RU2411293C2

RU2411293C2 - Method for starch-containing raw material preparation for fermentation during ethanol production and process line for its implementation

Info

Publication number: RU2411293C2
Application number: RU2009116929/13A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Сухов (RU); Александр Иванович Сухов; Николай Сергеевич Руденко (RU); Николай Сергеевич Руденко
Original assignee: Александр Иванович Сухов; Останков Максим Владимирович; Смыков Алексей Афанасьевич
Priority date: 2009-05-04
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2011-02-10
Also published as: RU2009116929A

Abstract

FIELD: food industry. ^ SUBSTANCE: method envisages mixture of a water-and-grain mass, performance of weight and heat exchange processes in two-phase systems by way of dispersion of one phase in the other one during their direct flow contact in a centrifugal forces field and hydrodynamic treatment in an acoustic chamber. In accordance with the method concept, simultaneous with delivery of steam one performs fluid medium separation into individual flows by way of deformation shift interaction. Then the said water-and-grain mass flows are joined and their unified flow is discharged from the acoustic chamber. The process line for starch-containing raw material preparation for fermentation includes vessels for preparation and delivery of liquifying enzymes and starch structure breaking agent solution, a mixer whereto devices for water-and-heat and enzyme treatment of first and the second stage water-and-grain masses (VTFO-I and VTFO-II), a maintenance steam separator, a vacuum evaporator and a saccharifier are serially connected. The line includes two steam dynamic reheaters, one of them installed between the mixer on supply of wort into VTFO-I device and the second - on discharge of mass from VTFO-II device prior to supply of the mass into the maintenance steam separator. Each steam dynamic reheater contains a body consisting of a cover with a tangential steam inlet nipple and an upper nipple for inlet of the water-and-grain mass, a lower base with a nipple for treated mass outlet and a cylindrical insert positioned therebetween as well as a flow distributor with an acoustic treatment source. ^ EFFECT: increased output of rectified alcohol, improvement of its organoleptic properties and reduction of the production process energy intensity. ^ 2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к спиртовой промышленности, а именно к линиям подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию при производстве этанола, и может быть использовано в производстве этанола по непрерывному способу водно-тепловой подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию.The invention relates to the alcohol industry, and in particular to lines for preparing starch-containing raw materials for fermentation in the production of ethanol, and can be used in the production of ethanol by a continuous method of water-thermal preparation of starch-containing raw materials for fermentation.

Линии подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию входят в состав общей технологической линии производства этанола и включают в себя общие технологические элементы, а именно смеситель для смешения молотого зерна с водой, аппараты для водно-тепловой обработки крахмалсодержащего сырья с устройством для нагрева водно-зерновой смеси, аппараты для ферментативной обработки (осахаривания сусла) и теплообменник для охлаждения сусла до температуры сбраживания. При этом линии подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию условно подразделяются на линии высокотемпературного разваривания водно-зернового сырья и линии низкотемпературного разваривания сырья.The lines for preparing starch-containing raw materials for fermentation are part of the general ethanol production line and include common technological elements, namely, a mixer for mixing ground grain with water, apparatus for water-heat treatment of starch-containing raw materials with a device for heating the water-grain mixture, apparatus for enzymatic processing (saccharification of wort) and a heat exchanger for cooling the wort to a fermentation temperature. At the same time, the lines for preparing starch-containing raw materials for fermentation are conventionally divided into high-temperature cooking lines for water-grain raw materials and low-temperature cooking lines for raw materials.

Известна линия подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию по технологии высокотемпературного разваривания сырья, состоящая из последовательно установленных и сообщенных между собой смесителя для смешения молотого зерна с водой (смесителя-предразварника), варочных колонн, выдерживателя, паросепаратора, вакуум-испарителя-осахаривателя и теплообменника, при этом вышеупомянутые технологические элементы соединены между собой трубопроводами с запорной и регулирующей арматурой (Регламент производства спирта из крахмалистого сырья, часть 1. Министерство пищевой промышленности. ВНИИПрБ, М., 1979 г., с.3-78). Известная линия эксплуатируется в температурном интервале 135-175°С.A known line for the preparation of starch-containing raw materials for fermentation according to the technology of high-temperature cooking of raw materials, consisting of sequentially installed and interconnected mixer for mixing ground grain with water (pre-faucet mixer), cooking columns, extractor, steam separator, vacuum evaporator-saccharifier and heat exchanger, with the aforementioned technological elements are interconnected by pipelines with shutoff and control valves (Regulation for the production of alcohol from starchy cheese ry, part 1. Ministry of Food Industry.VNIIIPrB, M., 1979, p.3-78). The known line is operated in the temperature range 135-175 ° C.

Недостатком этой линии является трудность ее эксплуатации из-за наличия аппаратов (варочных колонн), работающих под давлением выше атмосферного (0,6-1,0 МПа). Кроме того, высокая температура способствует протеканию побочных реакций в варочных колоннах, содержащих водно-зерновую смесь, например реакций с участием полисахаридов и белков с образованием побочных продуктов, что приводит к ухудшению технологических (органолептических) показателей и уменьшению выхода этанола, а также к повышенному расходу тепловой и электрической энергии, охлаждающей воды и ферментных препаратов.The disadvantage of this line is the difficulty of its operation due to the presence of apparatus (cooking columns) operating at a pressure above atmospheric (0.6-1.0 MPa). In addition, high temperature contributes to adverse reactions in cooking columns containing a water-grain mixture, for example, reactions involving polysaccharides and proteins with the formation of by-products, which leads to a deterioration in technological (organoleptic) indicators and a decrease in ethanol yield, as well as an increased consumption thermal and electrical energy, cooling water and enzyme preparations.

Также известна линия подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию по технологии низкотемпературного разваривания сырья, включающая смеситель-предразварник, контактную головку, паросепаратор, вакуум-камеру, осахариватель, а также систему насосов и трубопроводов, причем между смесителем-предразварником и контактной головкой установлены сборник-накопитель замеса, емкость с вращающейся турбиной для активации ферментов зерна и теплообменник, сообщенные между собой подводящими и отводящими трубопроводами, подключенными к сборнику-накопителю тангенциально с образованием замкнутого циркуляционного контура, причем теплообменник установлен на отводящем трубопроводе (Авторское свидетельство СССР №1629312, кл. C12C 7/06, 1989). Эта линия эксплуатируется при температуре, близкой к 100°С, при этом наличие в составе линии емкости с вращающейся турбиной способствует более полному протеканию процессов активации ферментов зерна, что приводит к некоторому снижению расходов ферментов и энергозатрат.Also known is the line for preparing starch-containing raw materials for fermentation using the low-temperature cooking technology for raw materials, including a pre-faucet mixer, contact head, steam separator, vacuum chamber, saccharifier, and also a pump and pipe system, and a batch collector is installed between the pre-fusion mixer and contact head , a tank with a rotating turbine for activating grain enzymes and a heat exchanger communicated between each other by supply and discharge pipelines connected to the collector -tank tangentially with the formation of a closed circulation circuit, and the heat exchanger is installed on the outlet pipe (USSR Author's Certificate No. 1629312, class C12C 7/06, 1989). This line is operated at a temperature close to 100 ° C, while the presence of a tank with a rotating turbine in the composition of the line contributes to a more complete flow of grain enzyme activation processes, which leads to some reduction in the cost of enzymes and energy costs.

