Технология производства спирта

Производство спирта 

Спирт — это продукт, получаемый с бражки путем перегонки  на брагоректификационной установке. Является сырьем для ликероводочной продукции, медицины, парфюмерной промышленности и т.д. 

Производство спирта долгое время считалось основным направлением в деятельности Иткульского завода. Оно ведет свою историю с 1868 г, с того времени, когда в с. Соколово, под Бийском, начал работать первый винокуренный завод. 

Первое здание завода, деревянное, было выстроено всего  за один год и оснащено самым передовым, по тем временам, оборудованием. Производство началось с выкурки 40 тысяч ведер 40 градусного спирта  в год. 

Непрерывный технологический  процесс,   который сегодня  на заводе полностью автоматизирован. На всех стадиях производства ведется  жесткий контроль качества, строго соблюдается технологическая дисциплина. Качество контролируют специалисты  ПТЛ при помощи новейших контрольно-измерительных  приборов — хроматографов, позволяющих  не только проводить экспресс-анализ спиртов практически по всем микропримесям, но и делать их математическую обработку, сокращать длительность и погрешность  анализов. 

Суть биохимической  технологии приготовления спирта состоит  в следующем: вначале крахмалосодержащее сырье измельчают и разваривают  до полного разрушения структуры  клеток и растворения крахмала, содержащегося  в них. Затем растворенный крахмал  «осахаривают», то есть подвергают гидролизу под действием ферментов солода или микробных ферментных препаратов. Потом полученное «осахаренное» сусло сбраживают спиртовыми расами дрожжей. При этом происходит расщепление глюкозы под действием ферментов дрожжей. Основными продуктами брожения являются этиловый спирт и углекислый газ. Зрелая бражка содержит также побочные  вторичные продукты брожения» альдегиды, кетоны, спирты сивушного масла, глицерин, карбоновые кислоты и др.  

Для выведения и  очистки спирта из бражки специалисты  завода пользуются методами брагоректификации, обладая при этом уникальной брагоректификационной установкой, оснащенной автоматизированной системой управления, что позволяет исключить влияние человеческого фактора и, тем самым, значительно повысить качество спирта. 

Брагоректификационные процессы проходят в несколько стадий, во время которых спирт концентрируется и освобождается от определенной части примесей. В результате получается ректификованный (очищенный) спирт соответствующий ГОСТу Р 51652 – 2000.  Сегодня технология ректификации, разработанная специально для завода ведущими учеными России, позволяет получать спирты, которые содержат примесей на порядок меньше, чем предусмотрено ГОСТом. 

Первое необходимое  условие  для получения высококачественного  спирта — качественное сырье. В книге  Кропоткина по винокурению мы нашли  следующие указания: «Для большего выхода спирта и для получения  более чистого по вкусу и запаху продукта, хлебные зерна перед  размельчением должны быть самым  тщательным образом очищены, так как  нечистоты, примешенные к хлебу, оказывают вредное влияние при приготовлении сусла и при брожении, причем получаются вещества, придающие спирту весьма противный вкус и запах и самый выход спирта в значительной степени уменьшается». 

Поэтому зерно, поступающее  на завод, подвергается жесткому контролю со стороны специалистов ПТЛ Строго соблюдаются утвержденные показатели по сорности, влажности и др. 

Второе необходимое  условие  — микробиологическая чистота  на всех стадиях производства. Специалисты  предприятия  хорошо понимают, что  ведение микробиологического контроля позволяет своевременно выявлять причины  отклонений и нарушений в технологическом  процессе, обнаружить инфекцию и принять  меры по ее ликвидации, а значит поддерживать стабильное качество выпускаемой продукции. Руководство завода, все сделало  для того, чтобы модернизировать  работу в данном направлении. И в 2006 году пущена в эксплуатацию новая  микробиологическая лаборатория. 

Исходное сырье  для производства спиртов — рожь, пшеница, ячмень, просо. Спирт иткульские винокуры готовят по отработанной веками технологии с использованием солода. 

