На основе проведенных исследований [18], изучения и обобщения передового опыта [4, 16, 17] с учетом существующих схем [7, 9, 15, 23] нами совместно с Гипроспиртвино разработана технологическая схема и аппаратурное оформление комплексной переработки отходов виноделия в потоке с получением виннокислой извести, виноградного спирта, пищевого энокрасителя, виноградных семян для получения виноградного масла и танина, энантового эфира, кормов и удобрении (рис. 10) [21].
Рис. 10. Поточная схема комплексной переработки отходов виноделия:
1—бункер-питатель; 2—экстрактор ЭНД-3; 3 — умягчитель воды; 4 — напорный резервуар; 5 — сборник диффузионного сока; 6 — насос; 7 —рамный фильтрпресс; 8 — реактор-нейтрализатор; 9-аппарат для приготовления известкового молока; 10 — насос гидроциклона; 11 — гидроциклон; 12 — непрерывно действующий декантатор; 13 — центрифуга ОТН-800; 14— сушилка терморадиационная; 15— дрожжегенератор; 16- бродильные резервуары; 17 — насос 213-1,6; 18 — подогреватель;
19—брагоперегонная колонна непрерывного действия; 20 -дефлегматор; 21-холодильник; 22- смотровой фонарь; 23— спиртомерник; 24 — бардорегулятор; 25 - сборник барды; 26— резервуар для разведения дрожжей; 27, 28, 34 - насосы НП-М; 24 — перегонный куб; 30—холодильник; 31 — приемник энантового эфира; 32 - реактор из нержавеющей стали для обработки барды кислотой; 33 -чан-реактор; 35 — вакуум-выпарной аппарат; — конденсатор; 37- мокро-воздушный насос; 38- пресс ПНД-5; 34 - сборник прессовой жидкости; 40- отделитель виноградных семян ОВС-2; 41 -сушилка универсальная барабанная.
1 Исследования по непрерывной экстракции сахара и виннокислых соединений из сладких виноградных выжимок выполнены под руководством д-ра с.-х. наук проф.
Г. Агабальянца.
Основные процессы производства по этой схеме таковы.
При переработке виноградной выжимки
а) непрерывное экстрагирование сахара (спирта) и виннокислых соединений;
б) нейтрализация полученного сока до сбраживания сахара;
в) отделение, обезвоживание и сушка виннокислой извести;
г) непрерывное сбраживание сахарсодержащей жидкости и отгонка спирта из полученной бражки в потоке;
д) отделение семян из проэкстрагированной и отжатой выжимки для получения виноградного масла и танина;
е) приготовление кормов и удобрений из Кожины винограда;
ж) экстрагирование красящих веществ из кожицы красных сортов для получения пищевого энокрасителя.
При переработке дрожжевых и гущевых осадков
а) отгонка спирта из дрожжевых и гущевых осадков;
б) получение энантового эфира из дрожжевой барды;
в) обработка барды минеральной кислотой;
г) отделение осадка дрожжевой барды;
д) нейтрализация полученного виннокислотного раствора, отделение, обезвоживание и сушка виннокислой извести;
е) использование дрожжевого осадка в кормовых целях и для приготовления удобрений.
Технологическая схема комплексной переработки виноградных выжимок и дрожжевых осадков имеет следующие преимущества перед существующими схемами:
выжимку перерабатывают непосредственно в сезон виноделия, вследствие чего отпадает необходимость сооружения хранилищ для се сбраживания;
увеличивается выход винной кислоты более чем на 50% и спирта на 30%;
обеспечивается полное и комплексное использование выжимки и дрожжевых осадков с получением из них, кроме винной кислоты и спирта, других продуктов, которые раньше не вырабатывались;
улучшается качество получаемых продуктов;
на одном оборудовании можно перерабатывать как виноградную выжимку, так и дрожжевые осадки, а также отходы коньячного и сокового производств;
в 2—3 раза снижается трудоемкость процессов, создается возможность проведения их в потоке с применением механизации и автоматизации;
удельные затраты по переработке снижаются в 2 раза.
Ориентировочно только за счет увеличения выхода спирта и винной кислоты экономический эффект при переработке 1 г выжимки составляет 11 руб., а при переработке 1 т дрожжевых осадков 35 руб.
Для завода мощностью 750 т переработки винограда в сутки экономический эффект составит около 75 тыс. руб. в год.
Получение всего комплекса продуктов, предусмотренного схемой комплексной переработки отходов виноделия, целесообразно только на крупных винзаводах мощностью 500, 750, 1000 т и более переработки винограда в сутки, а также для кустовых цехов и заводов по переработке отходов виноделия.
Для существующих утильцехов и во вновь строящихся цехах на небольших заводах экономически целесообразно ограничиться лишь получением спирта, виннокислой извести, виноградных семян, кормов и удобрений. С этой целью нами разработана несколько упрощенная схема переработки виноградной выжимки и дрожжевых осадков (рис. 11).
Рис. 11. Упрощенная схема переработки виноградных выжимок и дрожжевых осадков:
1 — умягчитель воды; 2-напорный резервуар; 3 — бункер; 4- экстрактор; 5 - насос; 6 — декантатор; 7 — нейтрализатор; 8 — аппарат для приготовления известкового молока; 9 — насос гидроциклона; 10 — гидроциклов; 11 — непрерывно действующий декантатор; 12 — аппарат для обезвоживания ВКИ; 13— сушилка; 14 — бродильные резервуары; 15 — пресс непрерывного действия; 16 — отлети гель виноградных семян; 17— сушилка; 18 — аппарат для разведения дрожжей; 19— аппарат для обработки дрожжей кислотой; 20- чан-реактор; 21- рамный фильтрпресс.
