Производство алкоголя

Получение коньячного спирта

В технологиях получения этилового ректификованного и коньячного спиртов имеются существенные различия. Они состоят в том, что при получении ректификованного этилового спирта он максимально возможно очищается от всех примесей, а при получении коньячного спирта стремятся не только сохранить ряд ' летучих ароматических и вкусовых веществ, содержащихся в виноматериале, но и получить в процессе перегонки новые летучие вещества. Поэтому при перегонке виноматериалов важны I ее длительность и материал перегонного куба. В технологии ijl получения коньячного спирті главным является не сам спирт, а 1 тот комплекс ароматических, вкусовых и иных веществ, которые поступают с сырьем, образуются в процессе брожения и перегонки, переходят с ним в процессе перегонки и в дальнейшем (в процессе выдержки в дубовых бочках) создают аромат, букет и вкус коньяка. В. силу сказанного в производстве коньячного спирта большую роль играет дегустация. (Дегустация — определение вкуса и качества путем пробы на язык и обоняния.)

Получение коньячного спирта, идущего на приготовление высококачественных коньяков, осуществляется по шарантскому методу в два этапа: 1) получение спирта-сырца; 2) получение собственно коньячного спирта.

Получение спирта-сырца. Спирт-сырец получают из молодого вина, приготовленного по белой схеме. Состав основных примесей молодого шарантского вина, идущего на перегонку, представлен в табл. ЗІ.

Как правило, перегонку ведут до полного отделения спирта от виноматериала. В зависимости от крепости перегоняемого вина, крепость спирта-сырца составляет 24 — 32 об.% (см. табл. 32).

Считается, что для получения высококачественного коньячного спирта необходимы спирт-сырец с содержанием спирта не более 30 об.%. Поэтому спирт-сырец с крепостью, большей 30°, перед перегонкой разбавляют водой, добавка которой не должна превышать 10%, [20].

Получение коньячного спирта. Высококачественный коньячный спирт получают на тех же аппаратах; на которых был получен спирт-сырец. Во время перегонки спирта-сырца на коньячный спирт • отбирают три фракции: головную, среднюю и хвостовую (см. табл. 33).

Головная фракция имеет резкий запах, опалесцирующий оттенок и характеризуется повышенным содержанием альдегидов и эфиров. Бе собирают в отдельную емкость. В среднем объем головной фракции составляет 1 — 2% объема загруженного в перегонный куб спирта-сырца. Средняя крепость головной фракции 75і, крепость первых порций может составлять 80 — 85°.

Переход от отбора головной фракции к средней осуществляется на основе дегустации и измеренных спиртомером значений крепости спирта. В это время выходящий из холодильника доистиллат не имеет - резкого запаха и не опалесцирует, а крепость его первых порций составляет 75 — 80°. Средняя фракция представляет собой собственно коньячный спирт, или же коньяч­ный спирт 1-го сорта. Он характеризуется сильным приятным запахом, визуально бесцветен. Средняя крепость его — 62 —

70°, объем — ЗО — 35% объема спирта-сырца и содержит до 80

— 85% спирта от имеющегося в перегоняемом сцирте-сырце. Согласно отечественным нормативным документам, спирт конь­ячный (молодой) должен удовлетворять следующим показателям [34]: цвет — бесцветный, вкус и запах — характерные для коньячного спирта без постороннего запаха и привкуса. При 20° С его крепость должна быть 62 — 70 об.%; содержание примесей в 100 мл безводного спирта: высших спиртов (спиртов сивушного масла) в пересчете на изоамиловый спирт — 180 — 600 мг; альдегидов в пересчете на уксусный альдегид — не более 50 мг; средних эфиров в пересчете на уксусно-этиловый эфир — 50 — 250 мг; летучих кислот в пересчете на уксусную кислоту — не более 80 мг; фурфурола — не более 3 мг; метилового спирта — не более 0,15 об.%.

При понижении крепости выходящего из холодильника спирта до 55 — 40° начинается переход на хвостовую фракцию, которая также собирается в отдельную емкость. Согласно [29 ], "Момент перехода на хвостовую фракцию является очень важным и определяет, по-видимому, некоторые особенности того или иного типа коньяка. Так, во Франции, в Шаранте, отбор хвостовой фракции начинают, когда крепость дистиллата достигнет 50 об. %; в Грузии — 55 о6.%; в Молдавии — 40 об.%; в Армении и в Украине при 45 об.% и т. д. Это обусловлено тем, что во фракции дистиллата с крепостью от 60 до 50 об. % переходят ароматические вещества, улучшающие качество коньяка. Ниже 40 об.% переходить на хвостовую фракцию не рекомендуется, так как в дальнейшем, вплоть до 2о, в дистиллат переходят вещества, обладающие очень неприятным и острым запахом, а также грубым вкусом".

