Производство алкоголя

Перегонка

Очистку спирта производят перегонкой, в основе которой лежит испарение жидкостей и последующая конденсация их паров, двумя. физическими методами: дистилляцией и ректификацией. Дистил - * ляция (лат-distillatio — стекание по каплям) — перегонка жидкости с целью очищения. Дистиллат — OiaT. distillatus — стекший по каплям) — продукт дистилляции. Ректификация (лат. гесШсаНо — выпрямление) — способ тщательной очистки жидкости путем ее перегонки. Ректификат ^aT. rectificatus — исправленный) — продукт ректификации.

Обычно в спиртовой промышленности термины перегонка и дистилляция употребляются как равнозначные и обозначают процесс, конечным продуктом которого является спирт-сырец, а термином ректификация обозначают процесс тонкой очистки спирта-сырца от примесей с целью получения ректификованного спирта.

Поступающая на перегонку зрелая бражка содержит 8-10 об.% этилового спирта, свыше 70 об.% воды, а также значительное количество летучих и нелетучих веществ. Цель перегонки — получить максимально концентрированный этиловый спирт - сырец, то есть очистить его от воды и нелетучих веществ. Очистка спирта от летучих органических примесей на этапе получения спирта-сырца незначительна. Процесс перегонки подчиняется законам, сформулированным М. С.Вревским и Д. П.Коноваловым, описанным в [26,28 ]. Их понимание требует подготовки читателей по термодинамике и физической химии, что выходит за рамки популярного издания. Поэтому мы опишем перегонку в общедо­ступном виде.

В науке при рассмотрении сложных систем и явлений зачастую учитывают только их главные параметры и свойства, то есть они описываются простейшими (модельными) представлениями. Применительно к перегонке зрелой бражки модельные представления заключаются в том, что ее рассматривают как раствор, состоящий только из воды и этилового спирта. Это оправдано тем, что при обычно применяющихся температурах перегонки нерастворимые вещества, входящие в ее состав, являются практически нелетучими, а из числа летучих в зрелой

Бражке преобладают вода и этиловый спирт. Разумеется, что при рассмотрении процесса ректификации, то есть получения спирта с минимальным содержанием примесей, перегоняемая жидкость так рассматриваться уже не может.

Состояние растворов и процесс их перегонки количественно описываются рядом физических параметров, основным из которых, наряду с объемом, температурой и концентрацией, является давление насыщенных паров раствора и образующих его веществ.

Рассмотрим процесс испарения в общих чертах. При любой температуре над поверхностью раствора в парообразном состоянии находится определенное число молекул, входящих в его состав. При этом происходит постоянный обмен молекулами между жидкой и газообразной фазами: часть молекул из раствора испаряется, а часть возвращается назад в раствор. Если число частиц испаряющихся равно числу конденсирующихся, то такой установившийся процесс называют состоянием динамического равновесия. Если раствор поместить в замкнутый объем, то вначале равновесия не будет. Оно наступит только по истечении определенного времени. Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным паром. Давление насыщен­ного пара над раствором является величиной, постоянной при неизменной температуре. Состоянию равновесия отвечает определенная для данной температуры концентрация пара. С повышением температуры давление насыщенного пара повышается и в случае, коща оно достигает атмосферного, жидкость закипает. Если компоненты раствора летучие, то образующийся пар будет содержать молекулы всех веществ, входящих в состав раствора. В таком случае общее давление насыщенного пара над раствором Робщ будет равно сумме индивидуальных (парциальных) давлений, создаваемых молекулами этих веществ, то есть Робщ=Рі+Р2+...+Рп, ще Pi, Р2..., Pn — давление насыщенного пара отдельных веществ в объеме, равном объему этой смеси. Казалось бы, что парциальные давления насыщенных Паров компонентов раствора должны быть пропорциональными концентрации этих веществ в растворе. Однако это бывает только в том случае, коща молекулы компонент раствора близки по величине, строению, составу и не взаимодействуют друг с другом. На самом деле, в большинстве случаев молекулы веществ, образующие раствор, не просто равномерно распределены между собой, но и связаны химически, что сказывается как на свойствах растворов, так и на величине парциальных давлений их паров. Поэтому в большинстве случаев состав пара отличается от состава раствора и сложным образом зависит от него.

