Дистилляция этилового спирта из бражки

Общие сведения о брагоперегонных и дистиляционных аппаратах

Ректификационные аппараты периодического действия

Непрерывно действующие дистилляционно ректификационные аппараты для получения спирта

Гидродинамика насадочных колонн.

Бражная колонна под вакуумом

Расчет дефлегматоров и холодильников брагоперегонных аппаратов Вручную

Замена дефлегматоров барабанного типа в Брагоперегонных / Дистилляционных аппарата для производства спирта-сырца

Замена кожухотрубного дефлегматора на пластинчатый

Руководство по проектированию и диагностированию теплообменников для конденсации

Сложная перегонка бражки в спирт

Материальный баланс бражной колонны

 

Эпюрация и ректификация этилового спирта

Моделирование процесса эпюрации этилового спирта

Эпюрация и ректификация этилового спирта под вакуумом

Кротоновый альдегид и окисляемость спирта

Влияние примесей спирта на аналитические и органолептические показатели и вкус водки

Материальный и тепловой балансы эпюрационной (гидроселекционной) и ректификационной колонны

Примеси спирта

Влияние примесей спирта на аналитические и органолептические показатели и вкус водки

ГОСТ на спирт

Ректификационные и выпарные аппараты с использованием вторичного пара

Оптимальное управление брагоректификационной установкой косвенного действия

 

 

Примеси спирта

 

 

   Примеси спирта образуются в основном в процессе брожения. Од­нако на образование примесей спирта в процессе брожения могут оказать существенное влияние предшествующие брожению технологи­ческие операции, в частности, режим водно-тепловой обработки или разваривания сырья.

   Примеси возникают также и при перегонке и ректификации спирта. Примеси, возни­кающие при брожении, очень разнообразны. Количество и со­став примесей могут сильно изменяться в зависимости от условий, при которых проводится брожение; степени аэрации, расы дрожжей, рН бражки, концентрации сахара, температуры и других фак­торов.

   Спирт-сырец, получаемый после перегонки бражки, содержит большое количество примесей, различных по химической при­роде. Обычно содержание примесей не превышает 0,5% маc. от этилового спирта, содержащегося в сырце. В спирте-сырце обнаружено до 50 различных веществ, которые по химическому характеру могут быть разделены на четыре основные группы: спирты, аль­дегиды, эфиры и кислоты.

В ссылке (http://www.sergey-osetrov.narod.ru/Projects/Distillation_and_Rectification/alcohol_propety.htm) приведены более 40 примесей спирта, клас­сифицированные по химической природе, указаны их темпера­туры кипения и молекулярная масса, а также возможный технологический участок их образования и способы устранения примесей.

Есть указания на то, что кроме этих примесей, в спирте-сырце обна­ружены сероводород, меркаптаны, пиридин, триметилпиразин, тетраметилпиразин, диэтилпиразин, кротоновый альдегид и некоторые другие ве­щества.

 

Характер примесей , содержащихся в спирте, и их количество зависят:

1) от вида сырья и его качества;

2) от спо­соба работы, принятого на заводе, и

3) от оборудования, на котором производится работа.

 

Вопрос о влиянии различных факторов на образование при­месей спирта изучен еще недостаточно, поэтому не всегда можно ска­зать, как то или иное изменение в технологическом процессе отражается на составе примесей спирта-сырца.   Рассмотрим условное место возникновения важнейших примесей спирта [1, 2].

Сивушное масло образуется как побочный продукт спирто­вого брожения. Основными составными частями сивушного масла являются высшие спирты:

  • амиловый,
  • изобутиловый и
  • другие.

В табл. 2 приведены данные о составе сивушного масла [3].

Из рассмотрения данных табл. 2 следует, что состав сивушного масла, получаемого даже из сырья одного и того же вида, сильно отличается по процентному содержанию раз­личных компонентов. Так, например, содержание изоамилола в масле, полученном при переработке картофеля, колеблется в пределах от 34,4 до 68,7%.

Однако качественный состав сивушного масла (т.е. номенклатура ком­понентов) остается почти неизменным для всех образцов.

