Przedmiotem wynalazku jest sposób ciaglego parowania surowców skrobiowych i urzadzenie do ciaglego parowania surowców skrobiowych, szczególnie dla celów fermentacji alkoholowej. Produkcja spirytusu surowego prowadzona w gorzelniach wymaga odpowiedniego przygotowania surowców skrobiowych przed wlasciwym procesem fermentacji. W tym celu surowiec poddaje sie procesowi parowania, w czasie którego zachodzi rozluz¬ nienie tkanki roslinnej i uwolnienie przez to skrobi a nastepnie jej skleikowanie i rozpuszczenie.Znane i powszechnie stosowane wgorzelnictwie metody parowania surowców skrobiowych prowadzone sa w sposób periodyczny i ciagly. Stosowany wgorzelnictwie periodyczny sposób parowania surowców skrobio¬ wych („Gorzelnictwo rolnicze" - K. Hryniewicz, PWRiL, Warszawa,1951 s. 62-65) polega na podgrzewaniu surowca skrobiowego na drodze bezposredniego kontaktu surowca z para wodna doprowadzana rurociagiem do parnika, którym jest zbiornik cisnieniowy typu autoklawu.Przy takim sposobie doprowadzania czynnika grzejnego do parowanego surowca, nastepuje bardzo powolne wnikanie ciepla do calej masy, wskutek malo efektywnego mieszania mediów, co powoduje, ze potrzebny czas parowania jest wydluzony, a stosowanie specjalnej techniki parowania laczy sie z duzym zuzyciem energii ciepl¬ nej. Powyzsze trudnosci zwiazane ze stosowaniem periodycznego sposobu parowania, szczególnie w wiekszych gorzelniach o zdolnosci produkcyjnej ponad 5000 i spirytusu surowego na dobe, sklaniaja do stosowania ciaglego sposobu parowania. Powszechnie znane sposoby ciaglego parowania surowców skrobiowych polegaja na ewen¬ tualnym rozdrobnieniu lub ujednoliceniu surowca, podgrzewaniu go do temperatury kleikowania i rozpuszczenia skrobi, przetrzymywaniu w tej temperaturze, rozprezeniu uparowanej masy i schlodzeniu do wlasciwej tempera¬ tury zacierania skrobi.Znany z literatury („Technologia przetwórstwa ziemniaczanego"*- pod redakcja prof. Fr. Nowotnego, WNT, Warszawa 1972 r.) sposób ciaglego parowania surowców skrobiowych wedlug J. Malchera polega na prze¬ ponowym, wstepnym podgrzewaniu w wymiennikach ciepla i wlasciwym podgrzewaniu bezprzeponowym za pomoca pary wodnej w zbiorniku cisnieniowym, w którym slimacznica oraz para doplywajaca powoduja wlasci¬ we uparowanie masy. Jednakze ze wzgledu na mozliwosci powstawania narostów na powierzchni wymiany ciepla oraz skomplikowana budowe parnika, stosowanie tego sposobu jest dosc uciazliwe.Z opisów patentowych RfN nr nr 2 933 661 i 2 937 437 znany jest równiez sposób parowania surowców skrobiowych stosowany glównie w malych gorzelniach. Sposób ten polega na zadzialaniu pary pod cisnieniem na2 136 644 poszczególne partie surowcowe. Po ogrzaniu partii, w czasie przerwy miedzyoperacyjnej przeprowadzany jest proces zacierania a dalej nastepuje ochlodzenie partii przez rozprezenie do cisnienia atmosferycznego. W konco¬ wym procesie wprowadzono dodatkowa faze ochladzania, przed rozprezaniem, a z drugiej strony odprowadzane z zacieru cieplo zawraca sie do wody technologicznej tej samej lub nastepnej partii. Przedstawiony powyzej sposób parowania rózni sie zasadniczo od typowych sposobów periodycznych jedynie lepszym wykorzystaniem energii cieplnej.Z opisu patentowego PRL nr126 088 pt. „Sposób ciaglej hydrolizy skrobi w zawiesinie wodnej" znany jest sposób podgrzewania zakwaszonej wodnej zawiesiny skrobi o stezeniu 30—40% s.s. poprzez poddanie jej obróbce w calej swej masie para grzejna w temperaturze 125—155°C w zwezce posiadajacej wzdluz swoich scianek bocz¬ ne otwory wlotowe pary grzejnej. Predkosc przeplywu, przez te zwezke, zawiesiny skrobi wynosi 5—25 m/s a pary grzejnej 150—400 m/s. Podgrzane medium natychmiast opuszcza zwezke z