5. Практика ректификации спирта
Как уже отмечалось, в примесях находящихся в бражке, обнаружено около 70 разнообразных компонентов: кислоты, ацетоны, эфиры, альдегиды, легкие и тяжелые спирты, сивушные масла и т.д. Примеси образуются в момент приготовления сусла, но более всего накапливаются при брожении, а при перегонке бражки почти полностью попадают в СС.
Основная задача ректификации – это четкое отделение примесей от спирта-ректификата.
Количество примесей в обезвоженном дистилляте (то есть в дистилляте за вычетом воды) обычно не превышает 6%. Конкретное количество «отходов» обычно зависит от точности соблюдения технологии приготовления бражки. Многие из этих примесей трудно отделимы от СР, и только правильная работа на ректификационном оборудовании позволяет избавиться от них в товарной части спирта-ректификата.
С практической точки зрения все существующие в СС примеси (упомянутые ранее 6%) можно разделить на две группы по отношению к температуре кипения СР (tкип = 78,15°C при 760мм.рт.ст.):
-головные (≈ 2.5% );
- хвостовые ( ≈ 3.5%).
К головным примесям относятся все вещества, имеющие температуру кипения меньше 78,15°C и предшествующие (по времени процесса ректификации) появлению СР из ректификационной колонны. Именно эти примеси занимают первую (головную) очередь на отбор из ректификационной колонны и именно за ними встает в свою очередь СР. Среди этих веществ наиболее известными являются метиловый спирт (tкип=64,7°C) и альдегидная группа примесей , у которой tкип несколько меньше, но очень близка к tкип СР.
К хвостовым примесям относятся все вещества, имеющие температуру кипения больше 78,15°C, эти вещества отгоняются сразу после СР. Именно они занимают свое место в хвосте общей очереди за СР. Среди этих веществ наиболее известной является группа сивушных масел (tкип несколько больше, но очень близка к tкип СР).
5.1. Подготовка колонны к работе.
а) Соберите ректификационную установку так, как указано в ее паспорте.
б) Для дистилляции заполните испарительную ёмкость на 2/3 своего объема бражкой, если перегонку проводите с помощью ректификационной колонны.
Для ректификации заполните испарительную ёмкость на 3/4 своего объема спиртом-сырцом, при крепости не более 35-45%,(в случае работы на РУМ-015-100 ёмкость заполнять на 2/3 объема).
в) Перекройте отбор.
г) Проверьте герметичность сборки.
д) Включите поток охлаждающей воды.
е) Включите нагрев кубовой жидкости.
Полное время подготовки колонны к работе занимает обычно не более 5-20 мин и зависит от подготавливаемой к работе модели, навыка и готовности всего оборудования к работе (места подключения установки к электросети и сети водяного охлаждения).
5.2. Предварительные расчеты.
Очень удобно перед началом работы на ректификационной колонне (пока идет разогрев кубовой жидкости) сделать предварительный расчет будущих (ожидаемых) результатов. Эти расчеты являются некоторым приблизительным планом работ при ректификации и будут естественным образом (по показанию термометра, запаху) корректироваться Вами. Этот план работ поможет определить моменты Вашего присутствия около колонны и укажет приблизительное количество получаемых фракций.
Пример предварительного расчета для условной РУМ-1. Рабочий объем 10л. В испарительной емкости установлен технологический ТЭН мощностью Wт=1кВт.
Дано:
Установка…………………………. РУМ-1
Объем спирта-сырца……………... 10л
Концентрация спирта в СС…….... 40%
Необходимо определить:
Время разогрева кубовой жидкости до кипения
Полное время ректификации и количество получаемых фракций
Расчет:
1) Разогрев кубовой жидкости до кипения осуществляется с помощью установленной мощности Wу =1кВт от температуры 20°C до 95°C. Теплоемкость СС очень близка к теплоемкости воды 4,2кДж/(кг·град);
Время нагревания =(10л · 4,2кДж/(л·град) · (95-20)град) / (1кВт) = 3150сек ≈ 50мин
2) Ректификация.
В 10л 40%-го спирта-сырца содержится 10л·0,4=4л=4000мл обезвоженного дистиллята. Пусть в этом дистилляте существует следующее распределение по фракциям (точное распределение зависит от качества исходного спирта-сырца и это выясняется только после правильной ректификации):
Состав по фракциям Средний темп отбора Время выделения фракции
Название % мл % мл/ч мл/мин ч мин ч:мин
«голова» 2,5 100 30 300 5,0 0.3 20 0:20
спирт 94 3760 100 1000 16,6 3,76 225 3:45
«хвост» 3,5 140 100 1000 16,6 0,14 10 0:10
Полное время ректификации = подготовка + разогрев + «голова» + спирт + «хвост» =
= 15мин + 50мин + 20мин + 3ч45мин + 10мин = 5ч20мин =5,3ч,
за, которые получается 3760мл чистого спирта-ректификата со средней производительностью 3,76л/5,3ч≈0,71л/ч.
