Производство спирта и крахмального сырья

     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.

     2.5 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. 
 
 

     2.6 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. При кипении такой смеси компонент  с более высокой упругостью пара (более летучий) переходит в паровую  фазу в относительно больших количествах, а паровая фаза обогащается более  летучим компонентом. Температура  кипения этого компонента при  постоянном давлении ниже. 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.

3. Заключение

     Производство  качественного пищевого спирта в  нужных объемах нуждается в постоянном наличии сырья, будь то зерно или  картофель.

     Технология  производства спирта - это многоэтапный технологический процесс.

     Технология  производства спирта состоит из различных  по характеру и происхождения  операциям от механических (подготовка сырья) до тепло-массообменных (ректификация), а также использование ферментов  микробиологического и биологического происхождения вместе с дрожжами.

     Не  смотря на давность становления технологии производства, существует множество  способов усовершенствования производства и увеличения выхода и качества продукции: модернизации старого оборудования, разработка новых аппаратов, улучшение  штаммов микроорганизмов и дрожжей, ведение селекционной работы по получению  высококачественного сырья. 

4. Литература:

1. Общая химическая технология: Учебник для химико-технологических специальностей. Т. 2.
2. Важнейшие химические производства. / Мухленов И.П., Авербух А.Я., Кузнецов Д.А. и др. Под редакцией И.П. Мухленова. – М.: Высш. шк.,1984.
3. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1981.
4. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1992.
5. Кононова Г.Н., Сафонов В.В. Учебно-методическое пособие «Производство этилового спирта прямой гидратацией этилена».