malejaca predkoscia i naste¬ pnie poddawane jest w tzw. strefie reakcyjnej wlasciwemu procesowi konwersji tj. hydrolizie skrobi do syropu skrobiowego bedacego mieszanina weglowodanów o róznej masie czasteczkowej, która po oczyszczeniu i zateze- niu stanowi gotowy produkt. W sposobie wedlug tego wynalazku, pare wodna wprowadza sie bezposrednio do przeplywajacego przez zwezke mleczka skrobiowego poprzez obwodowe otwory zwezki pod katem od 15° do 75°. Prowadzenie tej termicznej obróbki zawiesiny skrobi w procesie jej hydrolizy, pozwala na osiagniecie ciaglosci procesu i prawidlowego uplynniania skrobi w zawiesinie wodnej pocrzez zapewnienie wyjatkowo szybkiego a jednoczesnie spokojnego zmieszania strumienia przeplywajacej zawiesiny i strumieni doprowadzanej pary wodnej, w wyniku czego przeplyw mieszaniny w zwezce charakteryzuje sie wzrastajaca liczba Reynoldsa, u wylotu której wynosi od 1500 do 3500. Tak realizowany sposób termicznej obróbki zawiesiny skrobi prowadzi do osiagniecia wlasciwej temperatury konwersji w calej masie obrabianej skrobi,uniemozliwiajac powstanie zle- pów. Jednakze ten opisany sposób wg opisu patentowego PRL nr 126 088 dotyczy wylacznie sposobu podgrze¬ wania zakwaszonej, czyli korzystnie zmienionej pod wzgledem reologicznym, zawiesiny skrobi, której czastki stanowi wylacznie czysta skrobia o zawartosci popiolu w suchej substancji wynoszacej nie wiecej niz 0,34 do 0,80%, a nie róznych, naturalnych surowców zawierajacych miedzy innymi skrobie, przeznaczonych do produk¬ cji alkoholu jak np. cale lub rozdrobnione ziemniaki i ich odpady wzglednie cale ziarna zbóz lub ich odpady, poddawane obróbce termicznej w postaci rozdrobnionej pulpy lub zawiesiny wodnej.Sposób ciaglego parowania surowców skrobiowych wedlug wynalazku polega na tym, ze surowiec skrobio¬ wy w postaci pulpy lub zawiesiny wodnej o wielkosci czastek ponizej 3 mm i stezeniu do 42% s.s., korzystnie 22% s.s. poddaje sie procesowi bezprzeponowego podgrzewania w komorze parowania przy burzliwym przeply¬ wie mieszaniny nasyconej pary wodnej i surowca skrobiowego, charakteryzujacym sie liczba Rejynoldsa wzakresie 10 000-150 00, korzystnie 50 000 do temperatury 80-170°C, korzystnie 145°C wczasie krótszym niz 0,5 s.Podgrzany w ten sposób surowiec przetrzymuje sie w izolowanej strefie w temperaturze podgrzania przez 1—20 minut, korzystnie 5 minut pod cisnieniem przewyzszajacym cisnienie pary wodnej nasyconej odpowiadaja¬ ce termodynamicznie temperaturze podgrzania. Nastepnie medium to rozpreza sie, schladza i poddaje procesowi zacierania w znany sposób. Liniowa predkosc przeplywu parowanego surowca w izolowanej strefie wynosi 0,2—2 m/s, korzystnie 0,4 m/s a jego przeplyw odbywa sie w warunkach stalego wznoszenia. Sposoby periodycz¬ nego parowania surowców skrobiowych przeprowadza sie na ogól w zbiornikach cisnieniowych typu autoklawu, najczesciej o ksztalcie stozkowo-cylindrycznym („Gorzelnictwo rolnicze" —K. Hryniewicz PWRiL, Warszawa, 1951 r,s. 62—65) Pare wodna doprowadza sie rurociagiem od dolu lub od dolu i góry parnika.Znane z literatury („Maszyny i urzadzenia w przemysle spirytusowym i drozdzowym" — pod redakcja B. Bachmana, WPLiS, Warszawa, 1961^.), urzadzenie do ciaglego parowania surowców skrobiowych wedlug J. Malchera obejmuje wymienniki ciepla typu „rura w rurze" z elementami obrotowymi do wstepnego podgrze¬ wania oraz cylindryczny zbiornik cisnieniowy do wlasciwego podgrzewania,do którego doprowadza sie pare wodna rura przechodzaca wzdluz jego osi pionowej, w którym znajduje sie slimacznica powodujaca przeplyw surowca. Wlasciwe uparowanie surowca nastepuje dzieki ruchowi slimacznicy oraz bezposredniemu kontaktowi z para wodna, przedostajaca sie z