INDUSTRIA ALCOOLULUIAlcoolul etilic se produce pe plan mondial, n cea mai mare parte, prin fermentarea lichidelor care conin zahr, cu ajutorul drojdiei. Alcoolul etilic obinut pe cale biotehnologic mai poart denumirea de bioalcool, deosebindu-se astfel de alcoolul etilic de sintez.Produsul finit obinut din fabricile de alcool poart denumirea de alcool etilic rafinat.

MATERII PRIME l AUXILIARE Cele mai utilizate materii prime sunt cerealele, cartofii i melasa.Materiile prime folosite la producerea alcoolului prin fermentaie se pot clasifica astfel:1 - materii prime amidonoase:- cereale: porumb, secar, gru, orz, ovz, orez, sorg etc;- cartofi;- rdcini i tuberculi de plante tropicale: rdcini de manioc (Plant erbacee din ale crei tubercule se extrage tapioca) , tuberculi de batate etc;2 - materii prime zaharoase:- sfecla i trestia de zahr;- melasa din sfecl i trestie de zahr;- struguri, fructe, tescovine dulci etc;3 - materii prime celulozice:- deeuri din lemn de brad, molid, fag etc;- leii bisulfitice rezultate de la fabricarea celulozei;4 - materii prime care conin inulin=polizaharid format din molecule de fructoza depus in radacini i lichenin=organism dintr-o ciuperca si o alga verde:- tuberculi de topinambur (nap-porcesc) ;- rdcini de cicoare;- muchi de Islanda.

Materiile auxiliare.Cele folosite la fabricarea alcoolului sunt malul verde, preparatele enzimatice mlcroblene, srurile nutritive i factorii de cretere, acidul sulfuric, antispumanii, antisepticele i dezinfectanii.Malul verde este folosit ca agent de zaharificare a plmezilor din cereale i cartofi, datorit coninutului su n enzime amilolitice. Se obine dup o tehnologie asemntoare cu cea de producere a malului pentru bere, cu deosebirea c durata de germinare este mai lung, urmrindu-se acumularea unei cantiti maxime de amilaze.Aprecierea calitii malului verde se face att dup aspectul exterior, ct i dup activitatea enzimatic. Activitatea a - amilazic se exprim n uniti SKB, care reprezint grame de amidon solubil dextrinizat de ctre 1 g mal verde, n timp de 60 min la temperatura de 20C, n prezena unui exces de p - amilaz. Activitatea p - amilazic se exprim n uniti Windisch-Kolbach (WK), care reprezint grame de maltoz rezultate prin aciunea extractului provenit din 100 g mal verde asupra unei soluii de amidon solubil 2%, n timp de 30 min, la 20C i la pH = 4,3. n tabelul 17.4 se prezint modul de apreciere a calitii malului verde n funcie de activitatea a- i P - amilazic. Tabelul 17.4 Aprecierea calitii malului verde n funcie de activitatea a- i b amilazicCalitatea malului verde Activitatea a - amilazic (SKB)*Activitatea - amilazic ExcepionalPeste 450 Foarte bun Peste 64401 -450Bun53-64351 -.400Satisfctoare41 52300-350NesatisfctoareSub 41Sub 300* Activiti enzimatice raportate la substana uscat a malului verde.

FABRICAREA ALCOOLULUI DIN CEREALE l CARTOFI Fabricarea alcoolului din cereale i cartofi se poate face prin dou grupe de procedee:- cu fierbere sub presiune a materiei prime (HDV);- fr fierbere sub presiune (DSA).Procedeele clasice de producere a alcoolului din cereale i cartofi se bazeaz pe fierberea sub presiune a materiei prime, care se face n scopul gelificrii i solubilizrii amidonului, astfel nct acesta s poat fi atacat de ctre amilaze Ia zaharificare. Aceste procedee prezint urmtoarele dezavantaje:- consumul de energie termic este ridicat (660 - 800 MJ / hl alcool absolut);- modul de lucru este, de regul, discontinuu iar posibilitile de recuperare a cldurii sunt reduse;- datorit solicitrii termice ridicate a materiei prime (150 ... 165C) se formeaz melanoidine i caramel;- plmezile obinute nu sunt omogene, iar borhotul rezultat are o valoare furajer mai sczut.' . Procedeele de prelucrare fr presiune se bazeaz pe faptul c energia termic necesar pentru fierberea sub presiune este nlocuit, n mare parte, prin energia de mrunire a materiei prime, astfel nct amidonul granular s poat fi fluidificat i zaharificat. Necesarul de energie electric pentru mrunire variaz, n funcie de gradul de mrunire dorit i de procedeul folosit, ntre 16 i 30 kWh /1 cereale, fiind mult mai sczut dect necesarul de energie termic de la fierberea sub presiune