К такому типу растворов относятся и водно-спиртовые, особенности перегонки которых рассмотрены ниже.

Перегонка

Рис. 16. Диаграмма состав-температура кипения водно-спиртового раствора [28].

В термодинамике для наглядности анализа процесса пользуются графическими (диаграммными) зависимостями тех или иных его параметров от других. К примеру [28], на рис. 16 представлена эксперимен­тально измеренная зависи­мость температуры кипения водно-спиртового раствора от его состава (кривая I). Кривая II характеризует зависимость состава его насыщенных паров от температуры кипения. Точ­ка В соответствует 100%-ному содержанию в растворе компо­нента с более низкой тем­пературой кипения (этиловому спирту), а точка А — 100%- ному содержанию компонента с более высокой температурой кипения (воде). Понятно, что при перемещении по горизонтальной кривой от А до В концентрация воды в растворе уменьшается, а этилового спирта увеличивается и, наоборот, при перемещении от В к А концентрация этилового спирта уменьшается, а воды — увеличивается. В рассматриваемом случае составу В соответствует температура кипения 78,4°С, составу А — 100°С. Анализ кривой I показывает сложный характер зависимости температуры кипения водно-спиртового раствора от его состава. В частности, в интервале концентраций между точками А и С, с увеличением концентрации спирта температура кипения раствора понижается от 100 до 78,13 С, после чего возрастает и достигает 78,4°С при 100%-ном содержании спирта. Прежде чем совместно рассмотреть кривые I и II, следует обратить внимание на то, что при кипении температуры раствора и его насыщенного пара равны. Поэтому на участке концентраций, например от А до С, составу раствора, обозначенному буквой Ni, при одной и той же температуре пара и раствора ti, будет соответствовать состав пара, обозначенный буквой N2, то есть доля спирта в паре и дистиллате из него будет больше, чем в растворе, из которого они образовались. Поскольку в процессе перегонки происходит постоянный уход испарившихся молекул за пределы перегонного куб, раствор в процессе перегонки будет обедняться спиртом. Следовательно, концентрация спирта в перегоняемом растворе будет непрерывно понижаться, а температура его кипения соответственно повышать­ся. В конечном итоге, в случае достаточно длительного подвода тепла к раствору с начальным составом Ni в результате перегонки, он разделится на две части: одну, состоящую только из вещества А, то есть воды, и вторую, представляющую собой водно-спиртовой раствор. Из кривой также видно, что кон­центрация спирта в этом растворе будет выше, а температура его кипения ниже, чем у исходного раствора с составом,

Таблица 25. Зависимость между содержанием спирта в водно-спиртовом растворе и содержанием спирта в парах,: выделяющихся из раствора при его кипении (2,8].