Пользуясь этим примером можно попутно рассчитать удельную суточную производительность установки РУМ-1 от спирта-сырца до ректификата
Суточная производительность = 0,71л/ч · 24ч ≈ 17л/сут.
5.3. Процесс ректификации.
Процесс ректификации контролируется и регулируется по показанию термометра. Типовая зависимость изменения температуры t по времени представлена на рис.9, с указанием пяти периодов:
Обоз-ние Название периода ректификации Мощность Отбор
А нагревание Wу Е=0
Б стабилизация Wу Е=0
В отбор головных фракций Wт 30% от Еном
Г отбор фракции пищевого спирта Wт Еном
Д отбор хвостовых фракций (остатка) Wт Еном
Рис.9 Изменение температуры при ректификации спирта.
А) Нагревание.
СС в испарительной емкости нагревается всеми установленнми в ней ТЭНами суммарной мощности – Wу. Через некоторое время СС в кубе закипает, и начинается постепенный прогрев колонны поднимающимся вверх паром. В этот момент необходимо сразу перейти на технологическую мощность Wт, указанную в паспорте установки.
Если такое переключение не произвести, то через несколько секунд колонна захлебывается. ПОМНИТЕ, что в этом состоянии колонна может находиться не более 30-60 секунд, иначе произойдет переполнение колонны и дефлегматора дистиллятом и начнется его аварийный сброс через верхний штуцер дефлегматора наружу. Если Вы всё же упустили момент начала кипения, и колонна захлебнулась, то Вам придется смириться с потерями спирта, и выключить колонну. Затем дождитесь прекращения процесса захлебывания и включите Wт.
После прогрева колонны наблюдается скачок температуры, отмечаемый термометром.
Б) Стабилизация.
Колонна работает на технологической мощности Wт. Отбор перекрыт Е=0. Колонна работает сама на себя, флегмовое число V=∞. Наблюдая показания термометра, дождитесь уменьшения температуры и ее стабилизации на самом минимальном уровне.
В этот момент проходит процесс разделения и накопления головных (легкокипящих) фракций в верхней части колонны. Через 10-15 минут этот процесс завершается, и температура в верхней части колонны достигает своего минимального значения и стабилизируется на 3-5˚С ниже ожидаемой температуры кипения СР. Величина этой разницы зависит от состава и количества легкокипящих фракций, находящихся в СС. Ожидаемую температуру кипения СР tс можно определить по атмосферному давлению в данный момент с помощью графика на рис.3.
Если у Вас нет термометра, то просто дайте колонне поработать самой на себя 15 минут. Если этот процесс затянется на большее время, то это будет только лучше. Вы точнее сможете отделить все головные примеси, накопившиеся к этому моменту в колонне.
Если Вы работаете с электронным компаратором температур, то можно более точно определить момент окончания стабилизации колонны по разности температур.
В) Отбор головных фракций.
Отбор головных фракций необходимо проводить как можно медленнее (с большим флегмовым числом). Медленный отбор не «размазывает» фракцию по колонне и не захватывает с собой следующие за ней фракции. Ввиду малого количества, но большого разнообразия веществ в головной фракции, эта часть дистиллята фактически является одним большим переходным участком ( β на рис.7 ) от множества головных примесей к чистому СР.
Для правильной организации отбора на этом сложном периоде ректификации можно рекомендовать следующий подход , состоящий в разбивке этапа «В» , на следующие друг за другом три равных по времени промежутка (абсолютные величины времени и отбора указаны для примера условной РУМ-1).
Промежуток Длительность Отбор
«В» % мин % мл/ч мл/мин
начальный 33 7 10%Еном 100 1,66
средний 33 7 30%Еном 300 5
переходной 33 7 50%Еном 500 8,3
Такая схема организации отбора головных фракций гарантирует Вам:
полное выделение головных фракций из куба, и их полное отсутствие в следующей за ними пищевой фракции СР;
минимальный объем головной фракции и отсутствие в ней пищевой фракции СР;
подход к основной фракции СР с малой 50% -ой производительностью.
Этот период завершается достижением температуры, на 0,1-0.05˚С меньшей tс. Условно считается, что количество легкокипящих примесей, находящихся в этот момент в СР и вызывающих такое понижение температуры кипения СР, соответствует допустимым пищевым нормам.
На практике самым точным прибором для принятия решения об окончании периода отбора головных фракций и начала отбора пищевого СР является обычный «человеческий нос».
Контроль получаемого дистиллята по запаху проводят следующим образом:
накапайте несколько капель отбираемого дистиллята на ладонь;
разотрите эту лужицу по всей поверхности ладони;
поднесите ладонь к лицу и вдохните носом испарившийся с ладони дистиллят.
Такой мгновенный и достаточно точный анализ всегда будет Вам некоторым подспорьем при ректификации спирта.
Общее количество головных фракций, полученных за этот период, составляет 1...3% от ожидаемого количества спирта и зависит от качества исходного сырья. СЛЕДУЕТ ПОМНИТЬ!, что полученный при отгонке головных фракций дистиллят не является пищевым продуктом, так как состоит, в основном, из эфиров, ацетонов, альдегидов и других ядовитых веществ, и может быть использован ТОЛЬКО для технических нужд, например, в качестве растворителя.