Mrunirea cerealelor i cartofilor Aplicarea procedeelor de prelucrare fr presiune necesit o mrunire optim a materiei prime, astfel nct s se obin randamente maxime n alcool, cu un consum minim de energie.n cadrul acestor procedee, energia termic necesar pentru fierberea sub presiune, care este de circa 700 MJ / hl alcool, este nlocuit cu o cantitate mai mic de energie electric pentru mrunire, de 20 - 40 MJ = 5 -10 kWh / hl alcool. Energia electric necesar pentru mrunire se poate calcula cu relaia:

n care: m este masa materiei prime de mrunit, n t; c - constant care depinde de proprietile materiei prime i de transformarea energiei n moar (c = 0,25 - 0,35 pentru tuberculi; c = 0,6 - 0,8 pentru boabe); n = D/d - raportul de mrunire; D- mrimea iniial, n mm; d- mrimea final, n mm.

Pentru obinerea unor randamente maxime n alcool este necesar ca, la mcinarea cerealelor, proporia de fraciuni rezultate de la sortarea pe site a mciniului s fie urmtoarea (Matzik):La mrunirea cartofilor, mrimea final a particulelor trebuie s fie de 50 -100 (im, iar procentul de particule cu mrimea de peste 1 u.m trebuie s fie de maximum 3%.O mrunire insuficient a materiei prime poate conduce la pierderi n alcool de pn la 20 l/t cereale sau chiar mai mult.Pentru mrunirea cerealelor de folosesc n practic trei grupe de procedee:- mcinarea uscat;- mcinarea umed;- mcinarea uscat i umed (n dou trepte).

Mcinarea uscat. ,Se bazeaz pe folosirea unor mori cu ciocane cu sit de 1 - 2 mm. De la moar, fina ajunge ntr-un buncr de fin, din care este trecut n cazanul de zaharificare. Necesarul de energie electric este de 20 - 25 kWh/t cereale. Acest procedeu se preteaz pentru fabricile mici de alcool i prezint urmtoarele dezavantaje: se formeaz praf care nu este igienic i prezint pericol de explozie, este necesar un siloz de fin, iar la plmdire se formeaz cocoloae ce reprezint o surs de infecie i de pierderi.Mcinarea umed. Se realizeaz cu ajutorul unor mori speciale cu ciocane, alimentate cu cereale, ap de plmdire i enzime de fluidificare. Firma Westphal (Germania) a patentat un procedeu care se bazeaz pe folosirea unei mori cu ciocane fixe i a unei site cu orificii mai mari, avnd o construcie special care permite reducerea consumului de energie electric pentru mcinare. In comparaie cu mcinarea uscat, mcinarea umed prezint avantajul c nu se formeaz praf i cocoloae; acest procedeu se preteaz i pentru mrunirea cerealelor cu umiditate ridicat, conservate n silozuri ermetice. Necesarul de energie electric este ns destul de ridicat, de circa 30 kWh/t cereale.Mcinarea uscat i umed (2 trepte). Printr-o simpl mcinare uscat sau umed nu se poate obine, de regul, granulaia dorit a mciniului, ceea ce conduce la o zaharificare incomplet i la micorarea randamentului n alcool. Din acest motiv se recomand mai nti o mcinare uscat cu ajutorul unei mori cu ciocane, cu sit cu ochiuri mai mari, urmnd ca cea de a doua mrunire umed s se fac, dup fluidificare, ntr-o moar cu discuri. Prin aceast mrunire n dou trepte, necesarul de energie se poate reduce pn la 16 kWh/t cereale.

