Az alkoholok, mint az etil-alkohol vagy etanol, mindennapi életünk szerves részét képezik, legyen szó akár szeszes italokról, oldószerekről, fertőtlenítőszerekről vagy vegyi alapanyagokról. Ezek a színtelen, jellegzetes illatú szerves vegyületek általában keményítő vagy cukor fermentációjával, élesztő segítségével, anaerob körülmények között állíthatók elő. A technológia fejlődése elengedhetetlen a hatékony és gazdaságos termeléshez, különösen az ipari méretű etanolgyártásban, ahol a berendezések korszerűsítése kulcsfontosságú a versenyképesség megőrzéséhez.
A cikk egy konkrét esettanulmányt mutat be, amely egy kukoricából etilalkoholt előállító gyár átalakítási és korszerűsítési folyamatát részletezi. A gyár eredetileg elavult, főként monoszivattyúkra épülő technológiával működött, míg a desztillációs szektorban már centrifugális szivattyúkat alkalmaztak. A helyzet javítására egy gyári mérnök vetette fel az elavult szivattyúk korszerűsítésének ötletét, továbbra is centrifugális szivattyúk beépítését javasolva. Azonban a Tapflo szakemberei, a helyszíni vizsgálat során, rájöttek, hogy a termelés legtöbb pontján nincs szükség nagy áramlásra és nyomásra. Ebből adódóan egy sokkal szofisztikáltabb és műszakilag eredményesebb megoldást javasoltak: sűrített levegővel működő membránszivattyúk (AODD - Air Operated Double Diaphragm) beépítését. Az ügyfél, bízva a Tapflo mint ismert és tapasztalt szivattyúgyártóban, elfogadta a javaslatot, és beleegyezett az AODD szivattyúk telepítésébe.
A kezdeti kihívások és a Tapflo megoldása
Az etanolgyárban a technológiai szint nem volt kiemelkedő, a termelés nagymértékben függött az üzemeltetőktől. A szivattyúk ár-érték aránya kulcsfontosságú tényező volt a döntéshozatalban. A szivattyúkat 2016-ban építették be és helyezték üzembe. Mivel a gyár három műszakban, megállás nélkül, a nap 24 órájában működik, a szivattyúk folyamatosan üzemeltek.
Egy hónap elteltével azonban problémák merültek fel. A hiba egyetlen ponton jelentkezett: azon a helyen, ahol a forró alkoholt szállították a desztillációs szakaszból. A Tapflo szervizcsapata a szivattyú szétszerelése után megállapította, hogy a szívó- és nyomócsonk váratlan kopása, valamint a szivattyú kamráiban/házában tapasztalható kopás okozta a problémát. Ezek a sérülések egyértelműen az alkohol magas hőmérsékletéből adódtak.
A korszerűsítés második szakaszában a Tapflo mérnökei egy újabb, összetettebb feladattal szembesültek. Ezúttal kukoricapüré, víz és kénsav keverékének szállításáról volt szó. Ezen a termelési ponton korábban excentrikus szivattyúkat használtak, amelyeket a gyártás során gyakran le kellett állítani az állórész sérülése miatt. Emellett a szivattyú környéke rendetlen volt, mivel az folyamatosan szivárgott.
Megoldásként ideiglenesen egy bolygótárcsás szivattyút alkalmaztak, de ez sem bizonyult ideálisnak. A kukoricadarabok roncsolták a szivattyú alkatrészeit, intenzív kopást és teljesítménycsökkenést okozva.
A probléma megoldására a Tapflo ismét az AODD szivattyúk előnyeit hangsúlyozta. Azonban az AODD szivattyúk által okozott pulzáló áramlás kétségeket ébresztett az ügyfélben. Aggódtak ugyanis, hogy a pulzáció a nyomóvezetéken elhelyezett áramlásmérő hibás leolvasását okozhatja, veszélyeztetve ezzel a folyamatot. A Tapflo mérnökei erre a problémára a TK sorozatú AODD szivattyú ajánlásával válaszoltak, amely integrált pulzációscsillapítóval rendelkezik. Az ügyfél elégedett volt a megoldással, és megrendelte a javasolt szivattyúkat.
A gondos anyagválasztás - PE ház, membrán és EPDM szelepek - a begyűjtött folyamatadatok és a korábbi szivattyúk problémái alapján történt. A Tapflo által kínált megoldásnak köszönhetően az ügyfél sikeresen leküzdötte mind a folyadék által okozott károkat és veszteségeket, mind a technológiai folyamatban felmerülő nehézségeket. A szivattyúkat 2018-ban szerelték be és helyezték üzembe. Két hónapos működés után megelőző jelleggel felnyitották őket az alkatrészek ellenőrzése céljából, ami a további problémamentes működés alapját képezte.