Г) Отбор фракции пищевого спирта.
Установим новую, чистую и большую по объему приемную емкость. Увеличим отбор до Еном (для условной РУМ-1 это 1л/ч=16,6мл/мин), который сохранится до конца всего процесса ректификации. Проверим этот отбор с помощью секундомера и мерного цилиндра. Через 5-10мин проконтролируем показания термометра. Если все было сделано правильно, то показания термометра не изменятся. Причем эта температура останется неизменной в течение всего периода отбора пищевой фракции.
Получаемый с этого момента СР является высококачественным пищевым продуктом. Однако, его состав (неотличимый многими даже по запаху) постепенно меняется и может быть разделен на три части:
первые 5% общего объёма СР еще будут содержать в себе следы головных фракций (для условной РУМ-1 это ≈200мл);
центральная часть - порядка 80% общего объёма СР будут абсолютно чистыми (для условной РУМ-1 это ≈3360мл);
и 5% общего объёма СР перед окончанием этого режима начнут приобретать следы хвостовых фракций (для условной РУМ-1 это ≈200мл).
Учитывая последнее замечание, можно рекомендовать для отбора пищевой фракции приготовить две отдельные помеченные ёмкости, которые использовать для отбора первой 10% -ой и последней 10%-ой порции СР.
При получении центральной части СР можно подобрать максимальный отбор Еmax (флегмовое число близко к V=2,5). Значение Еmax в основном зависит от качества перерабатываемого СС, поэтому требуется его уточнение при каждой ректификации. Однако, поиск и уточнение его можно рекомендовать только после полного освоения процесса ректификации по данной инструкции. Для нахождения Еmax необходимо пользоваться вторым вариантом правила отбора.
Но помните - чем меньше отбор тем выше качество!.
На этом режиме ректификации не требуется постоянного присутствия около аппарата, а приемные емкости заменяются по мере их наполнения.
При получении третьей части пищевого СР рекомендуется пользоваться промежуточной емкостью, из которой периодически, предварительно убедившись в соответствии показания термометра температуре кипения СР, переливать спирт в основную емкость.
Такой прием позволяет в случае, если будет упущен момент повышения температуры (поступление СР с большей концентрацией тяжелых спиртов и сивушных масел), не допустить попадания «плохого» спирта в «хороший».
Отбор СР завершается при достижении температуры на 0,1…0,05˚С выше температуры tс. Условно считается, что количество тяжелокипящих примесей, находящихся в этот момент в СР и вызывающих такое повышение температуры кипения, соответствует допустимым пищевым нормам.
Приближение и окончание этого момента можно "предугадать" по уже произведенному количеству СР (для условной РУМ-1 это ≈3760мл) или по запаху его последней порции.
Д) Отбор хвостовых фракций (остатка).
Заменяем приемную емкость или оставляем промежуточную (в которую уже упущен «хвост»). Настройку колонны не изменяем – мощность Wт ; отбор Еном.
Процесс отбора остатка завершается при достижении уровня температуры порядка 82...85˚С, или прекращается по контролю запаха.
ВНИМАНИЕ! Отобранный остаток содержит еще достаточное количество этилового спирта. Его можно считать особым СС с большим содержанием примесей сивушных масел и тяжелых спиртов. Он также как и СС не является пищевым продуктом, поэтому применять его для пищевых целей категорически запрещается. Полученный остаток можно повторно переработать с новой порцией СС. Или, что более предпочтительно, произвести его ректификацию отдельно, предварительно накопив 10…20 остатков (не менее 30% объема испарительной емкости).
5.4. Повторная ректификация.
Повторная ректификация проводится только в следующих случаях:
а) есть необходимость получить спирты типа "Экстра" и "Люкс" с наименьшим содержанием примесей из очень плохого исходного сырья;
б) неудовлетворительное качество СР, полученного при первой ректификации (причины: несоблюдение рекомендаций данной инструкции в процессе обучения).
Для проведения повторной ректификации необходимо весь пищевой СР (а в случае его очень низкого качества только его центральную часть), предварительно разбавив водой до концентрации 40-45%, залить в хорошо вымытую испарительную емкость и повторить ректификацию как указано в разделе 5.
Примечание к разделу 5
Наверно Вы обратили внимание, что крепость СС, используемого для проведения процесса ректификации, рекомендована в пределах 35-45%. Именно при этой концентрации СС обеспечивается наивысшее качество получаемого СР.
Не увеличивайте эту концентрацию!
Указанная крепость СС может быть достигнута и при обычной (прямой) перегонке бражки на простейших перегонных аппаратах. Таким образом, если у Вас уже имеется такое устройство, то очень удобно использовать РУМ только для ректификации, а СС получать на Вашем аппарате. Это существенно повысит их совместную производительность, не уменьшив качество конечного продукта.
|