Procedeele DSA cu mcinare uscat Procedeul Grosse-Lohmann-Spradau: 1 - transportor; 2- moar; 3,5-pompe; 4 - fierbtor Henze; 6 - zaharificator. Cartofii splai sunt trecui printr-o moar cu ciocane tip Mahl-Jet S, iar terciul rezultat este pompat apoi n fierbtorul Henze, unde are loc fluidificarea la 82C cu Termamyl. Plmada este trecut apoi n zaharificator, n care se face rcirea i zaharificarea cu SAN i Fungamyl, dup care se lucreaz ca la procedeul clasic.

Procedeele DSA cu mcinare umed Procedeul Westphal: / - alimentare cu materie prim; 2 - moar; 3 - evacuare corpuri strine; 4, 10, 13 - pompe; 5 schimbtor de cldur; 6-spre fermentare; 7- ap de rcire; 8- fierbtor Henze; 9-zaharificator, 11- alimentare cu abur cnd nu se recupereaz cldur din borhot; 12- alimentare cu abur cu recuperare de cldur din borhot (SRV); 14 - tanc de borhot; 15- vas de destindere; 16- ejector; 17- introducere enzime; 18- alimentare cu ap pentru mcinare.

Fermentarea plmezilor din cereale i cartofi Scopul fermentaiei industriale este obinerea produselor de metabolism, de exemplu a etanolului, acizilor organici (lactic, citric sau gluconic), a diferitelor antibiotice, enzime, aminoacizi i rini naturale sau a nsei celulelor microbiene, cum este cazul drojdiilor. Fermentaiile industriale pot avea drept scop, de asemenea, modificarea compoziiei unui substrat complex, ca n cazul epurrii apelor reziduale, iar foarte recent s-a inclus n noiunea de fermentaie i producerea de celule animale (vaccinuri virale, interferon, anticorpi monoclonali) sau de celule vegetale.

Cinetica dezvoltrii populaiei microbiene Pentru fermentarea plmezilor se pot folosi drojdii lichide (cultivate n fabric), drojdii speciale pentru alcool (uscate sau comprimate) sau drojdii de panificaie. n ultimul timp se folosesc pe scar tot mai larg drojdiile uscate n locul celor lichide, deoarece acestea pot fi imediat utilizate dup o prealabil hidratare, au o bun conservabilitate i se dozeaz mult mai uor.n cazul drojdiilor lichide se folosesc, de regul, 1-3 l drojdie cultivat la 1 hl plmad, n cazul drojdiilor uscate 10-20 g/hl plmad, iar n cazul drojdiilor comprimate 100 - 200 g/hl plmad. ntr-un gram de drojdie uscat se afl, de regul, 20 - 25 miliarde celule de drojdie.Drojdiile utilizate trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: s aib o putere alcooligen ridicat, s se poat acomoda la plmezile acide din cereale i cartofi, s declaneze rapid fermentaia, s formeze o cantitate redus de spum la fermentare i s produc o cantitate ct mai mic de hidrogen sulfurat i alte substane de gust i arom nedorite.

Formarea produsului poate fi influenat de: constituenii mediului (precursori, inductori, represori, inhibitori); viteza de dezvoltare a microorganismelor; morfologie; concentraia n oxigen sau C02; temperatur; pH; viteza de asimilare a substratului; formarea de subproduse, precum i de ali factori.Ecuaiile ce descriu matematic viteza de obinere a produselor de metabolism arat dependena acesteia de viteza de dezvoltare a microorganismelor, de concentraia de microorganisme din mediul de fermentare sau de o combinaie a acestor variabile Producerea alcoolului etilic din zaharuri fermentescibile este, cu siguran, cel mai important exemplu de fermentaie anaerob.