К недостаткам линии относится ее сложность в сочетании с низкой эффективностью, заключающейся в наличии дополнительной емкости с турбиной и сборника-накопителя, которые не обеспечивают полной экстракции и растворения веществ зерна при низких (ниже 100°С) температурах, что в сочетании с протеканием побочных высокотемпературных реакций приводит к пониженному выходу этанола и ухудшению его качества.The disadvantages of the line include its complexity in combination with low efficiency, which consists in the presence of an additional capacity with a turbine and a collection tank, which do not provide complete extraction and dissolution of grain substances at low (below 100 ° C) temperatures, which is combined with the occurrence of secondary high-temperature reactions leads to a reduced yield of ethanol and a deterioration in its quality.

Известна также линия для подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию при производстве этанола, включающая последовательно соединенные смеситель для смешения молотого зерна с водой с присоединенной к нему емкостью для приготовления и подачи разжижающих ферментов, аппарат для ферментативной обработки водно-зерновых масс, снабженный внешним циркуляционным контуром с насосом, вакуум-охладитель-осахариватель, а также систему насосов, технологических и вспомогательных трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой (см., например, Типовой технологический регламент производства спирта из крахмалистого сырья. Министерство сельского хозяйства и продовольствия РФ, М., 1998 г., с.10-12). Насос, включенный в циркуляционный контур аппарата ферментативной обработки, предназначен для перемешивания и гомогенизации ожиженной водно-зерновой смеси. Кроме того, известное устройство содержит также трубчатый стерилизатор, паросепаратор, выдерживатель и теплообменник, которые, как и основные элементы линии, соединены между собой системой трубопроводов, снабженных запорной и регулирующей арматурой, а также насосами для перемещения технологических сред. Указанная линия эксплуатируется при температуре 80-95°С и обеспечивает получение этанола по технологии низкотемпературного разваривания крахмалсодержащего сырья.There is also known a line for preparing starch-containing raw materials for fermentation in the production of ethanol, including a series-connected mixer for mixing ground grain with water with an attached tank for the preparation and supply of thinning enzymes, an apparatus for the enzymatic processing of water-grain masses, equipped with an external circulation circuit with a pump , a vacuum cooler-saccharifier, as well as a system of pumps, process and auxiliary pipelines with shut-off and control valves (see, for example p, Model technological regulations for the production of alcohol from starchy raw materials (Ministry of Agriculture and Food of the Russian Federation, M., 1998, pp. 10-12). The pump included in the circulating circuit of the enzymatic treatment apparatus is designed to mix and homogenize the liquefied water-grain mixture. In addition, the known device also contains a tubular sterilizer, a steam separator, a cooler and a heat exchanger, which, like the main elements of the line, are interconnected by a piping system equipped with shut-off and control valves, as well as pumps for moving process media. The specified line is operated at a temperature of 80-95 ° C and ensures the production of ethanol using the technology of low-temperature cooking of starch-containing raw materials.

К недостаткам известной линии относится то, что она не обеспечивает эффективное ведение технологического процесса подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию, результатом чего является низкий выход целевого продукта - этанола. Кроме того, линия не обеспечивает ведение процесса в асептических условиях, несмотря на наличие в ее составе такого элемента, как трубчатый стерилизатор, работающий при повышенной температуре 120-130°С, следствием чего является значительное закисание технологических сред спиртового производства. Указанные выше недостатки в конечном итоге также приводят к снижению выхода этанола. Вместе с этими недостатками линия не обеспечивает получение этанола с низким содержанием примесей.The disadvantages of the known line include the fact that it does not provide an efficient process for preparing starch-containing raw materials for fermentation, which results in a low yield of the target product, ethanol. In addition, the line does not provide the process under aseptic conditions, despite the presence in its composition of such an element as a tubular sterilizer operating at an elevated temperature of 120-130 ° C, resulting in significant acidification of the technological media of alcohol production. The above disadvantages ultimately also lead to a decrease in the yield of ethanol. Together with these disadvantages, the line does not provide ethanol with a low content of impurities.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ и соответственно линия для подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию при производстве этанола (Патент RU 2224025, МПК C12P 7/06 от 22.01.2001), включающая последовательно соединенные смеситель для смешения молотого зерна с водой с присоединенной к нему емкостью для приготовления и подачи разжижающих ферментов, аппарат для ферментативной обработки водно-зерновых масс, снабженный внешним циркуляционным контуром с насосом, вакуум-охладитель-осахариватель, а также систему насосов, вспомогательных трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой, при этом линия снабжена емкостью для приготовления и подачи в смеситель раствора деструктуратора крахмала и установленным между смесителем и аппаратом ферментативной обработки устройством механоакустической обработки, образующим со смесителем циркуляционный контур.The closest in technical essence to the proposed is a method and, accordingly, a line for preparing starch-containing raw materials for fermentation in the production of ethanol (Patent RU 2224025, IPC C12P 7/06 of 01/22/2001), which includes a mixer connected in series for mixing ground grain with water connected to a tank for the preparation and supply of fluidizing enzymes, an apparatus for the enzymatic treatment of water-grain masses, equipped with an external circulation circuit with a pump, a vacuum cooler-saccharifier, as well as a system in pumps and auxiliary pipelines with valves and control valves, wherein the capacitance line is provided for preparing and feeding into the mixer and the starch solution destrukturatora installed between the mixer unit and enzymatic treatment mehanoakusticheskoy processing device forming the circulation circuit with a mixer.

Используемый при этом способ в системе подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию направлен на интенсификацию проведения массо- и теплообменных процессов путем диспергирования одной из фаз в другой - сплошной фазе - и контактирования их в поле центробежных сил, когда жидкотекучие смеси во время их контакта движутся в роторе аппарата непрерывно и прямоточно, и акустического резонансного возбуждения вихревых потоков смеси. Для реализации данного способа в качестве аппаратов механоакустической обработки в линии использован роторно-пульсационный аппарат, описанный в патенте Международная заявка PCT/RU/96/00297, WO 98/16304 от 23.04.98, B01F 7/00, который обеспечивает при обработке водно-зерновых смесей протекание процессов диспергирования, гомогенизации, экстракции веществ зерна в водную фазу за счет одновременного механического и акустического (высокочастотного) воздействия элементов конструкции аппарата на жидкотекучую среду. Описанное устройство содержит корпус, выполненный в виде улитки, с входным и выходным патрубками. Ротор установлен на валу и представляет собой диск, на торцах которого размещены коаксиальные цилиндры с прорезями. Ротор и статоры установлены с возможностью совершать резонансные колебания различной частоты и амплитуды. Обрабатываемая водно-зерновая смесь поступает в корпус и прокачивается вращающимся ротором через ступени ротор-статор. Протекая в каналах ротора и статоров, в зазорах между ротором и статорами смесь подвергается эффективному измельчению, при этом одновременно происходит высокоэффективная экстракция водорастворимых веществ зерна в водную фазу с одновременной стерилизацией питательной среды. Режим работы аппарата механоакустической обработки обеспечивается подбором скорости вращения ротора, диаметра и зазора между ротором и статором.The method used in this process in the system for preparing starch-containing raw materials for fermentation is aimed at intensifying mass and heat transfer processes by dispersing one of the phases in the other, the continuous phase, and contacting them in the field of centrifugal forces, when fluid mixtures move in the rotor of the apparatus during their contact continuous and direct-flow, and acoustic resonant excitation of the vortex flows of the mixture. To implement this method, rotary-pulsation apparatus described in International Patent Application PCT / RU / 96/00297, WO 98/16304 dated 04/23/98, B01F 7/00, which provides water grain mixtures, the processes of dispersion, homogenization, extraction of grain substances into the aqueous phase due to the simultaneous mechanical and acoustic (high-frequency) effects of the structural elements of the apparatus on a fluid medium. The described device contains a housing made in the form of a snail, with inlet and outlet nozzles. The rotor is mounted on the shaft and is a disk, on the ends of which are placed coaxial cylinders with slots. The rotor and stators are installed with the ability to perform resonant oscillations of various frequencies and amplitudes. The processed water-grain mixture enters the housing and is pumped by a rotating rotor through the stages of the rotor-stator. Flowing in the channels of the rotor and stators, in the gaps between the rotor and the stators, the mixture is subjected to effective grinding, while at the same time highly effective extraction of water-soluble substances of grain into the aqueous phase occurs with the simultaneous sterilization of the nutrient medium. The operating mode of the apparatus of mechanoacoustic processing is provided by the selection of the rotor speed, diameter and gap between the rotor and the stator.

