *)

-------------------------------------------------------------------------

                 Наименование показателя                |Норма для спирта

                                                        |    "Экстра"

                                                        |----------------

                                                        |  РФ   |  ФРГ

--------------------------------------------------------+-------+--------

Объемная доля этилового спирта %, не менее              | 96,5  | 96,4

                                                        |       |

Проба на чистоту с серной кислотой                      |   Выдерживает

                                                        |       |

Проба на окисляемость, мин, при 20 С, не менее          | 20    | 20

                                                        |       |

Массовая  концентрация альдегидов, в пересчете на уксус-|       |

ный, в безводном спирте, мг/дм куб., не более           |  2    |  2

                                                        |       |

Массовая концентрация сивушного масла,  в  пересчете  на|       |

смесь изоамилового и изобутилового спиртов (3:1), в без-|       |

водном спирте, мг/дм куб., не более                     |  3    |  2

                                                        |       |

Массовая  концентрация эфиров, в пересчете  на  уксусно-|       |

этиловый, в безводном спирте, мг/дм куб., не более      | 25    | 25

                                                        |       |

Объемная доля метилового спирта, в пересчете на  безвод-|       |

ный спирт, %, не более                                  |  0,03 |  0,006

                                                        |       |

Массовая  концентрация свободных кислот (без СО2) в без-|       |

водном спирте, мг/дм куб., не более                     | 12    | 10

                                                        |       |

Содержание фурфурола                                    | Не допускается

                                                        |       |

Азотистые  соединения,  в  пересчете на метиламин, мг/дм|       |

куб. **)                                                |   ?   |  нет

                                                        |       |

Содержание сухих веществ, мг/дм куб.                    |   ?   | 10

                                                        |       |

Содержание железа, мг/дм куб.                           |   ?   |  5

                                                        |       |

Содержание олова, мг/дм куб.                            |   ?   |  5

                                                        |       |

Содержание меди, мг/дм куб.                             |   ?   |  2

                                                        |       |

Содержание свинца, мг/дм куб.                           |   ?   |  0,1

                                                        |       |

Содержание цинка, мг/дм куб.                            |   ?   |  5

-------------------------------------------------------------------------

Примечания:

*) Данные германского стандарта приведены в размерности отечественного ГОСТ 5962-67.

**) Этот и последующие показатели российским ГОСТом не нормируются.

Азотное удобрение - углеаммиакат.
(справка)

Углеаммиакат - один из видов аммиакатов - водных растворов аммиака с другими азотными удобрениями (аммонийными, амидными, нитратными), применяемых в качестве азотных удобрений.

Это водный раствор карбоната аммония ((NH4)2CO3), бикарбоната аммония (NH4НCO3) и мочевины (CO(NH2)2). Углеаммиакат содержит 20-25% NH3, 19-28% CO(NH2)2, 7-12% CO2 и не менее 29% азота. Обладает невысокой упругостью паров (парциальное давление аммиака при 20 С 23%-ного водного раствора равно 302 мм рт.ст., а в углеаммиакате - 27 мм рт.ст., т.е. наблюдается десятикратное уменьшение).

Согласно ТУ 113-03374-77, жидкие углеаммиакаты, представляющие собой раствор мочевины и карбоната аммония в аммиачной воде, сохраняют жидкое состояние при температуре до минус 20 С. При более низких температурах возможно появление кристаллов. Кристаллы растворяются при температуре минус 10 С и выше без механического воздействия.

Углеаммиакаты по эффективности действия на растения равноценны мочевине, т.к. мочевина после внесения в почву превращается под воздействием почвенного фермента уреазы также в карбонат аммония.

Таким образом, азот как углеаммиаката, так и мочевины используется растениями после превращения его в аммиачную и нитратную форму (NH4+ и NO3-), т.е. в результате процесса аммонификации в почве.

Внесение углеаммиаката - жидкого азотного удобрения - имеет свои преимущества: возможность 100%-ной механизации работ по внесению удобрений, благоприятное влияние на рост растений совместного внесения аммонийного азота и углекислоты. Подкормка посевов этим удобрением в фазу вегетации дает увеличение КПД фотосинтеза и способствует росту урожайности культур. Положительное значение имеет возможность обогащения широким набором микроэлементов.

Данные, полученные при испытании углеаммиаката в некоторых хозяйствах республики показывают, что его применение в научно-обоснованных дозах обеспечивает отдачу от одного центнера действующего вещества удобрения до 6-10 центнеров зерна, а рентабельность применения удобрения достигает 240%.

Экспериментальные данные по агрохимической оценке жидких азотных удобрений показали, что их с успехом можно использовать в любые сроки не только весной под посев яровых, для подкормки пропашных культур, но и осенью под посев озимых, на суглинистых почвах при вспашке зяби, а также на сенокосах и пастбищах.

Все аммиакаты имеют довольно большую плотность, что облегчает их перевозку и хранение. Подразделения Сельхозхимии имеют соответствующие емкости и установки для внесения.

Микроводоросли - источник высококачественного кормового протеина
(краткая справка)

Микроводоросли - микроскопические фотосинтезирующие организмы, использующие для своей жизнедеятельности свет и углекислый газ. Широко известны и с древних времен используются человеком как источники пищи и корма при разведении сельскохозяйственных животных и рыбы такие виды микроводорослей как хорелла и спирулина.

Во многих регионах с теплым климатом - Китай, Африка, Юго-Восточная Азия, Америка и др. микроводоросли как источник кормового белка разводят в открытых искусственных водоемах, получая урожаи до 200-300 ц/га. Созданы, в т.ч. и в нашей стране, технологии, позволяющие получать биомассу микроводорослей промышленным способом в фотореакторах с применением искусственного освещения и подачи углекислого газа.

Соответствующим образом обработанный и высушенный продукт представляет собой белые или слегка голубоватые гранулы размером 0,5-1 мм, содержащих 60% протеина, отличающегося весьма высоким биологическим качеством, 25% углеводов, 5% жира, 5% клетчатки, 5% зольных элементов. Применяется в кормопроизводстве в качестве источника белка, водорастворимых витаминов и микроэлементов.

Из 1 тоны углекислого газа можно получить 550 кг абсолютно сухой биомассы или 330 кг кормового протеина.