UTILAJE l INSTALAII DE FERMENTARE Clasificarea fermentatoarelor:Tipul de fermentaie: Anaerob. Aerob Regimul de funcionare: Periodic,Continuu,Semicontinuu Gradul de sterilitate: Steril, Convenional steril Nesteril Modul n care este pus la dispoziie biocatalizatorul: Cu celule microbiene Cu enzime Gradul de libertate al biocatalizatorului: Cu celule microbiene in suspensie, Cu celule microbiene imobilizate Gradul de amestecare: Cu amestecare ideal, Cu stare intermediar de amestecare, Cu dislocuire ideal

Capacitate: De laborator, Pilot, Industrial Forma i modul de construcie: Cuv, lin, rezervor, bazin (H < 2), Coloan H

Instalaiile cu funcionare discontinu reprezint baza instalaiilor de fermentare anaerob n industria vinicol se prefer fermentaia discontinu pt c se favorizeaz producerea mai multor categorii i tipuri de vin.n industria berii, de asemenea, este bine cunoscut c indicii calitativi pentru berea obinut prin procedee discontinue sunt superiori berilor obinute prin procedee continue.Fermentatoarele cu funcionare discontinu pot fi: statice sau dinamice (rotative).Fermentatoarele statice. n industria vinicol fermentaia clasic a mustului se face n vase din stejar (butoaie, budane, czi) sau n rezervoare (cisterne) de mare capacitate din beton, materiale plastice sau din metal.n industria berii, vasele de fermentare poart, n general, denumirea de linuri, dac lucreaz la presiune barometric, i de tancuri, dac funcioneaz sub presiune. Linurile de fermentare se execut din beton, protejate la interior cu smoal sau cu rini epoxidice, din poliester mbuntit cu fibre de sticl, din oel protejate cu email sau sticl organic, din aluminiu sau din oel inoxidabil.Tancurile de fermentare reprezint recipiente nchise folosite pentru fermentarea primar sub presiune sau pentru fermentarea secundar. Ele se confecioneaz din tabl de oel protejate cu mas bituminoas sau rini epoxidice, din otel inoxidabil sau din aluminiu.Vasele de prefermentare i de fermentare din industria spirtului sunt de obicei de construcie metalic, de form paralelipipedic sau cilindric i poart denumirea de linuri.Tancurile cilindro-conice verticale se utilizeaz n industria berii pentru procese tehnologice clasice sau rapide de fermentare primar i secundar sau combinat. Astfel de tancuri se pot utiliza pn la anumite dimensiuni i ca recipiente sub presiune. Se amplaseaz n construcie, sau direct sub cerul liber. Rcirea are loc fie cu mantale inelare sau buzunare exterioare (pn la 5, din care 1-2 n zona conic), fie prin recircularea lichidului i trecerea printr-un schimbtor de cldur cu plci.Umplerea i golirea tancurilor ce aplic tehnologii clasice se efectueaz printr-un racord fn partea conic. Golirea drojdiei are loc printr-o deviaie a conductei de alimentare - golire, cu ajutorul unui robinet cu 3 ci. Pe capacul fermentatorului sunt montate o supap de supra-presiune reglat astfel nct s se deschid la presiune de 1,8 bar i o supap de vid care se deschide la presiunea de 0,99 bar.

Forme i dimensiuni pentru tancurile cilindro-conice

Rezervorului pt ampanizarea vinului prin procedeul periodic, acratofor 1-ventil; 2-racord evacuare vin; 3-manometru; 4-conduct alimentare amestec fermentativ; 5-conduct de legtur la manometru; 6-gur de vizitare; 7- gtul rezervorului; 8- capac sferic; 9, 11, 13-mantale de rcire; 10-corpul rezervorului; 12- indicator temperatur; 14 -fund sferic; 15- racord evacuare drojdie.