Рассматриваемые способ и линия, выбранные в качестве прототипа, обеспечивают достаточно эффективное ведение технологического процесса подготовки крахмалосодержащего сырья к сбраживанию и позволяют повысить выход этанола и его качество.The considered method and line, selected as a prototype, provide a fairly efficient process for preparing starch-containing raw materials for fermentation and can increase the yield of ethanol and its quality.

Однако рассматриваемая линия и реализуемый при этом способ для подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию при производстве этанола, показатели технологического регламента и конструктивные параметры, в том числе используемые в составе линии роторно-пульсационные аппараты механоакустической обработки жидкотекучей среды (избирательность возбуждения, многофакторная зависимость резонансного возбуждения от геометрических, частотных параметров, ограниченная возможность реализации), характеризуются высокой энергоемкостью технологического процесса, и потенциальные возможности подобной акустической обработки продукта остаются все еще не исчерпанными.However, the line under consideration and the method used to prepare starch-containing raw materials for fermentation in the production of ethanol, process parameters and design parameters, including rotary-pulsation apparatuses for mechanoacoustic processing of a fluid medium (excitation selectivity, multifactor dependence of resonant excitation on geometric , frequency parameters, limited feasibility), are characterized by high energy intensity the logical process and the potential for such an acoustic processing of the product are not yet exhausted.

Технический результат предлагаемого изобретения направлен на повышение технико-экономических и технологических показателей линии для подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию при производстве этанола, а именно на увеличение выхода спирта-ректификата, улучшение его органолептических показателей и снижение энергозатрат при его производстве, за счет одновременного использования пародинамического режима воздействия и акустической обработки водно-зерновой массы на соответствующих стадиях производственного цикла.The technical result of the invention is aimed at improving the technical, economic and technological parameters of the line for preparing starch-containing raw materials for fermentation in the production of ethanol, namely, increasing the yield of rectified alcohol, improving its organoleptic characteristics and reducing energy consumption during its production, due to the simultaneous use of the parodynamic mode exposure and acoustic treatment of water-grain mass at the corresponding stages of the production cycle.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию при производстве этанола, предусматривающем смешивание дробленого зерна с водой и растворами ферментных препаратов и деструктуратора крахмала и проведение водно-тепловой и ферментативной обработки полученной водно-зерновой массы, осуществляемой в две ступени, и осахаривание, причем перед водно-тепловой и ферментативной обработкой первой ступени и на выходе со второй ступени указанной обработки водно-зерновую массу подвергают обработке паром в акустической камере пародинамического подогревателя, при этом одновременно с подачей пара водно-зерновую массу разделяют на отдельные вихревые потоки со встречно направленными поверхностями наружных слоев с обеспечением их акустического резонансного возбуждения за счет деформационно-сдвигового взаимодействия, затем акустически возбужденные вихревые потоки водно-зерновой массы объединяют в общий поток и выводят из акустической камеры пародинамического подогревателя на дальнейшее использование в технологическом процессе.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for preparing starch-containing raw materials for fermentation in the production of ethanol, which involves mixing crushed grain with water and solutions of enzyme preparations and a starch destructor and carrying out water-thermal and enzymatic processing of the obtained water-grain mass, carried out in two stages, and saccharification, moreover, before the water-thermal and enzymatic treatment of the first stage and at the exit from the second stage of this treatment, the water-grain mass they are subjected to steam treatment in the acoustic chamber of a parodynamic heater, while simultaneously with the steam supply, the water-grain mass is divided into separate vortex flows with counter-directed surfaces of the outer layers to ensure their acoustic resonance excitation due to shear-strain interaction, then the acoustically excited vortex flows of water-water the grain mass is combined into a common stream and removed from the acoustic chamber of a steam-dynamic heater for further use in techno ogicheskom process.