В отличие от комплексной схемы в упрощенной предусматривается сбраживание диффузионного сока периодическим способом; для отгонки спирта может быть использована любая перегонная аппаратура; при переработке дрожжевых осадков, как и в случае выжимки, предусмотрено получение спирта путем выщелачивания холодной водой. Из спиртового раствора отгоняется спирт, из промытого осадка получается виннокислая известь.
Обе схемы проверены в производственных условиях. В настоящее время технология комплексной переработки отходов виноделия принята Гипроспиртвино для типового проектирования утильцехов. Первый такой цех с получением всего комплекса продуктов построен на Мукузанском винзаводе «Самтреста» Грузинской ССР.
ВЫВОДЫ
- Установлено, что на ход процесса экстракции сахара и виннокислых соединений из виноградных выжимок и его результаты в разной степени оказывают влияние: качество выжимки, природа растворителя, температура, продолжительность экстрагирования, число ступеней обмена, скорость циркуляции растворителя и его количество.
Экстрагирование выжимок при температуре 70° С кислотным и щелочным растворами по сравнению с экстрагированием чистой умягченной водой не приводит к увеличению выходов сахара. Экстрагирование кислотным раствором хотя и обеспечивает более полное извлечение солей винной кислоты, однако применение минеральных кислот в количествах, необходимых для полного растворения виннокислых соединений, неэкономично.
При водной экстракции выжимок с увеличением температуры, степени измельчения и продолжительности экстрагирования количество сахара и виннокислых соединений, переходящих в раствор, повышается. Но перечисленные факторы нельзя в полной мере использовать для большей полноты извлечения этих веществ, так как при этом возможно значительное обогащение диффузионного сока другими экстрактивными веществами, например, отрицательно действующими пектиновыми веществами.
Переход в раствор пектиновых веществ возрастает с увеличением температуры и продолжительности воздействия горячей воды, особенно интенсивно - при температуре выше 75° С и экстрагировании более 60 мин. Оптимальное время экстрагирования 45 мин.
При экстрагировании выжимок оптимум величины pH (при которой пептизация пектиновых веществ минимальная) лежит в слабокислой среде (pH около 5,0). При более низком и особенно при более высоком pH диффузионный сок обогащается пектином в большей степени.
Щелочной раствор увеличивает пептизацию пектиновых веществ и поэтому для экстрагирования должна использоваться только предварительно умягченная до полного удаления солей жесткости слабо подкисленная вода (pH 4—5), так как она меньше влияет на загрязнение диффузионного сока пектиновыми веществами и обеспечивает лучшие результаты.
Выявлено, что с увеличением количества выщелачивающей жидкости (откачки сока) и числа ступеней обмена степень извлечения сахара и виннокислых соединений возрастает. Однако для получения сока требуемой концентрации откачка не должна быть выше 100%. При пониженном содержании сахара и виннокислых соединений в выжимке откачка должна быть снижена до 70%. При экстрагировании выжимок в противотоке с многократной рециркуляцией растворителя число ступеней обмена должно быть не менее четырех.
Установлено, что циркуляция раствора в основном зависит от фильтрующей способности (проходимости) столба выжимки. Средняя скорость фильтрации сока через слой выжимки 100 мм при температуре 70°С равна 0,012 л/мин-см2, через слой выжимки 500 мм — в два раза меньше (0,006 .ι/мин-см2). С повышением количества выжимки и с введением перемешивания обеспечивается хорошая циркуляция сока и повышение выходов сахара до 5% и виннокислых соединений до 15%.
- На основе проведенных исследовании разработаны техникотехнологические требования к аппаратам для экстрагирования выжимок и выдано техническое задание на проектирование экстрактора непрерывного действия ленточного типа с многократной рециркуляцией растворителя, как наиболее полно отвечающего требованиям, предъявляемым к таким аппаратам.
- Изучен состав диффузионного сока, содержащего почти все вещества, растворенные в соке, смачивающем выжимку. Установлено, что при переработке диффузионного сока на спирт и виннокислую известь для обеспечения высоких выходов и получения продуктов высокого качества в технологической схеме осаждение виннокислой извести должно проводиться до сбраживания диффузионного сока.
- Производственные испытания и изучение работы экстрактора ЭПД-З, изготовленного по нашему техническому заданию, показали, что при рекомендуемых технологических режимах экстрагирования извлекается из выжимок 92—98% сахара и 80—86% виннокислых соединений при концентрации полученного диффузионного сока, близкой к исходной в выжимках. В отработанной выжимке сахара остается не более 0,7% и винной кислоты 0,15%. Это обеспечивает повышение выходов спирта более чем на 30% и винной кислоты на 50% против существующего метода переработки сброженной выжимки.
Согласно результатам государственных испытаний, экстрактор ЭНД-3 рекомендован для серийного выпуска в производство, а предложенная технология непрерывной экстракции сахара и виннокислых соединений из сладких выжимок — для широкого внедрения в винодельческую промышленность.
- Переработка виноградных выжимок методом непрерывной экстракции внедрена на Напареульском винзаводе «Самтреста» Грузинской ССР, на Крымском и Анапском винзаводах объединения «Абрау-Дюрсо» и внедряется на ряде других заводов.
- Разработана новая технологическая схема комплексной переработки отходов виноделия в потоке и ее аппаратурное оформление, которая закладывается в типовые проекты утильцехов.
Публикуется по сборнику: Виноградарство и виноделие
Труды, том 16, Москва 1967