Fermentatoare rotative Cisterna rotativ, indiferent de tip, este confecionat din tabl de oel inoxidabil, prevzut la interior cu doi perei laterali perforai i un jgheab, de asemenea perforat, prin care se separ vinul ravac. Unele tipuri de cisterne sunt prevzute n interior cu o ican cu ajutorul creia mustuiala este i mai bine amestecat. icana este astfel montat, nct s faciliteze dirijarea mustuieli de-a lungul jgheabului de scurgere sau spre gura de evacuare, n funcie de sensul de rotaie al corpului cisternei. Cisterna se rotete cu circa 4 rot/min n jurul axei sale longitudinale, favoriznd astfel contactul permanent al botinei cu mustul, ceea ce conduce la obinerea de vinuri mai intens colorate i mai bogate n arom, extract i cenu dect cele obinute prin macerare-fermentare n vase statice. n interior ea poate fi prevzut cu o serpentin din oel pentru circulaia apei, care este utilizat fie pentru nclzire - n toamnele reci cnd fermantaia demareaz greu - fie pentru rcire-n cele mai multe cazuri. La terminarea macerrii - fermentrii vinul se evacueaz prin intermediul unui robinet de golire, iar botina prin gura de alimentare, dup ce aceasta a fost adus, prin rotirea cisternei, n dreptul jgheabului de evacuare.

1 - sistem de antrenare; 2 -fund elipsoidal; 3- gur ncrcare-descrcare;4 - serpentin; 5- virol; 6- inel de rigidizare; 7- spir; 8 - nervur exterioar; 9 - lagr.

Utilaje i instalaii pentru fermentarea anaerob continu Avantajele fermentaiei n flux continuu sunt:- centralizarea operaiilor i a controlului;- grad ridicat de automatizare i economie de manoper;- rapiditate i regularitate n desfurarea procesului de fermentare;- posibilitatea fermentrii unor cantiti mari de material n vederea obinerii unor volume mari de produs fermentat de aceeai calitate;- gradul alcoolic al produsului fermentat este mai mare dect la procedeele clasice, deoarece aeraia, fiind mai redus, limiteaz multiplicarea levurilor i, n consecin, se consum mai puin zahr pentru creterea biomasei levuriene. Aceasta poate constitui uneori un dezavantaj.n unele situaii, fermentarea n flux continuu este urmat de o faz postfermentativ, discontinu/care are rolul perfectrii fermentaiei i aducerii produsului finit la indicii tehnologici cerui. Situaia se ntlnete n industria vinului i industria berii.

Fermentator tip coloan pentru industria vinului: /-compartiment inferior; 2-3- compartimente intermediare; 4-compartiment superior; 5- capac cu dispozitiv de evacuare CO2; 6~ pomp pentru circulaia apei de rcire-nclzire; 7-instalaie de rcire; 8- instalaie de nclzire; 9- conduct perforat pentru distribuirea apei de rcire - nclzire; 10- jgheab de colectare i evacuare a apei;11- racord de alimentare cu must. Pe msura desfurrii fermentaiei, modificndu-i densitatea, el se ridic spre partea superioar, vinul nou fiind evacuat prin robinetul de scurgere i dirijat spre perfectarea fermentaiei, ntruct el mai conine 2-3% glucide nefermentate. n acest mod, pe de o parte se mrete productivitatea instalaiei iar pe de o alt parte, prin aerarea vinului, se favorizeaz activitatea drojdiilor, care produc fermentarea rapid i complet a zahrului remanent.

Instalaie APV de fermentare continu a mustului de bere: 7 - recipient tampon de must; 2- dispozitiv pentru controlul concentraiei; 3 - paste-urizator de must; 4-turnuri de fermentare; 5-tancuri pentru maturare; 6-rcitor de bere.

Instalaie APV de fermentare din industria spirtului: 1 -tancuri de depozitare; 2-pasteurizatoare; 3-fermentatoare turn; 4- regulator de flux; 5-vas tampon; 6-centrifug; 7-rezervor pentru drojdie.