Поставленная задача обеспечивается также тем, что линия для подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию при производстве этанола, включающая последовательно соединенные смеситель для смешения молотого зерна с водой, сообщенный с емкостью для приготовления и подачи разжижающих ферментов и емкостью для приготовления и подачи в смеситель раствора деструктуратора крахмала, аппараты водно-тепловой и ферментативной обработки водно-зерновых масс, вакуум-охладитель-осахариватель, а также систему насосов для перемещения водно-зерновых масс, технологических и вспомогательных трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой, источник акустической обработки водно-зерновой массы и контактные головки для подогрева паром водно-зерновой массы, в соответствии с изобретением также включает два аппарата водно-тепловой и ферментативной обработки водно-зерновых масс в две ступени, при этом каждая контактная головка выполнена в виде пародинамического подогревателя, один из которых расположен на входе водно-зерновой массы в аппарат водно-тепловой и ферментативной обработки первой ступени, а другой - на выходе водно-зерновой массы из аппарата водно-тепловой и ферментативной обработки второй ступени и подачи ее в паросепаратор-выдерживатель, причем каждый пародинамический подогреватель включает корпус, состоящий из крышки с тангенциальным патрубком ввода пара, сообщенным с верхней камерой, образованной крышкой, и верхним патрубком для входа водно-зерновой массы, расположенным по продольной оси корпуса, нижнего основания с патрубком для выхода обработанной массы и размещенной между ними цилиндрической вставки, распределитель потоков водно-зерновой массы и пара с источниками акустической обработки указанной среды, переходной патрубок подвода водно-зерновой массы, установленный таким образом, что его фланец прилегает к верхней торцевой поверхности распределителя, а верхняя часть входит в отверстие крышки до упора с патрубком входа водно-зерновой массы, и образованную внутри корпуса акустическую камеру, причем распределитель выполнен с цилиндрической боковой поверхностью, прилегающей к поверхности крышки корпуса подогревателя, и с односторонним уступом меньшего диаметра, образующим кольцевой канал для распределения пара, при этом в распределителе выполнены центральное углубление цилиндрической формы, расположенное соосно с отверстием переходного патрубка, и равномерно размещенные по окружности сквозные цилиндрические отверстия, а источники акустической обработки водно-зерновой массы расположены в указанных отверстиях, причем сквозные цилиндрические отверстия распределителя сообщены с его центральным углублением и кольцевым каналом посредством радиальных пазов, выполненных на торце распределителя и расположенных по касательной с противоположных сторон каждого сквозного цилиндрического отверстия, при этом каждый источник акустической обработки водно-зерновой массы выполнен в виде цилиндрической трубы, коническая часть которой со стороны меньшего основания заканчивается цилиндрическим патрубком, при этом цилиндрические трубы зафиксированы с одного конца на фланце переходного патрубка подвода водно-зерновой массы, а с другого - на кольце, размещенном в акустической камере, таким образом, что цилиндрические части цилиндрических труб размещены в сквозных цилиндрических отверстиях распределителя с кольцевым зазором, а конические части с цилиндрическим патрубком расположены в акустической камере, причем во всех частях указанных труб выполнены продольные, расположенные тангенциально выходные отверстия.The task is also ensured by the fact that the line for preparing starch-containing raw materials for fermentation in the production of ethanol, including a series-connected mixer for mixing ground grain with water, connected to a tank for the preparation and supply of fluidizing enzymes and a tank for preparing and supplying a starch destructor solution to the mixer, apparatus for water-thermal and enzymatic processing of water-grain masses, vacuum cooler-saccharifier, as well as a pump system for moving water-grain x masses, technological and auxiliary pipelines with shut-off and control valves, an acoustic treatment source for water-grain mass and contact heads for steam heating the water-grain mass, in accordance with the invention also includes two apparatuses for water-thermal and enzymatic processing of water-grain masses two steps, each contact head being made in the form of a parodynamic heater, one of which is located at the inlet of the water-grain mass into the water-heat and enzymatic treatment apparatus the first stage, and the other - at the exit of the water-grain mass from the apparatus for water-thermal and enzymatic processing of the second stage and feeding it to the steam separator-curer, and each steam-dynamic heater includes a housing consisting of a cover with a tangential steam inlet port in communication with the upper chamber formed by a lid and an upper nozzle for entering the water-grain mass located along the longitudinal axis of the housing, a lower base with a nozzle for exiting the treated mass and a cylindrical insert between them woks, a distributor of flows of water-grain mass and steam with sources of acoustic treatment of the specified medium, a transition pipe for supplying water-grain mass, installed in such a way that its flange abuts the upper end surface of the distributor, and the upper part enters the hole in the cover until it stops with the pipe the entrance of the water-grain mass, and an acoustic chamber formed inside the housing, the distributor being made with a cylindrical side surface adjacent to the surface of the lid of the heater body, and with one with a smaller ledge with a smaller diameter, forming an annular channel for steam distribution, while the distributor has a central cylindrical recess located coaxially with the transition pipe opening, and through cylindrical holes evenly spaced around the circumference, and sources of acoustic treatment of the water-grain mass are located in these holes moreover, the through cylindrical holes of the distributor communicated with its Central recess and the annular channel by means of radial grooves made on the end face of the distributor and located tangentially on opposite sides of each through-hole, wherein each source of acoustic treatment of the water-grain mass is made in the form of a cylindrical pipe, the conical part of which from the side of the smaller base ends with a cylindrical pipe, while the cylindrical pipes are fixed with one end on the flange of the adapter pipe for supplying the water-grain mass, and on the other, on the ring placed in the acoustic chamber, so that about the cylindrical parts of the cylindrical pipes are placed in the through cylindrical holes of the distributor with an annular gap, and the conical parts with the cylindrical nozzle are located in the acoustic chamber, and longitudinally located tangentially output openings are made in all parts of these pipes.

На фиг.1 изображена линия подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию; на фиг.2 - пародинамический подогреватель, вид сбоку с частичным продольным разрезом; на фиг.3 - разрез А-А фиг.2; на фиг.4 - элемент Б фиг.3; на фиг.5 показан фрагмент размещения в распределителе потоков жидкости и пара источника акустической обработки водно-зерновой массы, выполненного в виде цилиндроконических труб, вид сбоку, и сечения В-В, Г-Г, Д-Д соответственно на разных уровнях цилиндроконических труб; на фиг.6 - условное изображение формирования вихревых потоков от двух источников акустического возбуждения; на фиг.7 - изображение схемы распределения жидкости и пара к источникам акустической обработки водно-зерновой массы и условное изображение схемы взаимодействия вихревых потоков в акустической камере.Figure 1 shows the line for the preparation of starch-containing raw materials for fermentation; figure 2 is a parodynamic heater, a side view with a partial longitudinal section; figure 3 is a section aa of figure 2; figure 4 - element B of figure 3; figure 5 shows a fragment of the placement in the distributor of fluid flows and steam of the acoustic treatment source of the water-grain mass, made in the form of cylindrical tubes, side view, and section BB, GG, DD, respectively, at different levels of cylindrical tubes; figure 6 - conditional image of the formation of vortex flows from two sources of acoustic excitation; Fig.7 is an image of the distribution scheme of liquid and steam to the sources of acoustic processing of water-grain mass and a conditional image of the interaction scheme of the vortex flows in the acoustic chamber.

Линия подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию, реализующая описанный способ и изображенная на фиг.1, состоит из емкости 1 для приготовления и подачи разжижающих ферментов, емкости 2 для приготовления и подачи раствора деструктуратора крахмала, смесителя 3 для смешения в присутствии растворов ферментов и деструктуратора крахмала молотого зерна с водой, который сообщен с емкостями 1 и 2 и с которым последовательно соединены аппараты 4 и 5 для водно-тепловой и ферментативной обработки водно-зерновых масс (ВТФО-I и ВТФО-II), паросепаратора-выдерживателя 6, вакуум-испарителя 7 и осахаривателя 8, контактных головок для подогрева паром водно-зерновой массы, которые выполнены в виде пародинамического подогревателя 9 и 10 с источником акустической обработки водно-зерновой массы. Между смесителем 3 на подаче водно-зерновой массы (сусла) в аппарат 4 водно-тепловой и ферментативной обработки первой ступени (ВТФО-I) установлен пародинамический подогреватель 9. Второй пародинамический подогреватель 10 установлен на выходе массы из аппарата 5 водно-тепловой и ферментативной обработки второй ступени (ВТФО-II) перед подачей массы в паросепаратор-выдерживатель 6. Линия для подготовки крахмалосодержащего сырья к сбраживанию содержит также систему насосов 11 и 12 для перемещения водно-зерновых масс, технологических и вспомогательных трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой.The line for preparing starch-containing raw materials for fermentation, which implements the described method and is shown in FIG. 1, consists of a tank 1 for preparing and supplying diluent enzymes, a tank 2 for preparing and supplying a solution of starch destructor, a mixer 3 for mixing in the presence of enzyme solutions and ground starch destructor grain with water, which is in communication with containers 1 and 2 and with which apparatuses 4 and 5 are connected in series for water-thermal and enzymatic processing of water-grain masses (VTFO-I and VTFO-II), steam separation ra-vyderzhivatelya 6, vacuum evaporator 7 and 8 the saccharification process, the contact heads for heating the water-vapor grain mass, are made in the form parodinamicheskogo heater 9 and 10 with the source of water and sonication grain mass. Between the mixer 3, at the supply of water-grain mass (wort) to the apparatus 4 for water-heat and enzymatic treatment of the first stage (VTFO-I), a steam-dynamic heater 9 is installed. The second steam-dynamic heater 10 is installed at the outlet of the mass from the device 5 for water-thermal and enzymatic processing the second stage (VTFO-II) before feeding the mass into the steam separator-cure 6. The line for preparing starch-containing raw materials for fermentation also contains a system of pumps 11 and 12 for moving water-grain masses, technological and auxiliary flax pipelines with shutoff and control valves.

