Очистка спирта вспомогательными средствами

Применение адсорбционных методов очистки водно-спиртовых смесей известно давно. На казенных винных складах в дореволюционной России широко применялся метод очистки водно-спиртовых смесей путем фильтрации через слой березового или липового угля. Уголь загружали в колонки высотой до 4000 мм, которые соединялись в батареи по 4—7 штук. В этих колонках водно-спиртовой раствор крепостью 40% об. фильтровался последовательно через уголь со скоростью, обеспечивающей длительность контакта с углем не менее 24 часов.

Позднее для очистки водно-спиртовых смесей на ликеро-водочных заводах Союза получило по рекомендации проф. А. Н. Шустова применение активированного угля типа норит, поверхность которого в 80—100 раз превышает поверхность обычного древесного угля.

Фильтрация водно-спиртовых смесей улучшает их дегустационные свойства, что может быть объяснено различными соображениями.

Предполагают, что уголь адсорбирует некоторые примеси спирта, которые придают спирту неприятный вкус и аромат. Однако замечено, что уголь не только поглощает примеси, но и каталитически активизирует процесс окисления как самого спирта, так и его примесей. При этом происходит образование органических кислот [7]. Соединяясь со спиртом, они образуют сложные эфиры, например уксусноэтиловый, уксусноизоамиловый и другие.

В течение долгого времени считалось, что очищать водку большим количеством активированного угля нельзя и что контакт водки с углем не должен продолжаться более 30 мин, что объяснялось высокой активностью угля типа норит по сравнению с обычным углем.

Была установлена норма! для очистки 40%-ной водки: 16 грамм угля на 1 дал водки при продолжительности контакта 30 мин.

В. Ф. Комаров [7] исследовал вопрос о применении активированного угля для очистки водно-спиртовых растворов от примесей и пришел к заключению, что большие дозы активированного угля (несколько килограммов на 1 дал водки) в условиях непрерывной фильтрации ее через слой угля (динамический метод) улучшают дегустационные качества водки.

На основании этого исследования было предложено обрабатывать водку углем в фильтрах, заполненных активированным углем слоем высотой 4 м. При этом фильтры соединялись последовательно по 2 «ли по 3. Рекомендуемая скорость фильтрации 3,5 м/ч.

При фильтрации происходит селективная адсорбция ряда примесей из сложной поликомпонентной смеси. Интенсивность адсорбции зависит от марки углей. Замечено, что изоамиловый спирт поглощается более интенсивно (26—40%), чем уксусный альдегид (10—16%). С увеличением дозировок угля ((до некоторого предела) замечалось повышение пробы на окисляемость (пробы Ланга). Увеличения количества альдегидов за счет окисления не наблюдалось.

В. Ф. Комаровым разработай также простой метод регенерации активированного угля путем обработки его водяным паром (0,7 ати) и холодным воздухом [7].

Таким образом, эти исследования показали, что применение активированного угля для очистки водно-спиртовых смесей от примесей вполне возможно осуществить в условиях непрерывной фильтрации через слой большой высоты.

При этом было доказано, что дегустационные качества фильтруемого раствора улучшаются, по-видимому, за счет извлечения из раствора ингредиентов, сообщающих спирту дурной вкус и запах.

В. Ф. Комаров отмечает большое значение предварительной очистки обрабатываемого раствора от механических примесей путем фильтрации раствора до подачи его в угольный фильтр через песочные фильтры.

Описанные методы очистки до последнего времени не применялись на спиртовых заводах. Однако имеются сведения, что они получают распространение на некоторых зарубежных заводах. Так, на некоторых заводах Франции применяют обработку эпюрата активированным углем [8]. Этот прием применяют для получения ректификата особенно высокой очистки. Для этой цели спирт-ректификат разбавляют умягченной водой до 30% об. и вторично эпюрируют. Горячий эпюрат пропускают через активированный уголь типа норит. Очищенный эпюрат подвергают укреплению в ректификационной колонне.

Полагают, что обработка норитом горячего разбавленного эпюрата способствует удалению примесей, не улавливаемых аналитически, но портящих вкус и аромат спирта.

М. С. Шульман и А. Н. Бабкова [9] исследовали процесс адсорбции примесей этилового спирта активированным углем марки БАУ. В лабораторных опытах они установили, что активированный уголь извлекает из 50%-ното водно-спиртового раствора уксусный альдегид при концентрации его, превышающей 0,0005 % мас. При меньшей концентрации замечается увеличение содержания альдегида, как полагают авторы, за счет окисления спирта примесями, имеющимися в активированном угле. Активированный уголь адсорбирует также из 60%-ого водно-спиртового раствора уксусноэтиловый эфир и изоамиловый спирт.

Вопрос о применении активированного угля для очистки спирта изучался также Г.Л. Ошмяном и А.В. Игнатовой применительно к условиям водочного производства [10]. Исследованию подвергали сортировки до и после обработки адсорбентом. Авторы этой работы указывают, что органолептические свойства спирта зависят от качественного состава примесей, поэтому изменение последнего под влиянием обработки активированным углем может изменить органолептические свойства спирта.

