Технология производства этилового спирта ректификата

     Наиболее  прогрессивным способом осахаривания является непрерывное осахаривание с вакуум-охлаждением. Сущность его заключается в снижении давления, что приводит к мгновенному охлаждению разваренной массы вследствие затрат тепла на испарение воды. Охлаждение под вакуумом предотвращает тепловую инактивацию ферментов осахаривающих материалов. К охлажденной массе добавляют осахариваюшие материалы. Оптимальная температура действия амилолитических ферментов 57 - 58 °С. Непрерывное осахаривание разваренной массы производят по одно или двухпоточному способу. При однопоточном способе в осахариватель (цилиндрический аппарат с коническим днищем и мешалкой) подают разваренную массу, все расчетное количество осахаривающих материалов и выдерживают в течение 10 - 15 мин. При двухпоточном способе разваренную массу разделяют на два равных потока и направляют в два осахаривателя. В первый осахариватель подают 2/3 осахаривающих материалов, во второй частично осахаренное сусло охлаждают и подают на брожение в первый и второй головные аппараты бродильной батареи.

     Готовое сусло должно содержать 16 - 18% сухого сахара, в том числе 13 - 15% сбраживаемых сахаров; кислотность 0,2 - 0,3 град. При пробе на йод окраска сусла не должна изменяться.

     Сбраживание. Сбраживание осахаренной массы (сусла) начинается с момента введения в нее производственных дрожжей; Под действием ферментов дрожжей идет расщепление мальтозы до глюкозы, которая затем сбраживается в спирт и диоксид углерода - основных продуктов брожения. Наряду с этим образуются вторичные и побочные продукты брожения: высшие спирты, кислоты и эфиры. По мере сбраживания моно - и дисахаридов под действием амилолитических ферментов происходит доосахаривание декстринов и крахмала, содержащихся в сусле. От скорости этого процесса зависит длительность брожения.

     В процессе брожения сусла можно выделить три периода: взбраживание, главное брожение и дображивание. В первом периоде происходит интенсивное размножение дрожжей и сбраживание Сахаров. Второй период характеризуется энергичным сбраживанием Сахаров и сопровождается бурным выделением диоксида углерода. В третьем периоде идет медленное дображивание Сахаров, образующихся в результате доосахаривания декстринов сусла.

     Процесс брожения проводят в закрытых бродильных аппаратах для предотвращения потерь спирта и выделения диоксида углерода в производственное помещение. Герметически закрытый бродильный аппарат представляет собой вертикальный цилиндр со сферическим  или коническим днищем, внутри него установлен змеевик для охлаждения бродящего сусла.

     Брожение  сусла проводят периодическим, циклическим  и непрерывнопоточным способами. Наиболее совершенным и эффективным является непрерывнопоточный метод, осуществляемый па установке, состоящей из двух дрожжанок, взбраживателя и 8 - 10 бродильных аппаратов, последовательно соединенных переточными трубами. Дрожжанки и взбраживатель предназначены для приготовления необходимого количества производственных дрожжей. Процесс происходит следующим образом. Дрожжанку заполняют суслом, пастеризуют его при 80°С в течение 30 мин, охлаждают до 30°С, доводят рН до 3,6 - 3,8 серной кислотой и вводят из второй дрожжанки засевные дрожжи в количестве 25 - 30% от объема. Размножение дрожжей идет до достижения содержания сухого вещества в сусле 5 - 6% - Затем 70 - 75% дрожжей переводится во взбраживатель, куда одновременно подается охлажденное сусло, производится подкисление всей массы до требуемой кислотности. Массу в таком виде оставляют для брожения и размножения дрожжей. Оставшаяся часть дрожжей (25%) подается во вторую дрожжанку для размножения.

     Когда содержание сухого вещества достигнет 5 - 6%, массу подают в первый головной бродильный аппарат, в который одновременно подается охлажденное сусло. При  заполнении первого головного бродильного  аппарата сбраживаемое сусло на него перетекает, во второй головной аппарат, из него - в третий и т.д. Длительность брожения составляет 60 ч. Из последней, аппарата зрелая бражка подается на перегонку. При брожении в аппаратах поддерживается определенная температура: в первом - 26 - 27 °С, во втором - 27, в третьем - 29 - 30, в последующих - 27 28 °С.