Средняя крепость хвостовой фракции 12 — 17°, ее объем — 20 — 25% объема спирта-сырца. По органолептическим показа­телям в этой фракции можно выделить две части: неприятно пахнущую с начальной крепостью 40 — 45° и конечной — 20

— 25°; приятно пахнущую с начальной крепостью 20 — 25° и конечной 0°. Последняя часть хвостовой фракции называется душистыми водами.

Представляют интерес сведения об изменении крепости и

Содержания летучих примесей в дистиллате во время перегонки. Соот­ветствующие данные получены Бютнером и Мирмейстером и

Приведены в [20 ]. В табл. 34 даны крепость и содержание примесей в пробах дистиллата, взя­тых через каждые полча­са перегонки; в табл. 35 — аналогичные данные через каждые 5 об.% изменения крепости.

Головная и хвостовая фракции содержат значи­тельную часть спирта и ароматических веществ и подвергаются дальней­шей переработке. Суще­ствуют различные схемы их переработки, из которых наиболее часто употребляют следующие:

1) головную и хвостовую фракции объединяют и подвергают ректификации с целью получения винного спирта;

2) головную и хвостовую фракции объединяют и подвергают перегонке с целью получения коньячного спирта 2-го сорта, идущего на приготовление ординарных коньяков. Этот спирт имеет резкий и малоприятный запах и по этим показателям существенно уступает коньячному спирту 1-го сорта. В силу того, что направляемый в этом случае на перегонку раствор имеет более низкую Крепость, чем обычно используемый спирт-сырец, и избыточно, в сравнении с последним, обогащен летучими примесями, средний погон отбирают со средней крепостью 60 — 65°, а переход на хвостовую фракцию производят при более высокой крепости дистиллата, чем в случае перегонки спирта - сырца;

3) головную и хвостовую фракции объединяют и смешивают с виноматериалом или спиртом-сырцом. Поскольку в данном случае происходит обогащение виноматериала примесями, все возрастающее с каждой новой прибавляемой порцией головной и хвостовой фракций (объем фракций практически не изменяется, а содержание летучих примесей в них после каждой перегонки возрастает), бесконечное число раз такое прибавление производиться не может. Обычно к исходному материалу добавляют головную фракцию, полученную не более чем после 5-ти перегонок, хвостовую — после 2 — 3-х. Фракции,
полученные после большего числа перегонок, направляют на ректификацию для получения винного спирта.

Во Франции коньячные спирты, идущие на получение высокомарочных коньяков, получают только на аппаратах шарантского типа. Внешний вид одного из таких аппаратов представлен на рис. 18. Основными частями аппарата являются: перегонный куб (1); шлем (колпак) (2); пароотводная трубка (3); холодильник-змеевик (4); бак (5) с охлаждающей водой; печка (6).

(В зависимости от способа нагрева куба перегонные аппараты делятся на: 1) огневые, то есть такие, в которых куб нагревается открытым огнем; 2) паровые, в которых перегоняемая жидкость нагревается паром, поступающим от парового котла (паровика) внутрь перегонного куба. Если греющий пар поступает в бражку через барботер и, отдав ей тепло, остается в ней, то такой обогрев называется открытым, а греющий пар — открытым паром. Если же греющий пар проходит через перегонный куб с бражкой по специальному теплообменнику, например змеевику, и, отдав бражке тепло, выходит за пределы перегонного куба, то такой обогрев называется закрытым, а греющий пар — закрытым или глухим паром. Барботер — отрезок трубы с просверленными в ней отверстиями, через которые греющий пар поступает непос­редственно в перегоняемую жидкость.)

Виноматериал в кубе подогревается открытым огнем печки и образовавшиеся в перегонном кубе пары, проходя шлем и пароотводную трубку, поступают в холодильник, где конден­сируются. Холодильник охлаждается водой, поступающей через воронку (7), доходящую до дна бака и выходящую через сливной патрубок (8). Куб заполняется вином через отверстие (9), плотно закрываемое крышкой, барда сливается через кран (10), расположенный в нижней части куба, спирт выходит через кран (11).