Hogyan működnek a membránszivattyúk (membránszivattyúk ismertetése)
Az Etanolgyártás Alapjai és Technológiai Újításai
Az etanol, vagy etil-alkohol, egy sokoldalúan felhasználható szerves vegyület, melynek előállítása évszázadokra nyúlik vissza. Az ipari etanolgyártás, különösen az üzemanyagként használt bioetanol termelése, jelentős technológiai fejlődésen ment keresztül.
Az Etanol Alapanyagai és Előállítása
Az alkohol alapanyaga a szénhidrátok csoportja, azaz a cukor (glükóz, fruktóz, szacharóz) vagy bármilyen keményítő, ami cukorrá alakítható. Az italgyártás egyik legfontosabb alapanyagai a gabonafélék, például kukorica, búza, árpa. Ezek alkalmatlanok arra, hogy szénhidráttartalmukból közvetlenül erjedjen alkohol, így keményítőtartalmukat előbb cukorrá kell alakítani.
A gabonaszemekben felhalmozott keményítő a természetben a csíra fejlődését és növekedését szolgálja. Ezek a tartalék tápanyagok oldhatatlanok, így a csíra számára felhasználhatatlanok. Az italgyártásban erre szolgál a malátázás folyamata. A gabona magvakat benedvesítik és megfelelő hőmérséklettel olyan körülményeket teremtenek, amelyek a magokat csírázásra ösztönzik. Így megkezdődik a csírázáshoz szükséges enzimek - amelyek a magokban található keményítőt a csíra számára felhasználható cukorrá alakítják - képzése. Mielőtt azonban a csírakezdemények a cukorrá alakított táplálékot fel is használnák, a malátázás folyamatát megállítják a magok kiszárításával, aszalásával vagy megpörkölésével. Ennek eredménye az ún. (zöld) maláta.
Az enzimek által végezendő cukrosításon kívül (illetve a már eredetileg cukor tartalmú, például gyümölcsök esetében is) természetesen további fizikai és kémiai beavatkozásokra van szükség ahhoz, hogy a megfelelő terményekben a keményítő, illetve a cukrot feltárják, a sejtfalak megnyíljanak, és a keményítő-, illetve a cukortartalom az erjedés számára így elérhetővé váljon. A folyamat során ezért a terményeket gőzölik, aprítják, darálják, főzik stb., vagy ezen eljárások valamilyen kombinációját alkalmazzák.
Az Erjedés (Fermentáció)
Az erjedés (fermentáció) oxigén nélkül zajló, hőtermelő kémiai reakció, amelynek során a cukor az élesztő (Saccharomyces) hatására etil-alkohollá és szén-dioxiddá bomlik. Az erjedésben részt vevő élesztő lehet a levegőben mindenhol jelen lévő természetes, ún. vadélesztő, vagy specifikusan tenyésztett, ún. fajélesztő. A fajélesztők használata előnyösebb, mivel azok kiszámíthatóbb és hatékonyabb erjedést biztosítanak.
Az erjesztés folyamata 3 naptól 30 napig terjedhet, mely elő-, közép- és utóerjedési időszakra osztható. Az ilyen, ún. elsődleges erjedésből származó italok a sör és a bor, illetve ezek származékai. Az erjesztéssel átlagosan maximum 14-15%-os alkoholkoncentrációt lehet elérni. A Kokoferm Kft. széles körű élesztő- és tápanyagválasztékot kínál az etanolgyárak számára, beleértve a SUPERSTART, Thermosacc DRY és 46-EDV élesztőket, melyek különböző igényekre optimalizáltak.
A kukoricacefrék nitrogéntartalma alacsony, ezért jelentős nitrogén kiegészítésre szorulnak. Ehhez karbamid vagy ammónium-foszfát, diammónium-foszfát tápsókkal végzett nitrogénellátás, valamint komplex tápanyagok ajánlottak az erjedés hatékonyságának és az alkoholkihozatalnak a további javítására. Az ideális erjesztési hőmérséklet tartomány 28-32 °C.
A Desztilláció
Az erjedés során keletkezett alacsonyabb alkoholtartalmú folyadékokból (mint a sör vagy a bor) lényegesen magasabb alkoholtartalmú italokat csak desztillációval lehet előállítani. Alapelve az, hogy elegyített, de különböző forráspontú folyadékok melegítése, majd pedig a keletkezett gőzök lehűtése során az anyagok különválaszthatók. A víz és az alkohol forráspontja közötti jelentős különbség jól kihasználható a folyamatban. Ha alkoholtartalmú vizet desztillálnak, az elegyből először mindig nagyobb mennyiségű alkohol párolog át, mint víz, ezért a párlat gazdagabb lesz alkoholban.