Пародинамический подогреватель 9, 10 представляет собой высокоэффективный энерготепломассообменный двухпоточный аппарат проточного типа. Пародинамические подогреватели размещены в разрыве технологических трубопроводов линии и крепятся к подводящему и отводящему трубопроводам с помощью фланцевых соединений. Пародинамический подогреватель содержит полый разъемный корпус, содержащий патрубок ввода пара, который состоит из крышки 13 с трубой 14, тангенциально расположенной по отношению к крышке, нижнего основания 15 и размещенной между ними цилиндрической вставки 16, стянутые крепежными деталями 17. Пародинамический подогреватель содержит также патрубки входа 18 и выхода 19 водно-зерновой массы, при этом патрубок входа 18 водно-зерновой массы с фланцем для входа расположен по продольной оси корпуса пародинамического подогревателя и сопряжен с крышкой 13. Патрубок выхода 19 водно-зерновой массы сопряжен с нижним основанием 15 корпуса и расположен соосно и заканчивающимся фланцем для выхода обработанной массы. Во внутренней полости корпуса установлен распределитель 20 потоков жидкости и пара с источником акустической обработки водно-зерновой массы. Распределитель потоков жидкости и пара 20 выполнен с цилиндрической боковой поверхностью, прилегающей к поверхности крышки 13 патрубка ввода пара в зоне расположения трубы 14, и с односторонним уступом меньшего диаметра, образуя при этом кольцевой канал 21 для распределения пара. Распределитель 20 потоков жидкости и пара снабжен центральным глухим отверстием - углублением 22 цилиндрической формы, равномерно расположенными по окружности сквозными цилиндрическими отверстиями 23, в которых размещены источники 24 акустической обработки водно-зерновой массы, при этом со стороны торца он снабжен радиально расположенными пазами 25 и 26. Сквозные цилиндрические отверстия 23 посредством радиально расположенных пазов 25 и 26 раздельно сообщены как с центральным глухим отверстием 22 распределителя, так и с кольцевым каналом 21, причем каждый ряд упомянутых пазов расположен по отношению к сквозным отверстиям по касательной (тангенциально) и с противоположных сторон. В частности, один ряд радиальных пазов 25 соединяет сквозное цилиндрическое отверстие 23 с полостью кольцевого канала 21 верхней камеры 27 крышки 13, а другой ряд радиальных пазов 26 - с центральным глухим отверстием 22 торцовой части распределителя 20. Верхняя камера 27 имеет кольцевую форму и сообщается с тангенциальным патрубком ввода пара.The steam-dynamic heater 9, 10 is a highly efficient energy-heat and mass transfer two-flow apparatus of flow type. Paradynamic heaters are located in the gap of the technological pipelines of the line and are attached to the inlet and outlet pipelines using flange connections. The steam dynamic heater comprises a hollow detachable housing containing a steam inlet pipe, which consists of a cover 13 with a pipe 14 tangentially positioned relative to the cover, a lower base 15 and a cylindrical insert 16 located between them, tightened by fasteners 17. The steam dynamic heater also contains an inlet pipe 18 and exit 19 of the water-grain mass, while the inlet pipe 18 of the water-grain mass with an inlet flange is located along the longitudinal axis of the case of the dynamic steam heater and is interfaced with the lid oh 13. The outlet pipe 19 of the water-grain mass is paired with the lower base 15 of the housing and is located coaxially and ending with a flange for the exit of the treated mass. In the inner cavity of the casing there is a distributor 20 of liquid and steam flows with a source of acoustic treatment of the water-grain mass. The distributor of fluid and steam flows 20 is made with a cylindrical lateral surface adjacent to the surface of the cover 13 of the steam inlet pipe in the area of the pipe 14, and with a one-sided step of a smaller diameter, forming an annular channel 21 for distributing steam. The distributor 20 of the liquid and steam flows is provided with a central blind hole - a cylindrical recess 22, evenly spaced through the cylindrical holes 23, in which the sources 24 of acoustic treatment of water-grain mass are placed, while on the end side it is provided with radially located grooves 25 and 26 The through cylindrical holes 23 by means of radially located grooves 25 and 26 are separately communicated both with the central blind hole 22 of the distributor and with the annular channel 21, pr than each of said series of slots positioned relative to the through-holes tangentially (tangential) and from opposite sides. In particular, one row of radial grooves 25 connects the through cylindrical hole 23 with the cavity of the annular channel 21 of the upper chamber 27 of the cover 13, and another row of radial grooves 26 connects with the central blind hole 22 of the end part of the distributor 20. The upper chamber 27 has an annular shape and communicates with tangential steam inlet.

На распределителе 20 на его верхнем торце расположен фланец 28 переходного патрубка 29, причем верхняя часть переходного патрубка входит в отверстие крышки 13 до упора с патрубком 18 входа водно-зерновой массы. Внутреннее отверстие патрубка 18 и отверстие переходного патрубка 29, а также центральное глухое отверстие - углубление 22 распределителя имеют одинаковый диаметр и образуют полость для подачи сусла через радиальные пазы 26 к сквозным цилиндрическим отверстиям 23 распределителя. Фланец 28 переходного патрубка 29 и верхняя часть распределителя 20 торцовыми поверхностями плотно стягиваются крепежными элементами источников акустической обработки водно-зерновой массы, образуя при этом два изолированных тракта: центральный - для подачи сусла и кольцевую камеру 27 - для распределения и подачи пара к источникам 24 акустической обработки водно-зерновой массы.On the distributor 20 at its upper end there is a flange 28 of the adapter pipe 29, and the upper part of the adapter pipe enters the opening of the cover 13 until it stops with the pipe 18 of the inlet of the water-grain mass. The inner hole of the pipe 18 and the hole of the adapter pipe 29, as well as the central blind hole - the recess 22 of the distributor, have the same diameter and form a cavity for feeding the wort through radial grooves 26 to the through cylindrical holes 23 of the distributor. The flange 28 of the adapter pipe 29 and the upper part of the distributor 20 with the end surfaces are tightly tightened together by the fasteners of the sources of acoustic treatment of the water-grain mass, forming two isolated paths: the central one for supplying the wort and the annular chamber 27 for distributing and supplying steam to the sources 24 of the acoustic processing water-grain mass.