Природа за время  эволюции собрала в зерне уникальное число различного рода ферментов, которые  в процессе проращивания активируются, чтобы дать жизнь новому растению. И человек этим умело пользовался  долгие годы, но, к сожалению, в погоне за упрощением производства и удешевлением спирта начал об этом забывать. 

В 1998г. ОАО «Иткульскийспиртзавод», как и большинство предприятий отрасли, в силу экономических причин, был вынужден взять на вооружение технологию производства с применением ферментных  добавок, полученных методом микробиологического синтеза. Однако производство солодового спирта продолжал, хотя и в меньших размерах. Ведь только оно позволяет получить натуральный продукт, в котором нет ингредиентов, полученных синтетическим путем. 

Для специалистов завода качество выпускаемой продукции  всегда на первом месте. И поэтому  в декабре 2004 года они принимают  решение — выпускать исключительно  солодовый спирт. И с января 2005 года приступили к реализации поставленной цели. Производство солодового спирта – трудоемкий и сложный процесс, занимающий больше времени, ведь для  накопления ферментов в проращиваемом  зерне ячменя и проса необходимо 10-12 суток. 

Но альтернативы солоду нет. Чтобы не говорили производители  ферментных препаратов, а именно применение солода дает спирту и водке мягкий, гармоничный вкус без горечи и  послевкусия. 

Сегодня ОАО «Иткульскийспиртзавод» выпускает спирт 3-х наименований: «Высшая очистка», «Экстра», «Люкс». Это натуральный экологически чистый продукт, гарантированно произведенный без использования генетически модифицированных продуктов, чего так боятся потребители во всем мире. Профессионалы отросли считают их одними из лучших в России. Не даром ряд ведущих российских  производителей ЛВП ОАО «Байкалфарм» (Улан-Удэ), ОАО «Бенат» (Тюмень), ОАО «Мариинский ЛВЗ» (Кемеровская обл.) и др. регулярно приобретают для производства собственной продукции Иткульский спирт. 

Соответствие спиртовой  продукции завода  общеевропейскому стандарту качества подтверждает сертификат лаборатории Национального союза  объединенных производителей алкоголя (Франция).  Свидетельство Всероссийской  организации качества удостоверяет, что качество   производимой продукции  соответствует высшему уровню качества, установленному программой «Российское  качество». Награды, полученные в дегустационных конкурсах, выставках различного уровня, в различные периоды подтверждают стабильность высокого качества. 
 

О возможностях глубокой комплексной переработки зерна  пшеницы на предприятиях спиртовой / алкогольной промышленности.

В спиртовом производстве, с точки зрения технологии, использование  пшеницы является предпочтительным: расчетный выход из 1 тонны условного  крахмала при переработке ее по непрерывной  схеме составляет 64,8 декалитров. Однако с точки зрения экономики использование  пшеницы в отрасли ограничивается достаточно высокой ее стоимостью: повышение выхода спирта не оправдывает  более высоких затрат на ее покупку. Показатель " эффективность сырья " для пшеницы ниже, чем для  ржи и ячменя. Такой вывод на самом деле представляется закономерным: основную ценность пшеницы как культуры определяет не высокое содержание крахмала (в среднем лишь на 10% выше , чем у других культур), а ценностью белковой части. По этой же причине в стране пшеница практически не используется на крахмалопаточных заводах, хотя во всем Мире пшеница является вторым по величине источником крахмала после кукурузы. 

В тоже время комплексная  и глубокая переработка пшеницы  с использованием всех ее составляющих частей может резко повысить экономическую  эффективность основного производства, и выручка от продаваемых побочных продуктов может во много раз  превысить выручку от продажи  основного продукта. 

Одним из наиболее значимых продуктов ее переработки является клейковина (известная за рубежом  как "витал-глютен"). Ее стоимость на сегодняшний день на мировых ранках составляет $ 1200 - 1500 за тонну. Основным потребителем продукта являются предприятия мукомольной и хлебопекарной промышленности. Пшеничный хлеб своим существованием обязан клейковине - именно она определяет хлебопекарные свойства муки. 