1 Темпе­ратура

КИПЬ-

9 ния, С

Содержание спирта, %

Темпе­ратура кип%- ния, С

Содержание спирта, %

В растворе

В паре

В растворе

В паре

Объем­ные

Весовые

Объем­ные

Весовые

Объем­ные

Весовые

Объем­ные

Весовые

99,0

1,0

0,8

13,0

10,5

83,3

46,0

38,8

84,1

78,4

98,2

2,0

1.6

28,6

23,5

83,1

47,0

39,7

84,3

78,7

97,4

3,0

2,4

35,0

29,0

83,0

48,0

40,7

84,6

79,0

96,6

4,0

3,2

39,9

33,3

82,9

49,0

41,6

84,8

79,3

95,9

5,0

4,0

43,4

36,5

82.8

50,0

42,5

85,1

79,6

95,2

6,0

4,8

46,7

39,5

82,7

51,0

43,5

85,3

79,9

94,5

7,0

5,6

49,8

42,3

82,6

52,0

44,4

85,5

80,2

93,9

8,0

6,4

52,3

44,7

82,5

53,0

45,4

85,7

80,4

92,6

10,0

8,0

57,2

49,4

82,3

55,0

47,3

86,2

81,0

92,1

11,0

8,9

59,0

51,2

82,1

56,0

48,3

86,4

81,2

91,5

12,0

9,7

60,8

53,0

82,0

57,0

49,2

86,6

81,5

91,1

13,0

10,5

62,4

54,6

81,9

58,0

50,2

86,9

81.8

90,6

14,0

11,3

64,0

56,2

81.8

59,0

51,2

87,1

82,0

90,2

15,0

12,2

65,4

57,7

81,7

60,0

52,2

87,3

82,3

89,7

16,0

13,0

66,8

59,1

81.6

61,0

53,2

87,5

82,5

89,3

17,0

13,8

68,0

60,4

81,5

62,0

54,2

87,6

82,7

89,0

18,7

14,6

69,2

61,6

81,4

63,0

55,2

87,8

83,0

88.6

19.0

15,4

70,3

62,8

81,3

64,0

56,2

88,0

83,2

88,3

20,0

16,3

71,3

63,9

81,2

65,0

57,3

88,2

83,4

87,9

21,0

17,1

72,1

64.8

81,2

66,0

58,3

88,3

83,6

87,7

22,0

17,9

73,0

65,7

81,1

67,0

59,3

88,5

83,8

87,4

23,0

18,8

73,7

66,5

81,0

68,0

60,4

88,6

84,0

87,1

24,0

19,6

74,4

67,3

80,9

69,0

61,4

88,8

84,2

86,9

25,0

20,5

75,1

68.1

80,8

70,0

62,5

89,0

84,4

86,6

26,0

21,3

75,8

68,8

80,7

71,0

63,6

89,1

84,6

86.4

27,0

22,1

76,4

69,5

80,6

72,0

64,6

89.3

84,5

86,2

28,0

23,0

77,0

70,2

80,5

73,0

65,7

89,4

85,0

86,0

29,0

23,8

77.6

70,8

80,4

74,0

66.8

89,6

85,2

85.7

30,0

24,7

78,1

71,4

80,3

75,0

67,9

89.8

85,5

I 85,3

32,0

26,4

79,2

72,7

80,2

77,0

70,2

90,1

85,9

85,1

33,0

27,3

79,7

73,2

80,1

78.0

71.3

90,3

86,1

85,0

34,0

28,1

80.1

73,7

80,0

79,0

72.5

90,4

86,3

84.8

35.0

29,0

80,5

74,1

79,9

80,0

73.6

90,6

86.6

84,7

36.0

29,9

80,9

74,6

79,8

81,0

74.8

90,8

86.8

84,5

37,0

30,7

81,2

75,0

79,7

82,0

75,9

91,0

87,0

84,4

38,0

31,6

81.6

75,5

. 84,2

39,0

32,5

82,0

75,9

79,6

84,0

78,3

91,3

87,4

84,1

40,0

33,4

82,3

76,3

79,5

85,0

79,5

91,5

87,7

83,9

41.0

34,3

82,7

76,7

79,4

86,0

80,7

91,6

87,9

83,8

42,0

35,2

83,0

77,1

79,3

87,0

82,0

91.8

88,1

83,7

43,0

36,1

83,4

77,4

I 83,5

44,0

37,0

83,6

77,8

___ 79,2

89,0

84,6

92,3

_ 88,8 |

Обозначенным буквой Ni. Проводя ряд последовательных пе­регонок водно-спиртовых растворов со все возрастающей началь­ной концентрацией спирта, можно получить раствор состава С, кипящей при 78,13°С и содержащий 97,2 об.% или 95,57 мас.% спирта. Из раствора такого состава отделение спирта от воды невозможно вследствие их одинаковой испаряемости, благодаря чему состав раствора и его насыщенного пара одинаковы. Раствор указанного состава называется нераздельно кипящим или азе­отропним.