Каждый из источников акустической обработки водно-зерновой массы пародинамического подогревателя выполнен в виде цилиндроконических труб, конические части 30 которых со стороны меньших оснований заканчиваются цилиндрическим патрубком 31. При этом цилиндрические части 32 цилиндроконических труб со стороны большего основания конуса размещены в сквозных цилиндрических отверстиях 23 распределителя 20 с кольцевым зазором, а конические части 30 с цилиндрическим патрубком 31 расположены в акустической камере 33. Цилиндроконические трубы по концам снабжены элементами крепления 34 и зафиксированы с одного конца в отверстиях фланца 28 переходного патрубка 29 подвода водно-зерновой массы, а с другого конца - в отверстиях кольца 35, размещенного в акустической камере. Цилиндрические поверхности, размещенные в сквозных отверстиях распределителя, конические поверхности и цилиндрические поверхности патрубка, размещенные в акустической камере, цилиндроконических труб имеют соответственно продольные выходные отверстия 36, 37 и 38, которые тангенциально направлены к их поверхностям. Акустическая камера 33 расположена между нижним торцом распределителя 20 потоков жидкости и пара и торцовой поверхностью нижнего основания 15 корпуса пародинамического подогревателя, при этом корпус выполнен разъемным в поперечном сечении.Each of the sources of acoustic treatment of the water-grain mass of the dynamic steam heater is made in the form of cylinder-conical pipes, the conical parts 30 of which from the smaller bases end with a cylindrical pipe 31. In this case, the cylindrical parts 32 of the cylinder-conical pipes from the side of the larger cone base are placed in the through cylindrical holes 23 of the distributor 20 with an annular gap, and the conical parts 30 with the cylindrical pipe 31 are located in the acoustic chamber 33. Cylindrical tubes at the end They are equipped with fastening elements 34 and are fixed from one end in the holes of the flange 28 of the adapter pipe 29 for supplying the water-grain mass, and from the other end, in the holes of the ring 35 placed in the acoustic chamber. Cylindrical surfaces located in the through holes of the distributor, conical surfaces and cylindrical surfaces of the nozzle located in the acoustic chamber of the cylinder-conical pipes have longitudinal outlet openings 36, 37 and 38, respectively, which are tangentially directed to their surfaces. An acoustic chamber 33 is located between the lower end of the distributor 20 of the liquid and steam flows and the end surface of the lower base 15 of the housing of the steam-dynamic heater, while the housing is made detachable in cross section.

Линия для подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию работает следующим образом.The line for preparing starch-containing raw materials for fermentation works as follows.

Предварительно очищенное от посторонних примесей и дробленое (до прохода через сито с размером ячейки 1 мм 80-90%) крахмалсодержащее сырье, например молотое зерно, подается в смеситель 3, куда одновременно подается вода из емкости 1 и 2 и растворы соответственно (суспензии) ферментных препаратов (преимущественно альфа-амилазы) и деструктуратора крахмала с такой скоростью, чтобы в смесителе поддерживалась их необходимая концентрация. Для перемешивания вводимых компонентов смеситель 3 снабжен перемешивающим устройством любого известного типа. Далее замес из смесителя подается насосом 11, работающим на частотном регуляторе, в пародинамический подогреватель 9, температура в котором поддерживается на уровне 65-75°С, такая же температура поддерживается и в аппарате 4 водно-тепловой и ферментативной обработки первой ступени (ВТФО-I). При этом в корпусе пародинамического подогревателя водно-зерновую массу подвергают пародинамической обработке в акустической камере, при этом одновременно с подачей пара ведут разделение водно-зерновой массы на отдельные потоки и организацию встречно-направленных поверхностей наружных слоев вихревых потоков, которые за счет придания вращательно-поступательных, разнонаправленных движений участвуют в создании эффекта «трущихся потоков», на глубину, обеспечивающую их акустическое резонансное возбуждение за счет деформационно-сдвигового взаимодействия (фиг.7). Глубина вихревых потоков подбирается экспериментальным путем в зависимости от параметров входных продуктов, например от степени помола, сортности зерна, модуля замеса муки и воды, применяемых ферментов, параметров пара и других параметров технологического процесса разваливания крахмалосодержащего сырья. Затем раздельно акустически возбужденные вихревые потоки водно-зерновой массы объединяют, и общий поток после парозвуковой обработки водно-зерновой массы выводят из акустической камеры на дальнейшее использование в технологическом процессе.Pre-cleaned of impurities and crushed (before passing through a sieve with a mesh size of 1 mm 80-90%), starch-containing raw materials, such as ground grain, are fed into mixer 3, where water from tank 1 and 2 and enzymatic solutions (suspensions), respectively, are fed preparations (mainly alpha-amylase) and a starch degrader at such a rate that their concentration is maintained in the mixer. To mix the input components, the mixer 3 is equipped with a mixing device of any known type. Next, the batch from the mixer is pumped by a pump 11 operating on a frequency controller to a steam dynamic heater 9, the temperature of which is maintained at 65-75 ° C, the same temperature is maintained in the apparatus 4 of the water-heat and enzymatic treatment of the first stage (VTFO-I ) At the same time, in the case of the parodynamic heater, the water-grain mass is subjected to parodynamic processing in an acoustic chamber, while simultaneously with the steam supply, the water-grain mass is divided into separate flows and the organization of counter-directed surfaces of the outer layers of the vortex flows, which are due to the rotation of multidirectional movements participate in creating the effect of “rubbing flows”, to a depth that ensures their acoustic resonance excitation due to deformation-shift Vågå interaction (Figure 7). The depth of the vortex flows is selected experimentally, depending on the parameters of the input products, for example, on the degree of grinding, grain size, flour and water mixing module, applied enzymes, steam parameters and other parameters of the process of decay of starch-containing raw materials. Then, separately acoustically excited vortex flows of the water-grain mass are combined, and the general stream after the steam-sonic treatment of the water-grain mass is removed from the acoustic chamber for further use in the technological process.

Далее масса самотеком поступает в аппарат 5 водно-тепловой и ферментативной обработки второй ступени (ВТФО-II), в котором происходит процесс дополнительной водно-тепловой и ферментативной обработки, сопровождающийся окончательным растворением веществ зерна. Из аппарата 5 масса насосом 12 перекачивается в паросепаратор-выдерживатель 6 через пародинамический подогреватель 10, в котором масса нагревается до 80-85°С.Then the mass flows by gravity into the apparatus 5 of the water-thermal and enzymatic treatment of the second stage (WTFO-II), in which the process of additional water-thermal and enzymatic processing takes place, accompanied by the final dissolution of the grain substances. From the apparatus 5, the mass is pumped by the pump 12 to the steam separator-cooler 6 through the steam-dynamic heater 10, in which the mass is heated to 80-85 ° C.

Пародинамические подогреватели 9 и 10 обеспечивают режим эффективного взаимодействия пара и обрабатываемого сусла, что позволяет производить не только подогрев сусла до необходимой температуры, но и вести гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров и дополнительно производить стерилизацию сусла. При этом механически поврежденные крахмальные гранулы атакуются амилазами в несколько раз легче, а клестеризованный и хорошо растворенный крахмал - даже в сотни раз. Наряду с физико-химическими процессами происходят и химические изменения крахмала, главным образом гидролитические. Работа пародинамических подогревателей позволяет провести гидролиз амилозы и подготовить амилопектин для действия ферментных препаратов: альфа-амилазы, глюкоамилазы и протеазы.The steam dynamic heaters 9 and 10 provide a mode of effective interaction of steam and the processed wort, which allows not only heating the wort to the required temperature, but also hydrolyzing starch to fermentable sugars and additionally sterilizing the wort. At the same time, mechanically damaged starch granules are attacked by amylases several times more easily, and the clustered and well-dissolved starch - even hundreds of times. Along with physicochemical processes, chemical changes in starch occur, mainly hydrolytic ones. The work of the steam-dynamic heaters allows the hydrolysis of amylose and preparation of amylopectin for the action of enzyme preparations: alpha-amylase, glucoamylase and protease.