Добавление в муку клейковины, получаемой в качестве побочного продукта при других видах  переработки зерна, значительно  снижает ее себестоимость, ведь затраты  на исходное сырье равны нулю. Одним  из немногих производств, где клейковина может выделяться в качестве побочного  продукта, является спиртовое производство. 

Проблема недостаточного содержания клейковины в муке актуальна  не только для России. Ежегодно в  мире производится более 4 миллионов  тонн продукта, в том числе в  странах Европейского содружества  около 400 тысяч тонн. 

Глютен, как чисто природный белок зерна, богат питательными веществами и имеет широкий спектр применения. В мучной промышленности, как чистая природная добавка, клейковина добавляется к муке, которая бедна клейковиной, а также используется в производстве хлеба, муки, пельменей, муки для лапши быстрого приготовления и лапши муку для улучшения качества выпечки, приготовления пищи качества, качества продуктов питания и пищевой ценности; в пищевой промышленности, из клейковины можно сделать в различные блюда, объединенных здоровья, питательных веществ и удобства, такие как вода клейковины, хлеб, Судзи (своего рода соевый творог продукт), колбаса, кисло- сладкого мяса, обед мясо, мясные консервы и т. д.; в комбикормовой промышленности, клейковиной может быть заменена на часть α - крахмал , а также в некоторых рыбных кормах клейковина может заменить его в качестве источника белка, что делает состав аминокислот более разумным.  В настоящее время предприятия пшеничной клейковины в Китае с низким содержанием небольшого количества и размеров, большинство из которых являются небольшие фабрики с годовой производительностью ниже 1000 тонн .  Эти фабрики оснащены устаревшим оборудованием и низкой эффективностью, чьё качество продукции не может быть гарантировано.  Всё производство клейковины в Китае все еще находится в начальной стадии.  Производство Глютена в Китае имеет давнюю историю, но промышленное производство началось поздно. В конце 1980-х годов, XuzhouMills представила первый комплект модернизированных производственных линий клейковины из B&M компании в Соединенном Королевстве. Промышленно развитые производства пшеничного крахмала / клейковины было начато в больших масштабах. Subsequently, Henan Anyang Mills and the Xinjiang Kuitun Beijiang Starch Production Plants have been introduced successively. Впоследствии были последовательно введены, HenanAnyangMills и XinjiangKuitunBeijiang крахмальные заводы . Эти проекты были представлены ХHenanLianhuaGroup, DaysCrownGroup  и   EastChinaSeaOilIndustries (Zhangjiagang) Co., Ltd., которые привели к существенному увеличению выхода на внутреннем рынке.   

Клейковина ( Глютен ) в России не производится. Импорт клейковины, преимущественно из Европы, из-за ее высокой стоимости в последние годы не превышал 600 тонн в год. При этом, однако, общая потребность в клейковине, необходимой для "доведения" качества муки до требуемых стандартов, значительно выше. Суммарная емкость рынка клейковины в России может быть оценена в 500 000 тонн. 

Рынок клейковины Китая  имеет следующие характеристики: 

Во-первых, быстрое  расширение масштабов. С 1990-х годов  менее 1000 тонн до нынешнего ежегодного потребления 100000 тонн или более, это  более чем 15 процентов в год  по скорости прироста.  

Во-вторых, более  широкую сферу применения.  Рынок  клейковины муки в ранний период ограничивался  четырьмя отраслями промышленности,  в настоящее время количество занятых в пищевой, мясной, лапша быстрого приготовления, а также кормовой промышленности развивается быстрыми темпами.