Проводя аналогичные рассуждения для состава раствора, находящегося между точками С и В (точки N4 и N3), можно показать, что раствор такого исходного состава путем перегонки можно разделить на чистый компонент состава В, то есть этиловый спирт, и азеотропний раствор состава С, из которого выделить этиловый спирт путем перегонки невозможно.

Для наглядности изложения, кривые рис. 16 изображены без соблюдения масштаба. Численные соотношения между составом водно-спиртовых растворов, температурами их кипения и соот­ветствующими этим температурам составами насыщенных паров определялись и уточнялись рядом исследователей. В табл. 25 представлены соответствующие значения, полученные Тренингом [2,8].

Несмотря на то, что в современной справочной научно-техни­ческой литературе приведены более точные таблицы, для бытовых целей точность приведенных данных вполне достаточна.

Из табл. 25 видно, что водно-спиртовому раствору с опре­деленным содержанием спирта соответствуют определенные тем­пература кипения и состав насыщенных паров. Например, при перегонке зрелой бражки с содержанием спирта 10 об.% ее температура кипения будет равна 92,6°С, а пары и соответственно конденсат из него, будут содержать 57,2% об. или 49,4 мас.% спирта. Разумеется, что эти цифры соответствуют только началу перегонки, а в ее процессе концентрация спирта в бражке и образующемся конденсате будут понижаться, а температура ее кипения повышаться. Но эти изменения всегда будут соответст­вовать приведенным в таблице численным параметрам. Если отсутствует спиртомер, то, определив температуру кипения бражки по термометру и приняв за начало кипения начало образования конденсата, можно на момент измерения температуры достаточно точно определить крепость бражки и получающегося дистиллата. Постоянно измеряя температуру кипения в процессе перегонки, с помощью табл. 25 можно непрерывно определять концентрацию спирта в бражке и конденсате.

Не менее важна для практического применения табл. 26, составленная Деницем на основе табл. 25, позволяющая производить ряд практически важных вычислений.

Пример. Необходимо определить: 1) вес конденсата, в котором находится весь спирт, содержащийся в поступившей на перепонку бражке; 2) содержание спирта

Таблица 26. Связь между темперэтурой кипения, массой (весом) перегоняемого остатка водно-спиртового распора и содержанием ш нем спирта [8].