     Выделяющийся  при брожении диоксид углерода вместе с парами спирта из бродильных аппаратов  поступает в специальные ловушки, и которых происходит растворение  спирта и отделение диоксида углерода. Водно-спиртовая жидкость из ловушки  направляется вместе с бражкой на перегонку, а диоксид углерода - в  специальный цех для получения  сухого льда или жидкого диоксида углерода.

     Зрелая  бражка должна соответствовать установленным  нормам. Крепость бражки (содержание этилового спирта в объемных процентах) должна находиться в пределах 8,0 - 9,5 об.%: содержание несброженных Сахаров не должно превышать 0,4 - 0,5%; кислотность зрелой бражки не должна превышать 0,5-0,6 град.

     Отгонка спирта из бражки и  его ректификация. Получаемая в результате брожения зрелая бражка имеет сложный состав. Кроме воды и спирта она содержит различные органические и неорганические соединения: сахара, декстрины, минеральные вещества, летучие соединения (эфиры, спирты, альдегиды, кислоты) и др. Состав и содержание примесей зависит от вида сырья, его качества, режимов его переработки в ходе технологического процесса.

     Для выделения спирта из бражки и его  очистки применяется ректификация. Ректификацией называется процесс  разделения смеси, состоящей из двух или большего числа компонентов, кипящих при разных температурах. Поэтому при кипении смеси летучих компонентов паровая фаза обогащается компонентом, имеющим более низкую температуру кипения. В водно-спиртовом растворе упругость паров спирта при любой температуре значительно выше упругости паров воды. Вследствие этого содержание спирта в парах больше, чем в кипящем водно-спиртовом растворе.

     Очистка спирта от примесей путем перегонки  основана на различии коэффициентов  их испарения. Коэффициентом испарения  называется отношение концентрации данного вещества в паровой фазе к концентрации в жидкой фазе. Коэффициенты испарения отдельных примесей отличаются один от другого и изменяются в  зависимости от содержания этилового  спирта. Для определения возможности  очистки этилового спирта от примесей необходимо сравнить коэффициент испарения  примесей с коэффициентом испарения  этилового спирта.

     При коэффициенте ректификации, равном единице, перегонка неэффективна, так как  дистиллят после нее остается без изменения. Если коэффициент  ректификации больше единицы, то в дистилляте больше примесей, чем в первоначальной смеси. Если коэффициент ректификации меньше единицы, то в дистилляте меньше примесей, чем в перегоняемой смеси. Для головных примесей коэффициент ректификации больше единицы, для хвостовых - меньше.

     Очистку спирта-сырца от примесей производят в настоящее время преимущественно  на ректификационных установках непрерывного действия, в которых спирт-сырец  освобождается от примесей в соответствии со значениями коэффициентов испарения. Такие установки используются на ликеро-водочных заводах, где основным сырьем является спирт-сырец.

     Ректификованный спирт в настоящее время на спиртовых заводах получают непосредственно из бражки на брагоректификационных установках косвенного действия. В установку входят три колонны: бражная. эпюрациопная и ректификационная. В бражной колонне из бражки выделяют этиловый спирт и летучие примеси, в эпюрационной отделяют головные примеси, в ректификационной получают ректификованный спирт. В состав установки входят две дополнительные колонны - сивушная и окончательная. Сивушная колонна предназначена для выделения фракции высших спиртов (сивушное масло) и их концентрации, а окончательная колонна - для дополнительного освобождения этилового спирта от примесей.

     На  установке косвенного действия процесс  ректификации осуществляется следующим  образом. Бражку подогревают до 90°С в бражном подогревателе и подают на верхнюю тарелку бражной колонны, в которую снизу поступает греющий пар. Пары, поднимающиеся из бражной колонны, поступают в конденсатор через бражный подогреватель, где отдают тепло поступающей в бражную колонну зрелой бражке. В конденсаторе пар полностью конденсируется и полученный конденсат крепостью 45 - 55 об.% поступает в эпюрационную колонну. 
 