Раздельное использование  крахмалов требует отдельного рассмотрения. Не надо забывать, что переработка  крахмалана спирт не является самым оптимальным, с точки зрения экономики, решением. Спирту достаточно "все равно" из какого крахмала он сделан, в то время как для некоторых пищевых производств необходимо использование чистого высококачественного крахмала. Одной из особенностей пшеницы является разделение крахмала на два сорта - крахмал А и крахмал В. Крахмал В, составляющий 15 - 20 % общего количества, с гранулами размером 2 - 15 микрон, сильно загрязнен пентозанами, клетчаткой, липидами (жирами) и белками. Крахмал А, с размером гранул 20 - 35 микрон, значительно чище, по своим характеристикам он не уступает кукурузному крахмалу, который считается самым высококачественным. При глубокой переработке пшеницы эти два вида крахмала получаются отдельно, и понятно, что их обратное смешивание нелогично. Рынок крахмала и крахмалопродуктов развит значительно лучше рынка спирта и ликеро-водочных изделий, и крахмалопаточное производство рентабельнее спиртового. Наиболее перспективным представляется использование крахмала А для производства сахарозаменителей, в первую очередь глюкозо-фруктозного сиропа. 

Не будем подробно останавливаться на различных существующих технологиях технологиях комплексной переработки пшеницы ( MARTIN - процесс, "slurry" - процесс, технологии переработки целого зерна). Проанализируем экономический эффект от внедрения такой технологии на спиртовом заводе. В качестве примера рассмотрим технологию, предлагаемую фирмой GEA Wiegand, Германия. 

Очищенная пшеница  из бункера поступает на мельницу. Для достижения желаемого качества помола повышается влажность пшеницы. После мельницы смесь муки с отрубями подается на ситчатое сепараторное устройство. Плоский грохот (воздушно-ситовой сепаратор) разделяет мучную и отрубяную фракции. Пневматическим способом мука направляется к мучным бункерам. Фракция отрубей по пневматическому транспортеру направляется в буферный бункер, находящийся на участке разжижения основного (спиртового) производства. Перед тем, как мука будет размешена в смесителе с водой до образования равномерной суспензии , производится ее дозировка на ленточных весах. Замешанная из муки и воды суспензия направляется с помощью эксцентрикового винтового насоса к дезинтегратору высокого давления. Суспензия подается в буферный резервуар, а затем в разжиженном виде откачивается к 3-х фазномудекантеру. В деканторе происходит разделение следующих частей: крахмала А, крахмала В с включенной в него клейковиной, пентозанов и других слизистых веществ. На включенном после декантора вращающемся сите происходит отделение крахмала В от клейковины. 

Клейковина ( глютен ) направляется на сушилку. Размельченная клейковина переносится потоком горячего воздуха, причем материал, не измельченный и не высушенный достаточно, отделяется от него и подается обратно на дезинтегратор (т.е. дробилку ). Поступающий с сушилки продукт направляется на грохот, на котором происходит отделение всех частиц размером более 200 микрон. 

Как видно глютеновый блок заменяет собой систему помола зерна, разжижения и разваривания. 

Пшеничный глютен (клейковина) представляет собой нерастворимый в воде белковый комплекс, содержащийся в эндосперме. Этот коммерческий продукт вырабатывается как побочный при промышленной переработке пшеницы. Различают два коммерческих продукта: "витал-глютен", состоящий из сухих белков, находящихся в нативном состоянии, и девиталированныйглютен, состоящий из белков, потерявших свои свойства (денатурированных). 

Кроме применения в  мукомольной промышленности продукт  также используется для производства гидролизованного растительного белка, глютаминовой кислоты. 
 
 

Технические параметры  глубокой переработки зерна пшеницы. 

Учитывая, что оборудование для производства клейковины устанавливается  на спиртовом заводе, производство является побочным по отношению к  спиртовому, а также сильную зависимость  выхода клейковины от характеристик  пшеницы в расчете на единицу  произведенной продукции, технические  параметры могут оцениваться  достаточно приблизительно. 

Спиртовый завод производительностью 1 миллион декалитров в год потребляет примерно 3,700 тонн пшеницы в час. Выход клейковины при этом будет составлять от 200 до 300 кг в час. При этом расходы на производственные цели будут составлять: пара (5 бар) 1500 кг в час, электроэнергии 450 кВт, потребность в технологической воде составляет 3 метра кубических в час, охлаждающая вода не требуется. 
 
 

Влияние глубокой переработки  зерна пшеницы на основное производство спирта. 