rury przez liczne otwory.Skomplikowana mechanicznie konstrukcja, zastosowanie elementów obrotowych (slimacznic) jak równiez mozliwosc powstawania narostów na powierzchni wymiany ciepla sprawia, ze stosowanie tego urzadzenia jest uciazliwe. Powstajace narosty powoduja obnizenie wspólczynnika przenikania ciepla, a tym samym zwiekszaja zuzycie energii cieplnej oraz stwarzaja powazne problemy eksploatacyjne zwiazane z koniecznoscia czyszczenia elementów parnika i usuwania osadu.Jak wynika z opisów patentowych RFN nr nr 2 933 661 i 2 937 437 sposób parowania surowców skrobio¬ wych prowadzi sie w cisnieniowym zbiorniku z plaszczem grzejnym wyposazonym w mieszadla i doprowadzenia pary, i surowca. Podgrzany do wlasciwej temperatury surowiec wprowadzany jest nastepnie do wymiennika ciepla z rurowym obiegiem wody odbierajacej cieplo, wykorzystywanej w plaszczu zbiornika cisnieniowego do podgrzewania surowca. Opisane urzadzenie jest pewnego rodzaju modyfikacja parnika periodycznego typu auto¬ klawu, wyposazonym dodatkowo, w mieszadla i wymiennik ciepla dla zmniejszenia zuzycia ciepla. Z opisu pa-• / 136644 3 tentowego PRL nr 126 088 wynika, ze sposób blyskawicznego lecz spokojnego podgrzewania zakwaszonej wod¬ nej zawiesiny skrobi, tzw. mleczka skrobiowego, zachodzi w zwezce- prostce o sciankach zbieznych z kierun¬ kiem przeplywu, posiadajacej wzdluz swoich scianek boczne otwory wlotowe pary grzejnej, umieszczone w sto¬ sunku do osi przeplywu pod katem od 15 do 75°, korzystnie 30°.Podgrzewanie zakwaszonej wodnej zawiesiny skrobi zachodzi w wyzej opisanej zawiezce dzieki bardzo szybkiemu lecz spokojnemu i równomiernemu wymieszaniu ze soba strumieni pary grzejnej i strumienia zawiesi¬ ny skrobi, przeplywajacemu ze stopniowo wzrastajaca predkoscia w miare zachodzenia podgrzewania w taki sposób, ze u wylotu zwezki przeplyw charakteryzuje sie liczba Reynoldsa od 1500 do 3500. Prowadzenie paro¬ wania surowców skrobiowych przeznaczonych do fermentacji alkoholowej w tej zwezce okazalo sie niemozliwe z uwagi na jej konstrukcje oraz wymagane parametry inzynieryjne mieszania mediów. W zwezce tej nie nastapi bowiem wlasciwe równomierne wymieszanie pary wodnej z zawiesina obrabianych surowców skrobiowych, co spowoduje, ze zawarta w nich skrobia ulegnie wylacznie powierzchniowemu skielkowaniu powodujac wytworze¬ nie zlepów czopujacych wylot zwezki, uniemozliwiajac w ten sposób dalsze prowadzenie procesu parowania.Wedlug wynalazku urzadzenie do ciaglego parowania surowców skrobiowych posiada komore parowania utworzona przez wydrazenie walka, na obwodzie którego znajduja sie otwory doprowadzajace pare. Surowiec skrobiowy doprowadza sie do komory parowania centrycznie otworem glównym. Dlugosc komory parowania stanowi 5 do 20 jej srednic, korzystnie 10. Jak wynika z zalaczonego rysunku otwory doprowadzajace pare a znajdujace sie na obwodzie walka umieszczone sa w stosunku do jego psi pod katem prostym. Urzadzenie wedlug wynalazku jest latwe w wykonaniu, ma niewielkie wymiary, nie posiada czesci ruchomych i zapewnia podgrzewanie w sposób ciagly wszelkiego rodzaju surowców skrobiowych w postaci pulpy lub zawiesiny o wy¬ miarach czastek nie wiekszych niz 3 mm i o zawartosci suchej substancji do 42%.Istotnym elementem urzadzenia wedlug wynalazku jest komora parowania, w której nastepuje intensywna wymiana ciepla i masy miedzy doprowadzanymi mediami w czasie krótszym niz 0,5 s, gwarantujaca niezawodny przebieg procesu parowania surowca. Prowadzenie sposobu wedlug wynalazku w tym urzadzeniu zapewnia szybki, burzliwy lecz bardzo precyzyjny przebieg podgrzewania i parowania surowców skrobiowych, bez wytwa¬ rzania niekorzystnych spieków.W wyniku przeprowadzonych prób