Применяя разработанный авторами чувствительный метод аналитического определения, авторы обнаружили в спирте-ректификате соединения многих органических кислот (муравьиной, уксусной, пропионовой и др.). Они выявили, что под воздействием активированного угля качественный состав эфиров и кислот сдвигается в сторону обогащения соединениями большой молекулярной массы. По-видимому, изменение должно быть связано с повышением дегустационной оценки после обработки активированным углем.

Оценивая результаты проводимых исследований, можно считать, что применение активированных углей для очистки спирта в процессе ректификации перспективно и должно быть подвергнуто дальнейшим исследованиям.

3. Обработка спирта ионитными смолами

Синтетические ионообменные смолы (иониты) являются твердыми высокомолекулярными соединениями, механически прочными и нерастворимыми в обрабатываемой среде.

По своей структуре всякий ионит состоит из нерастворимых поливалентных ионов, несущих положительный или отрицательный заряд и окруженных подвижными ионами противоположного знака.

Бели заряд поливалентного иона отрицателен, а подвижные ноны — положительны, то ионит называется катионитом. Такой ионит способен обмениваться своими подвижными ионами с внешними катионами среды.

Если же высокомолекулярный каркас ионита несет положительный заряд, а подвижные ионы — отрицательны, то такой ионит носит название анионита . Следует иметь в виду, что при ионообменной очистке имеет место и молекулярная адсорбция на высокоразвитой поверхности ионита за счет действия молекулярных сил.

Хорошо синтезированный ионит теоретически не должен растворяться в воде и в растворах электролитов. На практике однако, в начале работы ионита имеется более или менее продолжительный период, в течение которого из ионита выщелачиваются растворимые вещества, загрязняющие обрабатываемую среду.

Иониты изготовляются в виде зернистой сыпучей массы или в виде листов из пластинок. Листовые иониты употребляются в качестве мембран для фильтрации через них обрабатываемой среды. Для увеличения механической прочности мембраны армируют прочными тканями (стеклоткань) или же формуют их из смеси ионита и эластичного пластика. Иониты получили широкое применение для очистки и умягчения воды. В пищевой промышленности они применяются для очистки сахарных соков в свеклосахарной промышленности, в производстве фруктовых вод для удаления избытка кислоты и т. д.

Имеются указания на попытки применения ионитов для очистки спирта от примесей [11], однако широкого применения этот метод не получил.

В.П. Грязнов и Г.В. Ржечицкая [4], изучая методы переработки дефектного крахмалистого сырья, применили для очистки водно-спиртовых растворов ионообменные смолы. Эффективность применения ионообменных смол была исследована на спирте-сырце.

Из исследованных ими смол анионит ЭДЭ-10П дал обнадеживающие результаты. Опыт применения этой смолы показал, что количество примесей в спирте-сырце значительно уменьшилось. Авторы обнаружили, что лучший эффект очистки получается для водно-спиртовых растворов крепостью 40—50% об., как это видно из рис. IX—1. Пример применения ионитных смол можно увидеть при чистке водно-спиртового раствора, полученного из синтетического спирта.

спирта, полученного при переработке мелассы, от примесей путем обработки его ионообменными смолами [12, ,13, 14, 15, 16].

Авторы исследований высказали предположение, что пониженные дегустационные показатели качества спирта, выработанного из мелассы, вызываются присутствием в спирте промежуточных примесей и в первую очередь этиловых эфиров пропионовой, масляной и валериановой кислот.

При введении щелочи на верхние тарелки ректификационной колонны для их омыления образуются соли жирных кислот. Эти соли попадают в ректификат. При разбавлении спирта водой они, по мнению авторов исследований, придают ему горький вкус и неприятный запах.

Для удаления содержащихся в спирте эфиров и жирных кислот предложено обрабатывать его с помощью катионита Ку-2 и анионитов ЭДЭ-10П и АН-Ф.

Для исследования была сооружена полупромышленная установка на Львовском ликеро-водочном заводе.

Технологический режим, разработанный авторами, заключался в следующем. Спирт, подлежащий очистке, последовательно фильтровали через Н-катионит Ку-2, а затем через ОН-анионит АН-2Ф или ЭДЭ-10П. Скорость фильтрации спирта 3,0—3,5 дал/(кг-ч). Для обеспечения регенерационного цикла на 100 дал спирта в ионообменные колонки загружается 55 кг анионита и 40 кг катиолита. Размеры цилиндрических колонок: Н = 1,5 м, d = 0,4 м.

Для непрерывной очистки спирта устанавливается две пары колонок. Пока одна пара работает, вторая проходит регенерацию. Регенерация ионитов проводится путем промывки водой и пропускания через колонку регенерирующих растворов. Через ионит пропускается раствор NаОН, через катионит — раствор НСl. После пропускания регенерирующих растворов колонки промывают деминерализованной водой.

Результаты очистки спирта приведены ниже.