Из амиловых спиртов в сивушном масле содержится глав­ным образом изоамиловый.

По Эрлиху, образование амилового и других высших спир­тов при брожении объясняется дезаминированием аминокислот. При этом углеродная часть молекулы аминокислоты образует спирт, отвечающий по своему строению исходной аминокислоте [2], но содержащий на один атом углерода меньше.

По Женевуа, высшие спирты могут образовываться при бро­жении иным путем. Женевуа предложил схему образования амилового спирта из ацетальдегида без участия амино­кислот [2, 4].

И. Я. Веселое с сотрудниками также исследовал образова­ние высших спиртов в процессе спиртового брожения [5, 6]. Им показано, что высшие спирты образуются в анаэробных усло­виях вторично из кетокислот, возникающих в результате переаминирования аминокислот, путем декарбоксилирования и последующего восстановления в цикле спиртового сбраживания углеводов. По мнению Веселова, образование высших спиртов связано с накоплением биомассы дрожжей.

На количество сивушного масла в получаемом спирте оказывают влияние состав бро­дящей массы, количество азота в ней и его форма.

Летучие кислоты, содержащиеся в сырце, являются продук­том жизнедеятельности инфицирующих бражку микроорганиз­мов, а также продуктом жизнедеятельности дрожжей [7].

Чистота брожения ведет к уменьшению выхода кислот, а следовательно и к уменьшению содержания эфиров, так как они являются продуктом химического взаимодействия спиртов и кислот, содержащихся в бродящей массе. Эфирообразование происходит в бродильном чане, продолжается в брагоперегонном аппарате и частично — в ректификационном.

Некоторые виды примесей этилового спирта образуются в процессе водно-теп­ловой обработки сырья, и количество их зависит от степени жесткости этой обработки, т.е. от температуры и длительности обработки. К ним относятся метиловый спирт, продукты терпенового ряда, встречающиеся в сырце, полученном из некото­рых видов сырья, и, вероятно, акролеин.

 

Акролеин возникает, по-видимому, в процессе водно-тепло­вой обработки сырья при подгорании жиров, содержащихся в сырье. Указывают также, что акролеин может возникать вследствие побочных брожений.

Метиловый спирт образуется при переработке растительных материалов вследствие разложения пектиновых веществ. При развариваиии содержащих пектин материалов происходит от­щепление метоксильных групп пектина с последующим обра­зованием метилового спирта.

Климовский с сотрудниками показал [8], что наибольшее количество метилового спирта образуется при переработке кар­тофеля; меньше метилового спирта — образуется при переработке зернового сырья. Значитель­ное количество метилового спирта образуется при переработке на спирт сахарной свеклы, содержащей много пектина. Увели­чение давления при развариваиии сырья (а следовательно, и увеличение темпера­туры) повышает содержание метилового спирта в получаемом спирте.

Вопрос об побочном образовании метилового спирта при переработке сахарной свеклы был исследован В. А. Вержбицкой и А. Л. Малченко [9]. Авторы показали, что при переработке сахар­ной свеклы на спирт метанол образуется в процессе разваривания сахарной свеклы при высокой температуре. Повышенная температура разваривания свеклы при длительном воздействии на пектин свеклы при­водит к интенсивному гидролитическому распаду пектиновых веществ сахарной свеклы с образованием метилового спирта. Чем выше температура прогрева свекловичного затора, тем больше в нем обнаруживается метанола.

Вальтер [10] указывает, что метиловый спирт может возник­нуть также в процессе распада пектиновых веществ под воз­действием пектазы в процессе спиртового брожения.

Предполагают, что продолжительное прогревание сырья в предразварниках и высокое давление при разваривании способ­ствуют большему образованию сивушного масла при брожении (см. табл. VIII—3) вследствие того, что такой режим водно-тепловой обработки благоприятен для накопления аминокислот.

На выход сивушного масла оказывает влияние и количество задаваемых дрожжей. Усиленное размножение дрожжей ведет к увеличению выхода сивушного масла. Накоплению его спо­собствует также высокая температура брожения.