okazalo sie, ze w sposobie wedlug wynalazku wymiana ciepla i masy miedzy surowcem skrobiowym a para wodna zachodza w ten sposób, ze gwarantuja rozpuszczenie wszystkich ziarn skrobi i wlasciwe rozluznienie struktury komórkowej surowca roslinnego. Potrzebny czas przetrzymywania podgrzanego surowca zapewnia strefa, której powierzchnia przekroju poprzecznego wzgledem kierunku przeply¬ wu jest dobrana tak, ze liniowa predkosc przeplywu parowanego surowca wynosi 0,2 do 2 m/s, co uniemozliwia powstawanie osadów na wewnetrznej powierzchni strefy przetrzymywania oraz gwarantuje niezaklócony prze¬ bieg procesu parowania. Przeplyw medium przez komore parowania jest bardzo burzliwy charakteryzujacy sie liczba Reynoldsa w zakresie 10 000-150 000, co uzyskuje sie przez dobór odpowiednich wymiarów geometrycz¬ nych komory parowania.Jak juz wczesniej wspomniano, prowadzenie procesu parowania surowców skrobiowych, sposobem wedlug wynalazku w zwezce opisanej w rozwiazaniu stanowiacym przedmiot opisu patentowego PRL nr 126 088 mimo pewnych pozorów podobienstwa procesów podgrzewania nie jest mozliwe z wielu wzgledówjwsród których na glówne miejsce wysuwa sie odmiennosc cech reologicznych surowców poddawanych obróbce termicznej, a mia¬ nowicie roztworów czystej skrobi wg opisu patentowego PRL nr 126 088 oraz pulpy lub roztworów surowców skrobiowych, takich jak rozdrobnione ziemniaki i ich odpady oraz ziarna zbóz i ich odpady w sposobie wedlug zglaszanego wynalazku. Z tymi odmiennymi cechami surowców wiaze sie nierozerwalnie odmiennosc paramet¬ rów inzynieryjnych prowadzonych procesów podgrzewania, co znalazlo wlasnie odzwierciedlenie w opisanych rozwiazaniach. Sposób i urzadzenie wedlug wynalazku znajduje zastosowanie w procesach technologicznych, wymagajacych podgrzewania przez okreslony czas a szczególnie w gorzelnictwie do parowania surowców skrobio¬ wych.Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pólwidok - pólprzekrój podluzny komory parowania,a fig. 2 - przekrój poporzeczny tej komory. Jak uwidocz¬ niono na rysunku komora parowania 1 utworzona jest przez wydrazenie walka 2. Na obwodzie walka 2 znajduja sie otwory 3, przez które pod katem prostym doprowadza sie pare wodna do komory parowania 1. Otworem glównym 4 doprowadza sie, do komory parowania 1, surowiec skrobiowy.Sposób ciaglego parowania surowców skrobiowych w urzadzeniu wedlug wynalazku, przedstawiony jest na zalaczonym schemacie blokowym, przebie-., ga nastepujaco: Przyklad I. Surowiec skrobiowy - mieszanine ziemniaków i ich odpadów rozdrabnia sie do wielkosci czastek nie wiekszych niz 1 mm, przygotowuje pulpe o zawartosci skrobi 16%, która poddaje sie pompa do bezprzeponowego urzadzenia podgrzewajacego otworem 4 do komory parowania 1. W komorze parowania 1 pod¬ grzewa sie te pulpe za pomoca pary wodnej odprowadzonej otworami 3. Podgrzany do temperatury 145°C surowiec skrobiowy opuszcza komore parowania 1 i przechodzi do izolowanej strefy przetrzymywania, w której przebywa przez 5 minut. Cisnienie w strefie przetrzymywania utrzymuje sie na poziomie 0,45 MPa. Z komory tej4 136 644 pobiera sie próbke obrabianego surowca i pod mikroskopem ocenia stan rozplawienia i rozpuszczenia ziarn ^ skrobi. Obraz mikroskopowy kilku pól obserwacji wykazal jednolita strukture badanego medium bez wystepo¬ wania calych ziarn skrobi wzgledem ich fragmentów lub skupisk. Surowiec opuszczajacy strefe przetrzymywania poddaje sie znanymi sposobami rozprezeniu atmosferycznemu i jednoczesnemu schlodzeniu oraz dalszemu schlodzeniu do wymaganej temperatury zacierania.Przykladll. Make pszenna w postaci zawiesiny o steleniu 18% skrobi poddaje sie procesowi podgrze¬ wania w sposób opisany w przykladzie I.Przyklad