В паросепараторе-выдерживателе 6 происходит охлаждение и отделение вторичного пара, из выдерживателя масса за счет вакуума поступает в вакуум-испаритель 7, в котором охлаждается до требуемой температуры 59-60°С. Из вакуум-испарителя масса поступает в осахариватель 8, оборудованной мешалкой, где производится окончательный гидролиз крахмала. Далее масса подвергается обработке в известных элементах, используемых при производстве этанола (не показано), а именно охлаждается в теплообменнике и сбраживается в батарее бродильных чанов. Полученная бражка перегоняется и подвергается ректификации в известном брагоперегонном аппарате с получением этанола.In the steam separator-cooler 6, cooling and separation of the secondary steam takes place, from the cooler the mass enters the vacuum evaporator 7 due to vacuum, in which it is cooled to the required temperature of 59-60 ° C. From the vacuum evaporator, the mass enters the saccharifier 8, equipped with a mixer, where the final hydrolysis of starch is carried out. Next, the mass is processed in known elements used in the production of ethanol (not shown), namely, it is cooled in a heat exchanger and fermented in a battery of fermentation tanks. The resulting mash is distilled and subjected to distillation in a known distillation apparatus to obtain ethanol.

Использование частотного регулятора позволяет поддерживать необходимый уровень в смесителе и стабилизирует работу пародинамического подогревателя.Using a frequency regulator allows you to maintain the required level in the mixer and stabilizes the operation of the steam-dynamic heater.

В основу предлагаемого способа подготовки крахмалсодержащего сырья к сбраживанию и устройства для его осуществления положен принцип парозвуковой обработки водно-зерновой массы. Интенсификация процесса реализуется следующим образом.The basis of the proposed method for the preparation of starch-containing raw materials for fermentation and a device for its implementation is based on the principle of steam and sound treatment of water-grain mass. The intensification of the process is implemented as follows.

В пародинамический подогреватель 9 (10) водно-зерновая масса (сусло) поступает через верхний патрубок 18 крышки 13 корпуса и переходной патрубок 29, образующие изолированный тракт подачи смеси, в полость центрального глухого отверстия - углубления 22 распределителя 20 потоков жидкости и пара. При этом пар поступает по тангенциально подводящему патрубку 14 в камеру 27 крышки 13 корпуса подогревателя и далее - к кольцевому каналу 21 распределителя 20, в сквозных цилиндрических отверстиях 23 которых размещены источники 24 акустической обработки водно-зерновой массы, выполненные в виде цилиндроконических труб. Водно-зерновая масса и пар поступают к сквозным цилиндрическим отверстиям 23 и размещенным в них цилиндроконическим трубам соответственно по радиально расположенным пазам 25 и 26, раздельно сообщенным как с центральным глухим отверстием 22 распределителя, так и с кольцевым каналом 21, причем каждый ряд упомянутых пазов расположен по отношению к сквозным отверстиям по касательной (тангенциально), придающим потокам вращательное движение. Водно-зерновая масса подается тангенциально в кольцевой зазор между поверхностью отверстий 23 распределителя 20 и поверхностью цилиндрической части 32 цилиндроконических труб, при этом тангенциально истекающий пар из продольных выходных отверстий 36 воздействует на потоки водно-зерновой массы, образует вращающееся кольцо, направление вращения которого совпадает с направлением вращательного движения массы. Это придает потокам устойчивое вращательное движение и большую скорость на выходе из отверстий распределителя в акустическую камеру 33 пародинамического подогревателя. В процессе истечения пара из продольных выходных отверстий 37 конической части 30 и выходных отверстий 38 цилиндрического патрубка 31 цилиндроконических труб во всем объеме камеры 33 формируются энергоэффективные вихревые кольцевые потоки из водно-зерновой массы. Во время соприкосновения вихревых кольцевых потоков происходят сдвиговые деформации поверхностно-наружных и внутренних слоев, возникновение акустических вибраций, пульсаций и развитой кавитации, распространяющейся в радиальном и тангенциальном направлениях. Вследствие многократного ударного слияния встречно-направленных потоков водно-зерновой массы при развитом турбулентном режиме и акустическом их возбуждении значительно интенсифицируется процесс массопереноса в фазах, т.е. происходит обновление поверхности и интенсификация процесса массообмена, химических и микробиологических процессов, а также акустическая активация химических связей на молекулярном уровне. Кроме того, подача теплоносителя раздельными потоками, т.е. через цилиндрические части (отверстия 36), конические части (отверстия 37) и цилиндрические патрубки (отверстия 38) цилиндроконических труб (источников акустической обработки водно-зерновой массы), позволяет более равномерно распределить тепловую нагрузку в рабочем объеме корпуса пародинамических подогревателей, вследствие этого уменьшить степень перегрева сусла.The water-grain mass (wort) enters the parodynamic heater 9 (10) through the upper pipe 18 of the housing cover 13 and the transition pipe 29, which form an isolated mixture supply path, into the cavity of the central blind hole — the recess 22 of the distributor 20 of liquid and steam flows. In this case, the steam enters through the tangentially supply pipe 14 into the chamber 27 of the lid 13 of the heater body and then to the annular channel 21 of the distributor 20, in the through cylindrical openings 23 of which are placed sources 24 of acoustic processing of water-grain mass, made in the form of cylindrical tubes. The water-grain mass and steam enter the through cylindrical holes 23 and the cylindrical tubes placed in them, respectively, through radially located grooves 25 and 26, separately communicated both with the central blind hole 22 of the distributor and with the annular channel 21, with each row of the said grooves with respect to the through holes tangentially (tangentially), giving the flows a rotational movement. The water-grain mass is fed tangentially into the annular gap between the surface of the holes 23 of the distributor 20 and the surface of the cylindrical part 32 of the cylinder-conical pipes, while the tangentially flowing steam from the longitudinal outlet openings 36 acts on the flows of the water-grain mass, forms a rotating ring, the direction of rotation of which coincides with direction of rotational motion of the mass. This gives the flows a steady rotational motion and a high velocity at the exit from the distributor openings into the acoustic chamber 33 of the steam-dynamic heater. During the flow of steam from the longitudinal outlet openings 37 of the conical part 30 and the outlet openings 38 of the cylindrical pipe 31 of the cylinder-conical pipes, energy-efficient vortex ring flows from the water-grain mass are formed in the entire volume of the chamber 33. During the contact of the vortex ring flows, shear deformations of the surface-outer and inner layers occur, the occurrence of acoustic vibrations, pulsations, and developed cavitation propagating in the radial and tangential directions. Due to the multiple impact fusion of counter-directed flows of water-grain mass under the developed turbulent regime and their acoustic excitation, the process of mass transfer in phases is significantly intensified, i.e. surface updating and intensification of the mass transfer process, chemical and microbiological processes, as well as acoustic activation of chemical bonds at the molecular level. In addition, the flow of coolant in separate streams, i.e. through cylindrical parts (openings 36), conical parts (openings 37) and cylindrical pipes (openings 38) of cylindrical tubes (sources of acoustic treatment of water-grain mass), allows more evenly distributing the heat load in the working volume of the body of the steam-dynamic heaters, thereby reducing the degree overheating of the wort.