На выход сивушного масла оказывает влияние и чистота брожения. Часть сивушного масла может быть образована за счет жизнедеятельности микроорганизмов, инфицирующих бро­дящую массу. Поэтому все факторы, способствующие повыше­нию чистоты брожения, поведут к уменьшению выхода сивуш­ного масла. В частности, положительное влияние оказывает герметизация бродильных чанов.

 

Уксусный альдегид, содержащийся в спирте, возникает так­же в бродильном чане и является промежуточным продуктом алкогольного брожения.

Возможно образование уксусного альдегида и других альдегидов в качестве продуктов окисления спиртов кислородом воздуха и некоторых вторичных реакций.

Замечено, что при проведении брожения с аэрацией содер­жание альдегидов в сыром спирте повышается.

Большему образованию альдегидов способствует по той же причине повышение температуры брожения.

 

Фурфурол образуется во время перегонки из пентозанов бражки при нагревании их в присутствии кислот, а также в процессе разваривания содержащего пентозаны сырья.

Указывают также, что источником образования альдегидов является реакция меланоидинообразования, идущая в процессе водно-тепловой обработки зерна.

В.П. Грязнов [12] изучал методом газохроматографического анализа сырые спирты, чтобы выяснить состав сивушного масла зависимости от вида и степени дефектности сырья.

В табл. 4 приведены результаты анализов спиртов, полученных из сырья высокой степени дефектности (IV степень дефектности сырья и выше).

Таблица   4

Соотношение компонентов сивушного масла в % об.

 

Спирт

 

Сырье

 

кукуруза

 

свекла

 

рожь

 

пшеница

 

Пропиловый

19,1

21,0

38,0

43,5

Изобутиловый

17,5

27,4

50,7

20,4

Изоамиловый

63,4

51,6

10,0

36,2

н-бутиловый

Следы

Следы

1,3

Следы

 

Сопоставляя полученные данные с составом сивушного масла в сыром спирте из нормального сырья, В. П. Грязнов пришел к заключению, что при переработке остродефектного сырья со­отношение компонентов изменяется в сторону увеличения со­держания пропиловых и бутиловых спиртов. Эти спирты, попадая при ректификации в спирт-ректификат, придают ему горький и жгучий вкус!

Некоторые примеси характерны только для определенных видов сырья. Так, фурфурол не встречается в мелассном спирте-сырце, но содержится в спирте-сырце, полученном из зерна и карто­феля.

Специфические вкусовые качества спирта, получаемого из различных материалов, зависят также от присутствия малых количеств примесей спирта, не улавливаемых аналитическими мето­дами. Так, хлебный спирт содержит соединения, придающие ему жгучий вкус, не свойственный сырцу из мелассы и карто­феля. Полагают, что этот вкус придают спирту терпены. Сырой мелассный спирт имеет неприятный вкус и запах, обусловливае­мые специфическими для него примесями, которые аналити­чески не определимы. Некоторые объясняют это наличием азо­тистых соединений.

На качество сырца оказывает влияние и состояние перера­батываемого материала. При переработке гнилого картофеля или горелого зерна продукты распада, по-видимому, сохра­няются на всех стадиях технологического процесса и ухудшают качество спирта.

Как указано выше, В. П. Грязнов хроматографическим и спектрофотометрическим анализом показал [13], что при пере­работке дефектного крахмалистого сырья в бражке обнаружи­вается присутствие формальдегида, ацетальдегида, пропионового, масляного и кротонового альдегидов, а также акролеина. Теми же методами в бражке, полученной при переработке нор­мального сырья, был обнаружен только ацетальдегид.

Мы провели анализы спирта-сырца, полученного из остродефектного крахмалистого сырья (табл. 5).