 
 

      Машинно-аппаратурная схема линии производства этилового  ректификационного пищевого спирта

      1 расходный сборник, 2 лоток, 3 молотковая  дробилка (зерно), 4 молотковая  дробилка (картофель), 5 смеситель, 6 смесительная головка, 7 насос, 8 аппарат гидродинамической и ферментативной обработки I ступени, 9 дозировочное устройство, 10 распределитель, 11 аппарат гидродинамической и ферментативной обработки II ступени, 12 дозировочное устройство, 13 аппарат гидродинамической и ферментативной обработки I ступени, 14 и 15 центробежные насосы, 16 мешалки, 17 насос, 18 контактная головка, 19 регулирующий клапан, 20 трубчатый стерилизатор, 21 дозатор, 22 сборник, 23 испаритель –осахариватель, 24 сборник, 25 паросепаратор, 26  плунжерным насосом, 27 теплообменный аппарат, 28 дрожжанки, 29 взбраживатель дрожжей, 30 насос, 31 головной бродильный аппарат, 32 насос, 33 бродильные аппараты, 34 спиртоловушка, 35 вакуум-насосос, 36 сборник барометрической воды, 37 барометрический конденсатор, 38 насос, 39 спиртоловушка, 40 лютерная вода, 41 насос, 42 ректификационной колонны, 43  дефлегматором, 44 конденсатор, 45 спиртоловушки, 46 дефлегматора, 47 избыток дистиллята из конденсата, 48 эпюрационная колонна, 49 теплообменник, 50 подогреватель бражки, 51 насос, 52 сепаратор, 53 конденсатор, 54 пеноловушка, 55 брагоэпюрационная колонна, 56 коллектор,58 теплообменник 

      Устройство  и принцип действия линии. 

      Измельченное  зерно после молотковой дробилки 3 поступает в смеситель 5 через  лоток 2, где смешивается с теплой водой температурой 60...65 °С и α  -амилазой ферментативного препарата, поступающего из расходного сборника 1. Соотношение зерна и воды, поступающих в смеситель, составляет 1 : 3, а температура замеса поддерживается на уровне 50...55 °С. Продолжительность пребывания замеса в смесителе 5 составляет 10... 12 мин. В смесителе 5 происходит начальная стадия разжижения крахмала и растворения сухих веществ, а также обеспечивается нормальная текучесть массы за счет действия α-амилазы. 

      При переработке картофеля измельченная на молотковой дробилке 4 картофельная кашка также подается в смеситель 5, где смешивается в нем с  жидким ферментным препаратом. 

      Из  смесителя 5 зерновой замес насосом 7 подается на контактную головку 6, где  подогревается из распределителя 10 паром до 70...72 °С, и далее в аппараты 8 и 13 гидродинамической и ферментативной обработки I ступени, объем которых обеспечивает выдержку в нем замеса не менее 3,5...4,0 ч. После заполнения аппарата примерно на 1/3 подключается циркуляционный контур, включающий центробежные насосы 14 и 15, обеспечивающие перемешивание массы в аппарате при ее температуре 65...70 °С. Во время гидродинамической обработки сырья происходит дальнейшее разжижение, растворение крахмала и сухих веществ зерна за счет действия α-амилазы.

      При переработке измельченный картофель, смешанный с α-амилазой, закачивается насосом 7 через контактную головку 6 в аппараты 8 и 13. Далее процесс осуществляется по параметрам, применяемым при переработке зерна.

      Ферментативно-тепловая обработка сырья осуществляется следующим образом. Замес или картофельная кашка из аппаратов I ступени 8 и 13 с помощью дозировочных устройств 9 и 12 отводится в горизонтальный, разделенный на три отсека аппарат 11 гидродинамической и ферментативной обработки II ступени, снабженный мешалками 16.

      В первой секции аппарата 11 крахмалосодержащая масса выдерживается при перемешивании 15... 16 мин при 65...72 °С, после чего перетекает через переливное отверстие во второй отсек, нагревается в нем острым паром из распределителя 10 до 72...75 °С и выдерживается 15... 16 мин. В третьем отсеке температура массы путем подачи в нее пара поднимается до 85...95 °С.

      Хорошо  разжиженная и гидролизованная крахмалосодержащая масса из аппарата 11 насосом 17 закачивается через трубчатый стерилизатор 20 и регулирующий клапан 19 в паросепаратор 25, из которого отводится на осахаривание. Учитывая, что на заводах часто перерабатывается некачественное дефектное сырье, требующее более высокой температуры стерилизации, предусматривается контактная головка 18. В этом случае вторичный пар из паросепаратора 25 направляется в первый отсек аппарата 11.

      В процессе осахаривания стерилизованная масса в испарителе -осахаривателе 23 смешивается с глюкоамилазой, поступающей из расходного сборника 22 через дозатор 21, и выдерживается при 55 °С в течение 30...35 мин. Основное количество формалина, подавляющее развитие кислотообразующих бактерий при сбраживании, подается из сборника 24.