В результате использования пародинамических подогревателей удается значительно снизить температуру разваривания со 105°С до 80-85°С. Так как разваривание происходит при температуре ниже 100°С и в слабокислой среде, то это значительно снижает потери сбраживаемых веществ за счет снижения разложения сахаров (оксиметилфурфурольное разложение и реакция мелаидинообразования, которая необратима). Водно-зерновая масса (сусло) при обработке пародинамическими подогревателями приобретает бледно-желтый цвет (отсутствие реакции образования мелаидинов).As a result of using steam-dynamic heaters, it is possible to significantly reduce the boiling point from 105 ° C to 80-85 ° C. Since the digestion occurs at a temperature below 100 ° C and in a slightly acidic environment, this significantly reduces the loss of fermentable substances by reducing the decomposition of sugars (hydroxymethylfurfural decomposition and the reaction of melaidino formation, which is irreversible). The water-grain mass (wort), when treated with steam-dynamic heaters, acquires a pale yellow color (the absence of a reaction for the formation of melaidins).

Применение пародинамических подогревателей позволило снизить расход ферментных препаратов на 20% (альфа-амилаза), уменьшить расход потребления природного газа на 3000 нм³/сутки, электроэнергии за счет исключения из работы роторно-пульсационного агрегата и циркуляционных насосов на 1500 кВт/сутки. Кроме того, улучшить показатели зрелой бражки: несброженные РВ с 0,35-0,4 г/100 мл до 0,25-0,3 г/100 мл. Выход продукции из одной тонны сырья увеличился на 0,3-0,4 дал.The use of steam-dynamic heaters made it possible to reduce the consumption of enzyme preparations by 20% (alpha-amylase), to reduce the consumption of natural gas by 3000 nm ³ / day, and by eliminating rotary pulsation unit and circulation pumps from operation by 1500 kW / day. In addition, to improve the performance of mature mash: unfermented RV from 0.35-0.4 g / 100 ml to 0.25-0.3 g / 100 ml. The output from one ton of raw materials increased by 0.3-0.4 dal.

Использование пародинамических подогревателей за счет стерилизационного эффекта дало возможность уменьшить количество дезинфекций технологического оборудования с 3-4 раз/месяц до 1-2, это позволяет уменьшить затраты тепло- и энергоресурсов на 1 дал выпускаемой продукции.The use of steam-dynamic heaters due to the sterilization effect made it possible to reduce the number of disinfection of technological equipment from 3-4 times / month to 1-2, this allows to reduce the cost of heat and energy by 1 decalitre of products.

За счет использования пародинамических подогревателей удается увеличить выход спирта-ректификата путем уменьшения выпуска побочных продуктов (ФГЭС с 5% от условного спирта-сырца до 1%, сивушного масла с 0,8% до 0,6%). Улучшились органолептические показатели спирта, что позволило использовать полученный спирт-ректификат для выпуска водок премиумного сегмента.Due to the use of steam-dynamic heaters, it is possible to increase the yield of rectified alcohol by reducing the production of by-products (FHPP from 5% of the standard crude alcohol to 1%, fusel oil from 0.8% to 0.6%). The organoleptic indicators of alcohol improved, which made it possible to use the obtained rectified alcohol for the production of premium segment vodkas.

Claims

1. A method of preparing starch-containing raw materials for fermentation in the production of ethanol, comprising mixing crushed grain with water and solutions of enzyme preparations and a starch destructor, and performing water-thermal and enzymatic processing of the obtained water-grain mass in two steps, and saccharification, moreover, before water - thermal and enzymatic treatment of the first stage and at the exit from the second stage of the specified treatment, the water-grain mass is subjected to steam treatment in the acoustic chamber to the parody of a preheater, while simultaneously supplying steam, the water-grain mass is divided into separate vortex flows with counter-directed surfaces of the outer layers to ensure their acoustic resonance excitation due to deformation-shear interaction, then the acoustically excited vortex flows of the water-grain mass are combined into a common stream and output from the acoustic chamber of the dynamic steam heater for further use in the process.

2. A line for preparing starch-containing raw materials for fermentation in the production of ethanol, including a series-connected mixer for mixing ground grain with water, connected to a tank for the preparation and supply of thinning enzymes and a tank for preparing and supplying a starch degrader solution to the mixer, water-thermal and enzymatic processing of water-grain masses, vacuum cooler-saccharifier, as well as a system of pumps for moving water-grain masses, technological and auxiliary pipes wires with shut-off and control valves, an acoustic treatment source for water-grain mass and contact heads for steam heating the water-grain mass, characterized in that the line includes two apparatuses for water-thermal and enzymatic processing of water-grain masses in two steps, each the contact head is made in the form of a parodynamic heater, one of which is located at the inlet of the water-grain mass into the apparatus for water-heat and enzymatic processing of the first stage, and the other at the exit of the water-grain mass s from the apparatus for water-thermal and enzymatic processing of the second stage and feeding it to a steam separator-cooler, each steam dynamic heater includes a housing consisting of a lid with a tangential steam inlet port in communication with the upper chamber formed by the lid and the upper water inlet port grain mass located along the longitudinal axis of the housing, the lower base with a pipe for the exit of the treated mass and a cylindrical insert placed between them, a distributor of flows of water-grain mass and steam with sources of acoustic processing of the specified medium, the adapter pipe for supplying the water-grain mass, installed in such a way that its flange is adjacent to the upper end surface of the distributor, and the upper part enters the hole in the lid until it stops with the pipe entrance of the water-grain mass, and formed inside the housing an acoustic chamber, and the distributor is made with a cylindrical side surface adjacent to the surface of the lid of the heater body, and with a one-sided step of a smaller diameter, forming rings a channel for distributing steam, wherein the distributor has a central cylindrical recess located coaxially with the hole of the adapter pipe, and through cylindrical holes evenly spaced around the circumference, and sources of acoustic treatment of the water-grain mass are located in these holes, the through cylindrical holes of the distributor communicated with its central recess and the annular channel through radial grooves made at the end of the distributor and located about a tangent from opposite sides of each through-cylindrical hole, wherein each source of acoustic treatment of the water-grain mass is made in the form of a cylindrical conical pipe, the conical part of which from the side of the smaller base ends with a cylindrical pipe, while the cylinder-conical pipes are fixed at one end on the flange of the inlet pipe water-grain mass, and on the other hand, on a ring placed in an acoustic chamber in such a way that the cylindrical parts of cylindrical-conical tubes has a cylindrical through-openings with an annular gap of the distributor, and the tapered portion with a cylindrical nozzle arranged in the acoustic chamber, and in all parts of the said tubes there are longitudinal disposed tangentially outlets.