Существуют строгие требования к материалу куба, размерам его и шлема, геометрии отводной трубки, длительности перегонки, температуре охлаждающей воды. В частности, объем куба не должен превышать 60 — 80 дал, объем шлема должен составлять 10% объема куба, отводная трубка должна иметь плавный изгиб с постепенно уменьшающимся сечением (называется "лебединая шея")-; иметь максимальный диаметр в месте соединения со шлемом. На участке от шлема к холодильнику отводная трубка на протяжении большей части ее длины сначала плавно поднимается вверх, а потом плавно, но более круто, опускается вниз, переходя в змееобразный холодильник. Шлем должен иметь луковичную или более вытянутую маслиноподобную форму. Первые кубы с целью подогрева устанавливались непосредственно на печке, обогреваемой дровами или углем, более поздние подогревались паром, проходящим через змеевик, смонтированный

Возле дна перегонного куба. Внешний вид перегонного куба шарантского типа с огневым подогревом, выпускавшегося в 30-х годах нашего столетия в Германии, представлен на рис. 19. Со временем эти аппараты оснастили спиртомером, манометром, предохранительным клапаном, устройством заполнения куба перегоняемой жидкостью и сливом барды, начали использовать испаряющийся водно-спиртовой пар и удаляемую барду для подогрева следующих порций перегоняемой жидкости и т. д., но основные требования к материалу, форме и размерам куба, шлема и паропровода сохранились со средних веков до настоящего времени.

В частности, все части куба, шлема и паропроводводной трубки должны быть изготовлены только из красной" меди. Лужение, использование стекла или нержавеющей стали не допускаются. При перегонке куб заполняют на 65 — 80% своей емкости. Длительность перегонки 60 — 80 дал составляет 11 часов, из которых около часа идет на подогрев до температуры кипения. Объем полученных спирта-сырца и коньячного спирта составляет 30 — 35% объемов загружаемых в перегонный куб вина либо спирта-сырца.

Охлаждающая вода должна подводиться в нижней части холодильника и выходить в верхней. По мере перегонки скорость охлаждающей воды необходимо увеличивать, что обусловлено повышением температуры кипения и увеличением содержания воды в паре. Обычно рекомендуется, чтобы температура состав­ляла: 1) воды в нижней части холодильника — 15 — 20°С; в верхней — 50 — 70°С; 2) выходящего из холодильника спирта — до 20°С. Мы специально остановились на описании конструкции и особенностях перегонки на аппаратах шарантского типа из-за их относительной простоты и поэтому возможности изготовления их в бытовых условиях. Однако в бытовых условиях перегоняют

Не только виноградное вино, но и бражку из другого сырья. Поэтому необходимо иметь в виду, что перегонный куб фактически является химическим реактором, в котором при повышенных температурах одновременно присутствуют и взаимо­действуют с ним и друг с другом различные химически активные вещества. В этих условиях медь не только участвует в качестве одного из реагентов, но и является и катализатором, способст­вующим образованию новых летучих веществ, которые во многих случаях, улучшая органолептические показатели коньяка, од­новременно являются для организма ядами. Это относится, в первую очередь, к фурфуролу, альдегидам и эфирам, содержание которых в спирте, перегнанном из медного куба, существенно больше, чем в спирте, перегнанном в кубе из стекла или луженой меди. В силу сказанного, наиболее приемлемыми материалами для перегонных кубов универсального назначения являются стекло и пищевая нержавеющая сталь, а с учетом технологичности изготовления и эксплуатации — последняя.

Наряду с аппаратами шарантского типа, коньячный спирт часто получают на так называаемых дефлегмационных аппаратах, иначе называемых аппаратами с тарелками Писториуса. В этих аппаратах спирт необходимой крепости и состава получают путем перегонки вина в один этап, поэтому они еще называются односгоночными. Рассмотрим процесс дефлегмации на достаточно простой модели.