Темпера­тура кипе­ния, "с

Масса ос­татка, кг

Доля спирта

Темпера­тура кипе­ния, "с

Масса ос­татка, кг

Доля спирта

Об. %

Мае. %

Об. %

Мае. %

79,1

1000

90,0

85,8

83,5

39,2

44,0

37,0

79,2

536

88,0

83,2

83,8

37,6

42,0

35,2

79,4

355

86,0

80,7

84,1

36,0

40,0

33,4

79,6

264

84,0

78,3

84,4

34,6

38,0

31,6

79,7

208

82,0

75,9

84,7

33,3

36,0

29,9

79,9

172

80,0

73,6

85,0

32,0

34,0

28,1

80,1

146

78,0

71,3

85,3

30,8

32,0

26,4

80,3

127

76,0

69,1

85,7

29,7

30,0

24,7

80,5

111

74,0

66,8

86,2

28,6

28,0

23,0

80,6

99,3

72,0

64,6

86,6

. 27,6

26,0

21,3

80,8

89,9

70,0

62,5

87,1

26,7

24,0

19,6

81,0

82,0

68,0

60,4

87,7

25,9

22,0

17,9

81,2

75,3

66,0

58,3

88,3

24,9

20,0

16,3

81,3

69,5

64,0

56,2

89,0

24,0

18,0

14,6

81,5

64,7

62,0

54,2

89,7

23,2

16,0

13,0

81,7

60,4

60,0

52,2

90,6

22,3

14,0

11,3

81,9

56,6

58,0

50,2

91,5

21,5

12,0

9,7

82,1

53,3

56,0

48,3

92,6

20,7

10,0

8,1

82,4

50,2

54,0

46,3

93,9

19,9

8,0

6,4

82,6

47,6

52,0

44,4

95,2

19,0

6,0

4,8

82,8

45,2

50,0

42,5

96,6

18,1

4,0

3,2

83,0

43,1

48,0

40,7

98,2

17,1

2,0

1,6

83,3

41,1

46,0

38,8

100,0

14,5

0,0

0,0

В конденсате, то есть его крепость; 3) вес неперегоняемого остатка, то есть вес барды. Пусть на перегонку поступило 100 кг бражки и с помощью термометра установлено, что температура кипения ее составляет 92,6°С. Тоща из табл. 26 видно, что указанной температуре кипения соответствует бражка, содержащая 10 об.% или 8,1 мас.% спирта и при перегонке 20,7 кг такой бражки вес остатка, не содержащего спирт, будет составлять 14,5 кг, а вес водно-спиртового раствора, в котором находится весь ранее находившийся в бражке спирт — 20,7 кг — 14,5 кг - 6,2 кг. Составив очевидную пропорцию, получим, что при перегонке 100 кг бражки в перегонном кубе должно остаться (14,5 кг х 100кг)/20,7 кг ~

- 70,05 кг не содержащего спирт остатка, а перегнать необходимо 100 кг — 70,05 кг - 29,95 кг водцо-спиртового раствора, в котором будет находиться весь спирт. Содержание спирта в дистилляте будет равно (8,1 кг/29,95 кг) х 100%-

- 27,0 мас% или 32,7 об.%. То есть его крепость будет равна 32,7°.

Проведя аналогичным образом измерения температуры кипения бражки с любым содержанием спирта, можно определить ее крепость, вес неперегоняемого остатка, вес и крепость дистил - лата.

Таблица 27. Платность водных растворов этилового спирта (С2Н3ОН + НгО) (г/мл) (кг/л) [431.

Мае. %

О

1

2

3

4

S

Б

7

8

9

0

0,9982

0,9964

0,9945

0,9928

0,9910

0,9894

0,9878

0,9863

0,9848

0,9833

Ю

9819

9805

9791

9778

9761

9751

9739

9726

9713

9700

20

9686

9673

9659

9643

9631

9617

9602

95&Т

9571

9555

Н:

30

9538

9521

9504

9486

9568

9449

9431

9411

9392

9372

Ij^O

9352

9331

9311

9290

9269

9247

9226

9204

9182

9160

Ft"

І'ІО

9138

9116

9094

9071

9049

9026

9003

8980

8957

8934

8911

8888

8865

8842

8818

8795

8771

8748

8724

8700

Щ

8677

8653

8629

8605

8581

8556

8532

8508

8484

8459

8434

8410

8385

8360

8335

8310

8284

8258

8232

8206

90

8180

8153

8126

8098

8071

8042

8014

7985

7955

7924

100

7893

Таблица 28. Температура кипения водно-спиртовых растворов при пониженных давлениях f2).

Доля

Давление, мм рт. ст.

Спирта в растворе, мае. %

200

400

600

Температура кипения, и(

0 (вода)

66,5

83,3

93,2 •

10

60,5

76.7

87,0

20

56,2

72,0

82,0

30

54,0

69,3

79,3

40

53,5

67,7

77,7

50

51,2

66,2

75,0

60

50,5

64,9

74,6

70

49,8

64,5

74,2

90

48,6

63,3

73,2

В частности, из 100 кг бражки с объемным содержанием спирта 4 об.% получается 19,89 кг дистиллата с 16 мас.% или 19,7 об.% спирта;

6 об.% получается 23,67 кг дистиллата с 20,2 мас.% или

24.7 об. % спирта;

8 об.% получается 27,14 кг дистиллата с 23,6 мас.% или

28.8 об.% спирта.

Табл. 26 дает возможность определить крепость дистиллата и в случаа, повторной перегонки.

Например, в случае бражки с исходным содержанием этилового - спирта 10 об.% получается водно-спиртовскй раствор с со - г держанием спирта после:

. «О 5-237

1-ой перегонки — 27,0 мас.% или 32,7 об.% спирта

И-ой " — " 50,2 " — " — " 58,3 " — " — "

Ш-ей " — " 67,5 " — " — " 74,8 " — " — "

IV - ой " — " 77,1 " — " — " 83,2 " — " — "

V - ой " — 82,3 * — " — «♦ 87,3 " — " — ".