Установка такого оборудования на спиртовом заводе дает следующие  преимущества: упрощает процесс переработки  барды, не требуется разжижение и разваривание, так как результатом переработки является крахмальная суспензия. Кроме того, становится возможным повторное использование дрожжей путем их сепарирования. 
 
 

Экономические аспекты  глубокой переработки зерна пшеницы. 

При оценке экономических  аспектов возможно два подхода: перенос  всех дополнительных экономических расходов на спирт и учета только выручки от продажи других продуктов, или раздельный учет каждого вида производств. Второй путь кажется наиболее строгим, однако он не дает полного представления об экономике процесса, особенно при сравнении различных технологических схем. Кроме того. Некоторые стадии являются общими для разных продуктов, и возможно отнесение производственных затрат как на один продукт, так и на другой ( например затраты на очистку зерна, производство отрубей могут быть отнесены как на спиртовое производство так и на глютеновое). Поэтому первый вариант является наиболее наглядным, именно так оценивается эффективность технологии за рубежом, в том числе в США. 

Увеличение производственных затрат ожидается по следующим позициям: тепловая энергия, электроэнергия. Увеличение расхода тепла за счет включения  оборудования по производству клейковины, в расчете на один декалитр спирта составит 6,6 Мкал. Однако примерно столько  же тратится на разваривание, которое исключается при внедрении этой схемы (6,4 Мкал), таким образом, общее увеличение расхода пара составляет 0,2 Мкал, или около 0,3 %. Более того, учитывая снижение потерь технологическим оборудованием ( более 12 Мкал ), можно предположить, что установка оборудования не приведет к увеличению расходов по этой позиции. 

Общепринятый заводской  расход электроэнерии на производство 1 декалитра спирта сегодня в среднем по отрасли составляет 3,83 кВт · час / декалитр, из которых на подработку и измельчение зерна расходуется 0,9 кВт · час / декалитр, на водно-тепловую обработку и осахаривание - 2,07 кВт · час / декалитр. Потребление электроэнергии оборудованием по производству клейковины составляет 450 кВт, или, в расчете на декалитр спирта 3,6 кВт · час. С учетом экономии электроэнергии при замене оборудования по помолу и частично водно-тепловой обработке, расход электроэнергии составит 6,53 - 4,46 кВт · час. Увеличение расхода по этой позиции, таким образом составит от 16 до 70 %. Это достаточно высокий показатель, но необходимо принимать во внимание, что в общей калькуляции расходов затраты на электроэнергию составят в среднем 2,7 %. Увеличение расхода электроэнергии даже на 70 % приведет к удорожанию спирта на 2 %. 

Точно оценить увеличение затрат по другим статьям расходов не представляется возможным, но можно  предположить, что заработная плата, составляющая в цене спирта не менее 2%, увеличится незначительно. Предположим , что суммарные затраты увеличились на 10 %, или на 5,6 рублей. 

Наиболее значительно  увеличение коснется отчислений на амортизацию  оборудования. При обычной ставке 9 % и ориентировочной стоимости  оборудования $4,5 миллиона, ежегодно необходимо отчислять $ 400 000, т.е. $ 0,4  (9,6 рублей) на каждый декалитр произведенного спирта. (Эту проблему можно решить при помощи лизинга оборудования). 

Таким образом, производственная стоимость спирта возрастает на 15,2 рублей за декалитр. При цене клейковины ( глютена ) $1,2 за килограмм и отношении выхода "1 декалитр спирта - 2 кг клейковины" положительный эффект от ее продажи, в расчете на декалитр спирта, составит 56,7 рублей. 

Суммарный экономический  эффект от внедрения новой технологии глубокой переработки зерна без  учета возможной реализации отрубей  ( 10 % от количества перерабатываемого сырья ) будет составлять 42,4 рублей с декалитра. 

Сегодня формальная рентабельность спиртового производства составляет около 5 рублей ( 8 - 12 % ), а фактически спиртовые заводы работают с отрицательной рентабельностью. Следовательно. Внедрение схемы комплексной глубокой переработки зерна может повысить рентабельность спиртового производства более чем в 4 раза.