Вторичные ресурсы

Раздел: Учебники

Двуокись углерода выделяется в процессе спиртового брожения пивного сусла и является побочным продуктом, содержащим, помимо СОг, следы органических соединений и пары воды. Около 75 % двуокиси углерода, получаемой при главном брожении, используется для технологических нужд производства пива, остальная часть может быть использована в виде товарного углекислого газа для приготовления безалкогольных напитков или для других целей. По нормам технологического проектирования пивзаводов (1979 г.) выход утилизируемого углекислого газа главного брожения составляет 218 г на 1 дал жигулевского пива. Практически получается несколько меньшее количество. Расход углекислого газа при производстве и розливе пива по нормам составляет 154 г на 1 дал пива.

На крупных пивоваренных заводах (мощностью свыше 5 млн. дал пива в год) утилизация углекислого газа из бродильных баков главного брожения достигает 98 %. На пивоваренных заводах средней мощности (от 1 млн. до 5 млн. дал пива в год) утилизация углекислого газа брожения осуществляется только частично.

Это объясняется тем, что для сжатия и компрессирования углекислого газа брожения применяют углекислотные компрессоры, производительность которых обусловлена мощностью пивоваренного завода. Так, для пивоваренных заводов мощностью до 2 млн. дал пива в год произво,- дительность компрессоров составляет 50 кг/ч, для заводов мощностью от 2 млн. до 3,7 млн. дал в год— 100 кг/ч. Для пивоваренных заводов небольшой мощности — 0,37 млн. и 0,92 млн. дал в год — производительность компрессоров составляет соответственно 10 и 25 кг/ч. Отечественная промышленность выпускает только два вида установок для сжижения углекислого газа: тип УВКС производительностью 220 кг/ч с конечным давлением 75 кг/см2 и тип УКС производительностью 270 кг/ч с конечным давлением 15 кг/см2.

Кроме того, на заводах небольшой мощности, удельный вес которых в балансе производства пива составляет около 10 %, углекислый газ не используется в связи с введением брожения на многих из них в открытых бродильных емкостях.

На действующих пивоваренных заводах крупной и средней мощности получение и хранение углекислого газа осуществляются по следующей схеме: углекислый газ из бродильного отделения поступает в пеноотде- литель для освобождения от пива, затем в газгольдер и на компрессорный агрегат, состоящий из компрессора и холодильника, где он сжимается до 4—10 кг/см2. После сжатия газ очищают от примесей и хранят в газообразном состоянии. Получаемый по описанному способу углекислый газ используют только для технических нужд пивоваренного производства.

Для завода мощностью 4 млн. дал пи"!за в год устанавливают два компрессорных агрегата производительностью каждый 90 кг/ч при максимальном давлении 8 кг/см2.

Все новостроящиеся и введенные в последнее время в эксплуатацию крупные заводы оборудованы установками по утилизации СОг брожения. Утилизируемый углекислый газ используют на технологические нужды, а также для бестарной транспортировки пива, а на ряде заводов и производстве безалкогольных напитков.

Действующие на пивоваренных заводах углекислотные цехи оснащены отечественными и зарубежными углекислотными компрессорами, предназначенными для утилизации и сжижения углекислого газа: ЗУГМ, 2УП производительностью 220 кг/ч, ПРКЗ — производства Чехословакии и АК-100 — производства ГДР.

На базе серийно выпускаемого отечественной промышленностью углекислотного компрессорного оборудования Харьковским конструкторским бюро Научно-производственного объединения пивобезалкогольной промышленности в 1977 г.. разработаны три типовые схемы утилизации и использования углекислого газа на крупных и средних пивоваренных заводах.

Для пивзаводов мощностью от 7 млн. до 10 млн. дал пива в год предусмотрена установка углекислотного компрессора типа 2УП; компрес- сорно-конденсационный агрегат типа АК-АУ 45/Г1; для пивзаводов мощностью от 1 млн. до 5 млн. дал пива в год — компрессорно-конденсацион- ные агрегаты типа АК-ДС-1,2-70 и типа АК-КУ 45/П.

Типовая схема получения, хранения, отпуска и использования углекислого газа брожения на пивоваренных заводах мощностью от 5 млн. до 7 млн. дал пива в год следующая.

Углекислый газ из бродильного танка поступает в пеноуловитель для отделения пива и в газосборники, откуда водокольцевым компрессором подается на фильтр с 0,5 %-ным раствором КМп04 для очистки газа от органических примесей, а затем для окончательной очистки через брызголовушку в фильтр с активированным углем.

Очищенный газ поступает в 1 ступень компрессора, сжимается и после охлаждения в теплообменнике и очистки от капель масла в влагоотдели- теле поступает для сжатия на II ступень компрессора. Затем газ проходит через теплообменник, влагоотделитель и поступает на III ступень компрессора, охлаждается в теплообменнике, очищается во влагоотдели- теле, фильтре высокого давления с активированным углем и фильтре с силикагелем. В размещенных далее конденсаторах происходит конденсация углекислого газа, откуда сжиженный углекислый газ поступает непосредственно в стапельную батарею и оттуда к углекислотным постам для наполнения баллонов или в вихреотделитель, в котором дросселируется до давления 8X Ю2-^9Х Ю2 КПа (89 кг/см2) для безбаллонной транспортировки.