III. Surowiec skrobiowy — pszenice rozdrobniona do wielkosci czastek nie wiekszych niz 0,6 mm, w postaci zawiesiny o zawartosci 16% poddaje sie zacieraniu wstepnemu mikrobiologicznymi preparata¬ mi enzymatycznymi w temperaturze 85°C. Temperature te otrzymuje sie przez podgrzanie surowca skrobiowego w komorze parowania 1 bezprzeponowego urzadzenia podgrzewajacego. Po wstepnym zacieraniu surowiec skro¬ biowy ponownie podaje sie pompa do urzadzenia podgrzewajacego otworem glównym 4 do komory parowa¬ nia 1, w której to, za pomoca pary wodnej doprowadzonej otworami 3 zachodzi podgrzewanie surowca do temperatury 150°C. Tak podgrzany surowiec opuszcza komore parowania 1 i przechodzi do,izolowanej strefy przetrzymywania, w której przebywa 4 minuty. Cisnienie w strefie przetrzymywania wynosi 0,5 MPa. Obraz mikroskopowy pobranej próbki obrabianego surowca wykazal jej jednolitosc bez zauwazalnych ziarn, ich frag¬ mentów lub skupisk skrobi. Nastepnie surowiec ten rozpreza sie i schladza znanymi sposobami do wymaganej temperatury zacierania wlasciwego. Zacieranie wlasciwe przeprowadza sie mikrobiologicznymi preparatami enzy¬ matycznymi w temperaturze 60°C. Urzadzenie wedlug wynalazku montowane jest w linii technologicznej mie¬ dzy pompa zasilajaca a strefa przetrzymywania.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób ciaglego parowania surowców skrobiowych polegajacy na rozdrobnieniu i ujednoliceniu surowca, bezprzeponowemu podgrzewaniu zawiesiny do temperatury rozluznienia tkanki roslinnej, skleikowania i rozpusz¬ czenia skrobi, przetrzymywaniu w tej temperaturze, rozprezaniu uparowanej masy i schlodzeniu do temperatury zacierania, znamienny tym, ze surowiec skrobiowy w postaci pulpy lub zawiesiny wodnej o wielkosci czastek ponizej 3 mm i stezeniu do 42% s.s. korzystnie 22% s.s. poddaje sie procesowi bezprzeponowego podgrze¬ wania w komorze parowania, przy burzliwym przeplywie mieszaniny nasyconej pary wodnej i surowca skrobio¬ wego, charakteryzujacym sie liczba Reynoldsa w zakresie 10 000—150 000, korzystnie 50 000, do temperatury 80—170°C, korzystnie 145°C w czasie krótszym niz 0,5 s, po czym podgrzany w ten sposób surowiec przetrzy¬ muje sie w izolowanej strefie, w temperaturze podgrzania przez 1—20 minut, korzystnie 15 minut pod cisnieniem przewyzszajacym cisnienie pary wodnej nasyconej odpowiadajace termodynamicznie temperaturze podgrzania a nastepnie medium rozpreza sie, schladza i poddaje procesowi zacierania w znany sposób. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze liniowa predkosc przeplywu parowanego surowca w izolowanej strefie wynosi 0,2—2 m/s, korzystnie 0,4 m/s, a jego przeplyw odbywa sie w warunkach stalego wznoszenia. 3. Urzadzenie do ciaglego parowania surowców skrobiowych, znamienne tym, ze ma komore parowania (1) utworzona przez wydrazenie walka (2), na obwodzie którego znajduja sie otwory (3), doprowa¬ dzajace pare wodna oraz otwór glówny (4), doprowadzajacy surowce skrobiowe. 4. Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamienne tym, ze stosunek dlugosci komory parowania do jej srednicy wynosi 5-20:1, korzystnie 10:1. 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamienne t y m, ze otwory (3) umieszczone sa w stosunku do osi walka (2) pod katem prostym. \136 644 Schemat blokowy sposobu ciaglego parowania surowców skrobiowych 1 2 L j 3 Przygotowanie surowca skrobiowego 1 — Dozowanie surowca f 4 Podgrzewanie Parowanie para wodna nasycona Rozprezanie opary Zacieranie i dalsza obróbka uparowanego surowca skrobiowego «136 644 4 v7 v w/////y////A w//////./ / / T7\ TV '///// 1 X.V < ' t r/t ('( i t i A-A Al A 2 ftaaws--- Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz Cena 130 zl PL