Пусть перегонка осуществляется на перегонном кубе с подсоединенной к нему вертикально расположенной паропровод­ной трубкой. Охлаждение трубки осуществляется только за счет теплопередачи в окружающий воздух, а нагрев производится потоком пара испаряющейся жидкости. Тогда конец ее, не­посредственно присоединенный к перегонному кубу, будет иметь температуру кипящей жидкости, а второй, более удаленный от куба, более низкую температуру, а при достаточной длине даже близкую к комнатной. То есть такая трубка одновременно будет являться паропроводом и холодильником. Испаряющийся водно - спиртовой пар будет подниматься по такой трубке, однако выходить из иее практически не будет вследствие конденсации на ее стенках. Образовавшийся дистиллат будет стекать обратно в куб. Известно, что каждой концентрации водно-спиртового раствора соответствуют определенные температура кипения и состав воды и Спирта в паре. При этом при любой температуре кипения ниже азеотропной точки концентрация спирта в паре всегда будет больше, чем в кипящей жидкости. Поскольку с удалением от верха куба температура участков трубки будет понижаться, поднимающийся пар достигнет такого места в трубке, где ее температура будет соответствовать началу конденсации пара этого состава. В образующемся конденсате содержание спирта будет соответствовать его содержанию в паре и большим, чем в

И 5-237 растворе, кипящем в кубе. Этот конденсат будет стекать по стенке трубки вниз навстречу поднимающимся парам воды и спирта, имеющим более высокую температуру, чем температура равновесия между ним и паром, из которого он образовался. Поэтому этот конденсат будет кипеть, а в силу того, что он более богат спиртом, чем находящийся в кубе раствор, тем­пература кипения его будет ниже, а концентрация спирта в образующемся из него паре выше, чем в паре над раствором в кубе. То есть концентрация спирта в стекающей по стенкам трубки жидкости будет понижаться, а концентрация спирта в поднимающемся паре повышаться. Такой непрерывный обмен между поднимающимся паром и опускающейся жидкостью установится вдоль всей длины трубки в каждом месте ее сечения. Фактически образуются два встречных потока: 1) жидкости сверху — вниз, при этом по мере приближения к кубу концентрация спирта в ней будет понижаться; 2) пара снизу — вверх, при этом по мере удаления от куба концентрация спирта в нем будет возрастать. (Жидкость, образующаяся в результате частичной конденсации водно-спиртовых паров, называется флегмой, а аппараты, в которых происходит ее образование и контакт с поднимающимся водно-спиртовым паром, — дефлегматорами.) В этом и заключается процесс дефлегмации. Непременными его условиями являются: 1) наличие разности температур вдоль пути следования пара и жидкости; 2) обеспечение достаточно тонких "пристеночных" потоков жидкости и пара. Понятно, что, присоединив к такой гипотетической трубке холодильник на необходимом удалении от перегонного куба, можно получить достаточно концентрированный спиртовой раствор. Поскольку" в каждом сечении трубки стекающий по ее стенкам водно-спиртовой раствор имеет различные концентрации этилового спирта и коэффициенты ректификации примесеи зависят от концентрации этилового спирта, по длине трубки будут места, где той или иной летучей примеси будет больше или меньше. Зная распределение температуры вдоль трубки, охлаждаемой только воздухом, можно не только рассчитать положения таких мест, но и увеличить в них концентрацию той или иной примеси за счет принудительного изменения распределения температуры вдоль трубки. Устроив в таких местах отвод спирта, можно затем осуществлять его очистку от содержащихся примесей более целенаправленно и полно.

В аппаратах шарантского типа шлем и "лебединая шея" и являются своеобразными "слабыми" дефлегматорами. Вследствие сложной геометрической формы шлема и паропровода аппаратов шарантского типа коэффициенты ректификации примесей в них зависят от их геометрии. Кроме того, в них не соблюдается взаимосвязь между температурой кипения водно-спиртового раствора и долей спирта в выходящем из змеевика холодильника
конденсате в точном соответствии с данными табл. 25. Поскольку любой реальный пароотвод является в той или иной мере дефлегматором, это всегда необходимо учитывать в практической работе.

Дефлегматор в виде трубки, ох­лаждаемой только воздухом, можно, но нецелесообразно изготовлять из - за его неоправданно больших размеров. Целесообразнее обеспе-' чить необходимый перепад темпера­тур. вдоль пути следования пара принудительным охлаждением де­флегматора, например, водой. А подобрав интенсивности его охлаж­дения и испарения перегоняемой жидкости при приемлемых его гео­метрических размерах, можно со­здать достаточно тонкий слой флег­мы и поднимающегося навстречу ей пара, обеспечив тем самым эффектиный обмен входящих в их состав молекул.