A lepárlás lehet egyszeri szakaszos, többszöri szakaszos, illetve folyamatos, vagy ezek kombinációja, mely meghatározza az így készített ital jellegzetességeit. A desztillációból kikerülő folyadék, a párlat, általában átlátszó, színtelen, azaz víztiszta. Ezt további tisztítási, szűrési, egységesítési eljárások követhetik.
Az ún. tiszta alkohol, vagy finomszesz (ipari desztillációval elérhető legnagyobb koncentráció) maximum 96,0-96,5% alkoholt tartalmaz, forráspontja 78,32 Celsius-fok.
Az Etanolgyártás Története és Jövője
Az etanol előállítása és felhasználása évezredes múltra tekint vissza. A modern etanolgyártás azonban a 19. századi technológiai fejlődésekkel indult fejlődésnek.
Történelmi Áttekintés
A desztilláció története legalább az első évszázadig nyúlik vissza, ám a korai lepárlókészülékek és módszerek egészen a második évezredig nem voltak alkalmasak szeszfőzésre. Az első századtól a hellenisztikus Egyiptom vegyészei használták a desztillációt, tudásukat pedig az arab világ örökölte. A desztillált alkohol legkorábbi leírása a 12. századi Itáliából származik. A 13. században Taddeo Alderotti írt először vízhűtéses, meghajtogatott páracsőről, amely többszöri újrafinomítást tett lehetővé, ezáltal akár 90%-os töménységű alkoholt is le tudott párolni.
A szeszfőzés technológiája a 18. század végéig aránylag keveset fejlődött. A 19. században terjedt el a ma ismert, belső rézfelülettel és spirális vízhűtővel épített kisüsti lepárlókészülék. Az 1810-es években kifejlesztették az első oszlopos lepárlórendszereket, amelyek képesek voltak folyamatosan szeszt főzni és a párlatot rektifikálni. Aeneas Coffey jelentősen továbbfejlesztette ezeket a rendszereket, első lepárlóját 1830-ban szabadalmaztatta.
Az oszlopos finomítás jelentősen átalakította egyes régi italok hagyományát. A technológia korszerűsödésével nagyban javult a párlatok minősége, míg az oszlopos lepárlók rendkívül olcsó szeszfőzést tettek lehetővé.
Modern Fejlesztések és Irányzatok
A modern etanolgyártás célja a hatékonyság növelése, a környezeti terhelés csökkentése és a költségek optimalizálása. Az Ethanol Technology Institute és az Ethanol School nemzetközi szakképzést és kutatást végez a bioetanol gyártás, üzemanyag és italipari etanol témájában. Ezek a képzések kiterjednek az alapanyagoktól kezdve a feldolgozási technológiákon át az erjesztésig, lepárlásig és a melléktermékek hasznosításáig.
A naprakész technológiákkal lehetőség van 0 szennyvíz kibocsátású, az erjedési CO2-t 100%-ban elnyelető, és szén-dioxid gáz mellékterméket előállító, sőt még a kondenzvizet is és a pára energiatartalmát is visszaforgató, minimális mennyiségű káros égéstermék emissziójú üzemek felállítására.
A Tapflo által kínált megoldások, mint a sűrített levegővel működő membránszivattyúk, hozzájárulnak a termelés biztonságosabbá, hatékonyabbá és gazdaságosabbá tételéhez. Az integrált pulzációscsillapítóval rendelkező TK sorozatú szivattyúk pedig kiküszöbölik a pulzáció okozta mérési problémákat, biztosítva a folyamat pontos kontrollját.
A jövőben várhatóan további innovációk jelennek meg az etanolgyártás területén, amelyek még hatékonyabbá, környezetbarátabbá és gazdaságosabbá teszik ezt a fontos iparágat. A folyamatos kutatás és fejlesztés, valamint a legjobb gyakorlatok megosztása elengedhetetlen a fenntartható fejlődéshez.
A Kokoferm Kft. folyamatosan rendelkezésre áll az etanolgyárak támogatására, a legmodernebb élesztőkkel, tápanyagokkal és technológiai tanácsokkal, hogy a gyártók sikeresen vegyenek részt az iparág fejlődésében. A THERMOSACC XL DRY etanolélesztő és a NUTRI-PLEX Plus tápanyag is a rendelkezésre álló kínálat része, melyek az erjedési folyamatok optimalizálását segítik.