 

 Таблица 5

Анализы спирта-сырца, полученного из остродефектного сырья

 

Показатели

 

Номер проб

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

Крепость,  %  об

 

88,9

 

89,1

 

89,4

 

88,9

 

85,4

 

Кислоты, мг/л 

 

81,0

 

114,4

 

120,3

 

121,0

 

42,2

 

Эфиры, мг/л

554,0

 

395,0

 

334,6

 

311,0

 

247,3

 

Альдегиды, % об

 

0,003

 

0,006

 

0,002

 

0,0015

 

0,001

 

Метанол, % об

 

0,07

 

0,15

 

0,05

 

0,08

 

0,06

 

Сивушное масло, %  об

 

0,4

 

0,7

 

1,5

 

0,5

 

1,0

 

 

 

Анализируя данные табл. 5, можно сделать вывод о повышенном почти во всех пробах содержании сивушного масла, повышенной кислотности в ряде проб и повышенном содержа­нии эфиров в первой и второй пробах. По-видимому, при порче зерна в связи с повышенной темпе­ратурой и влажностью белки сырья частично гидролизуются, вследствие чего при разваривании и последующем брожении образуется большое количество кислот, эфиров и сивушного масла. Что касается альдегидов, то из данных табл. 5 нельзя (сделать заключения об увеличении их содержания в сырце при переработке дефектного сырья; возможно что при переработке нормального сырья состав этой группы соедине­ний будет иной. ,....

 

Изучая состав спирта, полученного из дефектного сырья, мы [13] обнаружили в нем, кроме уксусного альде­гида, акролеин и масляный альдегид. Мы исследовали коэффи­циенты ректификации этих (примесей и нашли их значения (табл. 6).

 

Таблица 6

Коэффициенты ректификации К' акролеина и масляного альдегида

 

Акролеин

 

Масляный альдегид

 

крепость спирта, % об.

 

К'

 

крепость спирта, % об.

 

К'

 

96

 

2,00

 

96,4

 

1,78

 

86,3

 

1,90

 

85,6

 

2,51

 

61,4

 

1,34

 

59,1

 

13,42

 

10,9

 

9,7

 

40,2

 

10.30

 

 

 

30,2

15,0

 

 

 

 

20,6

 

23,8

 

 

 

 

 

13,5

 

18,10

 

 

Из данных табл. 6 следует, что масляный альдегид является при всех исследованных концентрациях спирта голов­ным продуктом. Что касается акролеина, то при малых кон­центрациях спирта (ниже 11% об.) акролеин является хвостовой при­месью.

Присутствие 0,0005% об. акролеина в ректификате делает спирт нестандартным по пробе с серной кислотой.

Иногда дурно пахнущие примеси образуются в сырце при перегонке в результате взаимодействия бражки с материалом аппаратов. Так, при перегонке бражки в чугунных аппаратах, материал которых содержит серу, сырец приобретает неприят­ный запах сероводорода. Этот же запах может быть приобретен сырцом и в медных аппаратах, если на тарелках их имеется зона, где, застаивается и разлагается бражка. Предполагается, что фурфурол образуется также в брагоперегонных аппаратах вследствие пригорания бражки (дегидратация пентозанов)

В табл.7 приведена классификация примесей спирта-сырца по их происхождению [1, 4, 10, 14, 15, 16, 17].

 

Таблица 7

Основные примеси спирта-сырца

 

Наименование

 

Происхождение примесей спирта

 

В результате жизнедеятельности дрож­жей

Высшие спирты, уксусный и другие альдегиды, кислоты

В результате побочных брожений

Кислоты, высшие спирты, ацетали, акролеин

Вследствие взаимодействия составных частей сырца

Сложные эфиры кислот и спиртов

 

Вследствие окисления спиртов кислоро­дом воздуха

Альдегиды

 

При перегонке за счет пригорания твер­дых частиц зерно-картофельной браж­ки

Фурфурол

 

В процессе разваривания зернового сырья

Терпены, метиловый спирт, фурфурол, альдегиды, акролеин

 

 

Цель процесса ректификации — освободить этиловый спирт от примесей. При этом также ставится задача получить этило­вый спирт стандартной крепости. Одновременно отбираемые примеси спирта должны быть сконцентрированы до максимальной кре­пости. В этом случае содержание спирта в отходах ректифика­ции будет минимальным.

 

 

 

 

 
Hosted by uCoz