Четыре общих принципа конструирования дефлегматоров сформулированы Пампе [6] еще в прошлом веке:

1. Пары должны медленно проходить через дефлегматор;

2. Охлаждение должно идти медленно и постепенно, то есть разница температур между холодильной поверхностью и алко­гольными парами не должна быть очень большой;

3. Противоположное течение паров и холодильной воды должно соблюдаться в дефлегматоре совершенным образом;

4. Выделяющаяся жидкость должна двигаться от более холодной к более теплой части и ее опускающийся поток должен идти навстречу поднимающимся парам.

Реализованы многочисленные конструкции дефлегматоров, из числа которых в коньячной промышленности наибольшее распространение получил дефлегматор системы Писториуса, принципиальная схема которого изображена на рис. 20. (Вместе с тем принципы дистилляции и ректификации, различные конструкции дефлегматоров и ректификаторов, методы работы с ними подробно описаны в: Э. Крель. Руководство по лабораторной ректификации. — М.: Изд-во иностр. лит., 1960. — 631 е.; М. И.Розенгарт. Техника лаботароной перегонки и ректификации. — M.-JI.: Госхимиздат, 1951. — 194 е.; в приводимых в этих изданиях литературных источникам, а также в [2, 6, 32, 52].)

Указанный дефлегматор представляет собой ряд смон­тированных на трубке тарелок, отверстия в которых перекрыты

Рис. 21. Внешний вид перегонного аппарата с дефлегматором системы Писториуса [35].

Расположенными внутри паропровода тарелками меньшего размера, благо­даря чему предотвращается прямое распространение пара по трубке. По­этому поднимающийся пар вынужден следовать вдоль внутренних по­верхностей тарелок, частично кон­денсируясь на них. Образующаяся в результате этого флегма стекает по внутренней поверхности тарелок и, соприкасаясь с паром, обогащает его спиртом, а сама обедняется им. В дефлегматоре системы Писториуса пар движется снизу вверх, флегма — сверху вниз, охлаждающая вода — от менее нагретых участков дефлег­матора к более нагретым, то есть дефлегматор такой системы удовлет­воряет требованиям Пампе. Обычно охлаждающая вода подводится к де­флегматору от холодильника паров спирта и движется сверху вниз, постепенно нагреваясь. Понятно, что подвод воды необходимо устроить таким образом, чтобы в местах соприкосновения охлаждающей системы с паропроводом не оказалось незаполненных водой участков.

На рис. 21 представлен внешний вид одного из таких аппаратов, широко применявшихся в коньячной промышленности. В этом аппарате с целью более экономного расходования топлива

Водно-спиртовые пары перед поступлением в холодильник ' проходят через емкость (7), заполненную вином, предназначенным для следующей перегонки, подогревая его. В представленном аппарате дефлегматор состоит из тарелки (3) и выпуклой крышки (2) перегонного куба (1). Тарелка и крышка охлаждаются водой, поступающей из бака холодильника (8) через трубку (6) с краном в ободок (4) с мелкими отверстиями, расположенный в верхней части тарелки. Вытекающая из ободка І вода равномерно растекается по верхней части тарелки, откуда '! опускается на нижнюю ее часть и потом на крышку, охлаждая их. Водно-спиртовые пары, пройдя дефлегматор, поступают по трубке (5) в змеевик, расположенный в емкости (7) с вином, предназначенным для следующей перегонки, где подогревают его. Полная конденсация их происходит в змеевике, помещенном в бак с водой (8). Из холодильника конденсат выходит через кран 11. По окончании перегонки барду из куба сливают через кран (9), а вместо нее через трубку (10) куб заполняется следующей ; порцией подогретого вина. К достоинствам этого аппарата, наряду с высокой экономичностью, относятся конструкция дефлегматора }; и схема охлаждения его водой, удовлетворяющие требованиям I Пампе к дефлегмации. Отрегулировав скорость течения воды по тарелке дефлегматора, можно на перегонном аппарате данной конструкции получать винный спирт крепостью до 80°.

В качестве еще одного примера аппаратов с дефлегматором системы Писториуса на рис. 22 приведен внешний вид компак­тного перегонного аппарата, помещенного в собрании сочинений Д. И.Менделеева [36 ]. Текст подписи к рисунку нами приведен без изменений. В отличие от вышеописанного, этот аппарат ;; оснащен различными контрольно-измерительными приборами, но менее экономичен. Его состав, назначение отдельных частей ясны jj из рисунка, а принцип работы подобен ранее описанному перегонному аппарату.