Пример. Необходимо определить вес и крепость дистиллата, получаемого в результате перегонки водно-спиртового раствора неизвестного состава, если процесс перегонки необходимо прекратить при содержании спирта в остатке, равном 10 об.% или 8,1 мас.%., Пусть, например, на перегонку поступило 100 кг раствора и с помощью термометра установлено, что температура кипения его равна 84,1 С. Тоща с помощью Табл. 26 определяем, что на перегонку поступил раствор, содержащий 40,0 об.% или 33,4 мас.% спирта. Далее, из этой же таблицы видно, что при перегонке 36 кг такого раствора получается остаток 20,7 кг с содержанием спирта 10,0 об.% или 8,1 мас.%. Отсюда, при поступлении на перегонку 100 кг водно-спиртового раствора, содержащего спирта 33,4 мас.%, вес остатка с 8,1 мас.% спирта! будет (100 кг * 20,7 кг)/36 кг - 57,5 кг, а вес дистиллата — 100 кг — 57,5 кг — 42,5 кг. Доля спирта в дистиллате будет: (100 кг х 33,4 мас.% — 57,5 кг х 8,1 мас,%>/42,5 кг - 67,6 мас.% или 74,7 об.%, то есть его крепость будет 74,7°. Всего в 42,5 кг дистиллата будет (42,5 кг к 67,6 мас.%)/100 мас.% - 28,7 кг спирта, а в 57,5 кг остатка — (57,5 кг х х 8,1 мас.%)/100 мас.% — 4,7 кг Спирта. В свою очередь, нз табл. 25 видно, что в начале перегонки дистиллят образовывался за счет паров, содержащих 82,3 об.% или 76,3 мас.%, а в конце 57,2 об.% или 49,4 мас.% спирта. За время перегонки температура кипения раствора повысилась от 84,1°С до 92,6°С.

На практике удобнее измерять объем, а не массу жидкости. Переход от единиц массы к единицам объема и от единиц объема к единицам массы можно - произвести с помощью табл. 27 по формуле Р = m/V, т и V — соответственно масса и объем водно-спиртового раствора. Например, водно-спиртовой раствор с долей спирта 32 мас.% имеет, плотность р = 0,9504 г/мл и содержит в 100 мл раствора 32 г спирта.

Перегонка при пониженном давлении. Из сказанного ранее следует, что температуры кипения чистых жидкостей и их растворов зависят от величины давления окружающей среды. Соответствующие значения для чистых жидкостей приведены в табл. 22, водно-спиртовых растворов — в табл. 28.

Из табл. 28 видно, что, понижая давление над бражкой, можно вскипятить ее и соответственно произвести перегонку спирта при более низких температурах, чем соответствующих, как обычно принято, атмосферному давлению. Указанный принцип перегонки не получил применения в спиртовой промышленности, но реализован в промышленных технологиях некоторых стран при производстве винного и плодово-ягодного спиртов. При этом качество спирта, перегоняемого при пониженных давлениях и температурах кипения, получается более высоким.

Производство алкоголя

Старые технологии приготовления сусла

Общие рекомендации. Особенность старых технологий разва­ривания крахмалсодержащего сырья заключается в том, что разваривание производилось при температурах, не превышающих 100°С, и поэтому эти технологии могут быть легко реализованы в бытовых условиях. …

Спирт для кальвадоса, сливовицы и других плодовых водок

В настоящее время яблочный спирт для высококачественных марок кальвадоса и плодовых водок (абрикосовой, сливовой) также получают в два приема на аппаратах шарантского типа по г технологии получения коньячного спирта, но …

Сусло из нетоварного сахара

В промышленных условиях нетоварный сахар перерабатывают на спирт вместе с крахмалистым сырьем. При этом крахмалистая часть сусла готовится обычным способом и после охлаждения смешивается с раствором сахара в бродильной емкости. …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.