При дросселировании, вследствие испарения сжиженного углекислого газа, его температура изменяется от —43,5 до —35 °С. Сжиженный охлажденный углекислый газ перетекает из корпуса вихреотделителя по трубопроводу в изотермический сосуд-накопитель. Образовавшийся при дросселировании газообразный углекислый газ поступает в газовый смеситель, смешивается с углекислым газом после I ступени компрессоров и поступает на сжатие во II ступень компрессоров.

Углекислый газ, наполненный в баллоны, может идти или для отпуска заводам-потребителям или на собственные технологические нужды (для перекачки готового пива из пивовозов в торговой сети).

Для карбонации пива, пс?редавливания из одной емкости в другую, а также для насыщения безалкогольных напитков углекислый газ берется из сосуда-накопителя после предварительной очистки его в газификаторе.

Для заводов небольшой мощности (0,35; 0,68 и 1,0 млн. дал пива в год) были разработаны небольшие установки для улавливания и хранения углекислого газа брожения. При этом предусматриваются варианты возможного хранения углекислого газа: в газообразном состоянии, сжиженного при высоком давлении и сжиженного при низком давлении.

Стоимость установки для улавливания газообразной двуокиси углерода небольшая, так как при этом достаточно использовать двухступенчатый компрессор. Однако вместимость такого хранилища при большом объеме (в 35 раз превышающем объем хранилища для жидкой углекислоты) невелика. Поэтому при выделении большого количества углекислоты экономичнее хранить ее в жидком виде. При этом ежедневный отбор углекислоты происходит из закрытых чанов.

Для хранения углекислого газа при высоком давлении его сжижают с помощью четырехступенчатого компрессора. Сжиженный газ подают в резервуар для жидкой углекислоты, откуда его можно использовать как в жидком виде (в стальных баллонах), так и в виде газа (через редукционную установку).

В случае необходимости (если, например, углекислота предназначается для приготовления безалкогольных напитков) углекислый газ перед сжатием дополнительно пропускают через башню-очиститель, наполненную керамическими кольцами Рашига и орошаемую водой.

Примесь сероводорода можно удалять в специальном сероводородном очистителе, в котором насосом распыляют раствор медного купороса. Для этого метода используют компрессор производительностью 10—25 кг СО2/4. При пропускной способности резервуара свыше 2500—3000 кг СОг/ч этот метод является неэкономичным, и ему предпочитают метод низкого давления, связанный с меньшим потреблением энергии — 0,13 кВт/кг ССЬ.

Установка для сжижения углекислого газа при низком давлении ( 2.6.4, в) состоит из тех же элементов, что и установка высокого давления, но при переохлаждении СОг после сжатия не требуется высокого давления. Газ сжимают компрессором в две ступени до 12—15 атм и очищают.

Газообразная двуокись углерода через редукционный клапан направляется на потребление, причем резервуар низкого давления для жидкой СОг является промежуточным. Можно углекислый газ сжижать с помощью специальной холодильной установки, работающей при температуре 35—40 °С, и хранить при давлении 13—15 атм или при менее холодной температуре — 20 °С и более мощном компрессоре и давлении 20 атм. Возможность отбора жидкой углекислоты позволяет наполнять обычные баллоны высокого давления. Этот метод дает углекислоту высокого качества. Несмотря на более высокое потребление энергии 0,22 кВт/кг СОг в резервуаре для сжижения, наполнения и поддержания давления, чем в установке высокого давления, этот метод экономически оправдывает себя при производительности компрессора свыше 25 кг СОг/ч.

На Ленинградском пивоваренном заводе имени Степана Разина работает цех по наполнению жидкой углекислотой брожения металлических ампул, предназначенных для зарядки металлических автосифонов емкостью 1 л. В каждой ампуле 6—8 г жидкой углекислоты. Мощность цеха — 20 тыс. ампул в смену. По данным Берлинского института брожения (ГДР), все затраты по организации использования углекислоты брожения в пивоварении, включая приобретение баллонного парка, окупаются в течение 2—4 лет, причем чистое накопление составляет в год от 26 до 65 % затрат.

В США улавливание углекислоты брожения практикуется почти на всех пивоваренных заводах. Для этого все танки герметизированы и оборудованы предохранительными клапанами и пеноуловителями. Углекислоту очищают путем промывания водой или раствором марганцовокислого калия, сжимают в компрессоре, подсушивают с помощью силика- геля или охлаждением, еще раз очищают, иногда добавляют ароматические вещества. Газообразную двуокись углерода хранят при давлении 5 агм, жидкую — 20 атм.

Оптовые цены на углекислый газ, получаемый при брожении пивного сусла, установлены по методу аналогии с ценами на СОг, получаемым в других отраслях, и колеблются в пределах 100—140 руб./т.