Извлечение спирта из бражки и его очистка

Зрелая бражка — полупродукт спиртового производства. Для получения 1 м³ спирта требуется около 12 м³ бражки. Бражка — сложная многокомпонентная система, состоящая из трех фаз: жидкой, газообразной и твердой. Жидкая фаза со­ставляет основную долю из суммы трех фаз. Она представлена водой (82...90 мас. %) и этиловым спиртом 4,8...8,8 мас. % (или 6...11 об. %) с сопутствующими легколетучими примесями, число которых превышает 70 наименований. Среди летучих при­месей — кислоты, сложные эфиры, альдегиды и высшие спирты, серо- и азотсодержащие примеси. Летучие вещества бражки со­ставляют 0,5 % по отношению к этиловому спирту, содержаще­муся в ней.

Твердая фаза бражки представлена нерастворимыми частица­ми исходного сырья — шелухой и дробиной. К ней относятся также все вещества, которые остаются в остатке после выпарива­ния спирта, воды и летучих примесей. Это растворимые экстра­ктивные вещества органического и неорганического происхож­дения. К первым относят несброженные сахара, декстрины, белки, а ко вторым — минеральные вещества. В мелассной бражке содержится СВ 8...10 мас. %, в зерновой — 5...7, а в карто­фельной — 3...5 мас. %.

Газообразная фаза бражки представлена, главным образом, ди­оксидом углерода — продуктом жизнедеятельности дрожжей, ко­торый образуется при сбраживании сахаров. В 1 дм³ зрелой бражки содержится до 1...1,5 г СО₂; при перекачке бражки из бродильного в ректификационное отделение количество СО₂ в ней снижается на 30...50 %.

Извлечение этилового спирта из бражки и его очистка осу­ществляются ректификацией. Ректификацией принято называть процесс разделения бинарной или многокомпонентной жидкой смеси на компоненты или группы компонентов (фракции), раз­личающиеся между собой летучестью. Разделение бинарной смеси спирт—вода часто называют простой перегонкой или дис­тилляцией. Разделение однородных летучих смесей осуществляют путем многократного двустороннего массо- и теплообмена между противоточно движущимися паровым и жидкостным по­токами.

При взаимодействии фаз в процессе ректификации происхо­дит диффузия (перенос) легколетучего компонента из жидкой фазы в паровую и труднолетучего компонента, наоборот, из паровой фазы в жидкую.

Способ контактирования потоков при разделении водно-спиртовых смесей носит ступенчатый характер. Ректификацию проводят при нормальном давлении в аппаратах колонного типа, оборудованных контактными устройствами в виде тарелок раз­личных типов (ситчатых, колпачковых, клапанных). Эти устрой­ства способствуют максимальному приближению соприкасаю­щихся противоположно движущихся в аппарате парового и жид­костного потоков, а следовательно, к интенсивному массообмену.

При кипении смеси более летучий компонент переходит в паровую фазу в большем количестве, чем менее летучий. Смесь обогащается одним из компонентов практически в процессе рек­тификации, которую можно рассматривать как способ сложной или многократной перегонки.

Цель очистки этилового спирта — освобождение его от сопут­ствующих летучих примесей и получение спирта стандартной крепости. Очень важно наряду с очисткой спирта максимально сконцентрировать отбираемые примеси и максимально освобо­дить их от этанола и воды. В этом случае потери спирта с отходами будут минимальными; отходы же при высокой степени концентрации примесей возможно и экономически целесообраз­но использовать в качестве вторичных материальных ресурсов (BMP). Например, из сивушного масла, получаемого при ректи­фикации этилового спирта как BMP, на специализированных предприятиях химико-фармацевтической промышленности получают высшие спирты — изоамиловый, изобутиловый и пропиловый и на их основе сложные эфиры как компоненты ряда лекарственных препаратов.

В основу современной теории перегонки положены законо­мерности перегонки бинарных смесей, которые установлены Д.П.Коноваловым и М.С.Вревским. Состав равновесных фаз играет важную роль в изучении процессов разделения простых и сложных летучих смесей.

П.С. Цыганков предложил новую классификацию примесей по их летучести в зависимости от содержания этанола в смеси.

Все примеси разделены на четыре группы: головные, хвосто­вые, промежуточные и концевые. К первой группе относят го­ловные примеси (ацетальдегид, этилацетат и др.), у которых коэф­фициент испарения при любом содержании этилового спирта выше, чем коэффициент испарения спирта; следовательно, у этих примесей всегда К_пр >1 и они концентрируются в парах при любом содержании спирта в жидкой фазе.

Вторая группа вклю­чает хвостовые примеси, у которых летучесть всегда меньше лету­чести этанола и К_пр < 1. Наиболее типичной хвостовой приме­сью является вода. Третья группа представлена промежуточными примесями (изоамиловым, изобутиловым, пропиловым спиртами, рядом сложных эфиров), которые обладают двоякими свойства­ми: при высоких концентрациях спирта в разделяемой смеси они ведут себя как хвостовые примеси, а при низких — как голов­ные. При определенных концентрациях этанола К_пр = К_э.с. и коэффициент ректификации примеси будет равным 1.

Характер­ной концевой примесью является метиловый спирт. Концевые примеси обладают коэффициентом ректификации К_пр¹ > 1 при высоких концентрациях спирта и К_пр¹ < 1 — при низких.

Процесс ректификации проводят в противоточных аппаратах колонного типа, в которых пары разделяемой смеси движутся снизу вверх, а навстречу им стекает жидкость. Колонны обору­дованы контактными устройствами или тарелками.

Для увеличения крепости дистиллята ректификацию водно-спиртовых смесей проводят в сочетании с дефлегмацией, повы­шая крепость водно-спиртовых паров частичной их конденса­цией. Ее осуществляют в специальных теплообменных аппара­тах — дефлегматорах. Жидкость, образующаяся при дефлегмации, называется флегмой. Последнюю возвращают в колонну. Нескон­центрировавшиеся в дефлегматоре крепкие водно-спиртовые пары поступают в холодильник, где полностью конденсируются (сжижаются), охлаждаются и выводятся из испарителя в виде дистиллята. Отношение количества флегмы к количеству дистил­лята называют флегмовым числом (ФЧ).

Для создания парового потока в колонну снизу подводят теп­лоту в виде греющего пара. Подлежащая разделению смесь пода­ется чаще всего в среднюю часть колонны в жидком, парообраз­ном или в смешанном состоянии. Для разделения бинарной смеси используют одну колонну. Ректификацию многокомпо­нентных смесей проводят в нескольких колоннах, работающих последовательно.

По техническому назначению ректификационные установки спиртового производства подразделяют на сырцовые, ректифика­ционные и брагоректификационные.Первые предназначены для получения бражки спирта-сырца, содержащего кроме этанола все летучие примеси. На ректификационных установках спирт-сырец очищают и получают ректификованный спирт. В браго-ректификационных установках совмещены технологические опе­рации сырцовых и ректификационных аппаратов. Эти установки позволяют получать ректификованный спирт непосредственно из бражки.

В состав брагоректификационной установки входят три ос­новные и две дополнительные колонны. К основным относят бражную, эпюрационную и ректификационную колонны, а к дополнительным — сивушную и окончательную. Бражная колон­на предназначена для отделения из бражки всех летучих компонентов.

Рис. 2 - Функциональная схема производства пива

Дата добавления: 2014-01-07