DISTILAREA I RAFINAREA ALCOOLULUI Prin distilare se nelege, n sens larg, totalitatea modalitilor de separare a componentelor unui amestec lichid omogen bazate pe diferena dintre temperaturile de fierbere ale constituenilor, temperaturi crora le corespund i presiuni de vapori diferite. La temperatura de fierbere a amestecului, componentele mai volatile (cu temperaturi de fierbere mai joase) vor avea presiuni de vapori mai mari i, deci, se vor gsi n faza de vapori n concentraii mai mari dect n faza lichid din care au provenit.Vaporii astfel mbogii, prin condensare formeaz distilatul, iar lichidul, coninnd (preponderent) componentele greu volatile - reziduul. Distilarea este o operaie dubl, de fierbere parial a amestecului i de condensare a vaporilor formai.n scopul atingerii unor separri mai avansate, succesiunea fierbere - condensare se repet n utilaje de contactare n trepte sau diferenial, realizndu-se astfel operaia de rectificare.Rafinarea este operaia de purificare i concentrare n alcool, a alcoolului brut, n vederea obinerii alcoolului etilic rafinat, cu concentraia alcoolic de circa 96% voi. Rafinarea se poate face pe cale fizic (rectificare) sau pe cale chimic. Rafinarea chimic const n tratarea alcoolului brut cu substane chimice, n vederea transformrii unor impuriti din form volatil n form fix (nevolatil).

Plmada fermentat este un amestec apos de diferite substane aflate n soluie sau n suspensie, fie provenite din materiile prime i auxiliare, fie produse ale fermentaiei alcoolice. Concentraia alcoolic a plmezii fermentate variaz ntre limite largi, cuprinse ntre 6 i 12 % voi., n funcie de materia prim prelucrat i de procesul tehnologic aplicat. Separarea alcoolului etilic din acest amestec se bazeaz pe diferena de volatilitate dintre alcool i ap. Pentru a se vedea n ce msur se realizeaz concentrarea n alcool la distilare, n tabelul 17.14 se prezint echilibrele dintre vapori i lichid la distilarea amestecurilor de alcool etilic i ap.

Instalaii de distilare i rectificare Instalaiile de distilare a plmezilor fermentate sunt prevzute cu dou coloane, de plmad i de concentrare, care pot fi amplasate suprapus sau alturat.Cele mai utilizate n practic sunt instalaiile de distilare cu coloane suprapuse. n fig. 17.11 este prezentat o instalaie de distilare a plmezilor fermentate, prevzut cu nclzire indirect, care permite obinerea unui borhot mai concentrat.Instalaiile de rafinare discontinu sunt prevzute cu separare de aldehide i ulei de fuzelPentru capaciti mai mari se folosesc instalaii de distilare - rafinare continu, care permit obinerea alcoolului rafinat direct din plmezile fermentate.n fig. 17.13 este reprezentat schematic o instalaie de distilare - rafinare continu cu trei coloane, care se bazeaz pe antrenarea frunilor direct din plmada fermentat.Consumul de abur pentru instalaia de distilare - rafinare continu este de circa 5 kg /1 alcool absolut.Pentru reducerea consumului de energie la distilare i rafinare se pot folosi urmtoarele metode:recuperarea cldurii din borhot prin recomprimare termic sau mecanic a vaporilor - distilarea i rectificarea cu efect multiplu - folosirea pompelor de cldur.

Instalaie de distilare a plmezilor fermentate: 1 - pomp de plmad; 2 - alimentare cu abur; 3 - coloan de plmad; 4 - coloan de concentrare; 5 - deflegmator combinat; 6 - vapori de alcool; 7,9- ap; 8 - condensator rcitor; 10- felinar de control; 11- alcool brut; 12 - rezervor de alcool brut; 13- pomp de borhot; 14- borhot.

Instalaie de rafinare discontinu cu separare de aldehide i ulei de fuzel: 1- condens; 2-abur; 3-blaz; 4-rcitor de ulei de fuzel; 5- coloan de rectificare; 6-conduct de vapori; 7-deflegmator; 8-rcitor de aldehide; 9-rcitor de alcool rafinat; 10, 13-separatoare de ulei de fuzel; 11-felinar de control alcool rafinat; 12-ap; 14-ulei do fuzel; 15- ap de luter.