Фракции спирта при периодической ректификации бражки

Непрерывная ректификация

К настоящему времени сконструированы десятки схем непрерывной ректификации, при которой бражка подается, а продукты ректификации отводятся в течение всего процесса. Рассмотрим наиболее простую схему брагоректификационной установки косвенно-прямоточного действия

Принципиальной особенностью установок непрямого (косвенного) действия (см. рис. 28) является предварительное извлечение из бражки спирта и сопутствующих ему примесей, в результате чего получается спирт-сырец (бражный дистиллят), который в жидком виде направляется в эпюрационную, а затем в спиртовую колонну для очистки. Выходящий из бражной колонны спиртоводный пар конденсируется в конденсаторе Ж. Эпюрационная колонна Б питается спиртоводным (бражным) дистиллятом, поступающим из конденсатора Ж.

Рис. 28. Брагоректификационная установка косвенно-прямоточного действия: Колонны: А - бражная, Б – эпюрационная, В – спиртовая Продукты: П – греющий пар; М – бражка; З – барда; Л – лютерная вода; ГФ – головная фракция; СР – спирт ректификованный; СМ – сивушное масло; Ж – охлаждающая вода

Таким образом, технологический процесс в брагоректификационных косвенного действия основан на последовательности перетока жидкостного потока от колонны к колонне и сопровождается следующими операциями:

- в бражной колонне - перегонка бражки и получение спирта-сырца (бражного дистиллята);

- в эпюрационной колонне - эпюрация спирта-сырца, концентрирование и выделение из него головных примесей и метанола;

- в ректификационной колонне - укрепление и пастеризация спирта; вывод высших спиртов из зон их концентрирования.

Как правило, система дополняется колонной окончательной очистки спирта для доочистки ректификованного спирта.

Обычные параметры применяемых колонн: бражная имеет 23-28 тарелок, эпюрационная 39-41 тарелку, спиртовая 71-74 тарелки.

Бражка, поступающая в установку, предварительно нагревается восходящими парами бражной колонны в подогревателе бражкидо 70-75°С. Затем поступает в сепаратор СО₂, где освобождается от растворенных газов и только потом поступает на тарелку питания бражной колонны. Пары растворенных газов содержат некоторое количество спирта, поэтому они проходят конденсацию в теплообменнике (конденсатор-спиртоловушка), конденсат поступает в верхнюю часть эпюрационной колонны.

В нижней части колонны подключен бардоотводчик для регулирования постоянного объема барды в кубовой части бражной колонны (концентрация спирта в барде - не выше 0,015%). Спиртовые пары температурой 92-94°С и крепостью 40-50% последовательно проходят бардоподогреватель и дефлегматор, образуя питающий жидкостью поток флегмы, оставшаяся часть пара поступает в конденсатор, образуя бражной дистиллят температурой не ниже 60-65°С и крепостью и подается на питающую тарелку (20-ю или 28-ю, считая снизу) эпюрационной колонны. Перепад давления в бражной колонне не выше 8-15 кПа.

Основная цель работы эпюрационной колонны - очистка бражного дистиллята от головных фракций. Поскольку содержание таковых не превышает 0,5-1%, основная часть образованных в колонне паров дефлегмируется (флегмовое число практически R=∞) и поступает на питание колонны, оставшаяся конденсируется в конденсаторе и образует ГЭАФ.

Поскольку в бражном дистилляте содержится значительное количество промежуточных фракций (сивушные масла, главным образом), то для снижения нагрузки на последующие операции применяют процедуру гидроселекции примесей. Суть ее в том, что на 5-15 тарелку эпюрационной колонны, считая сверху, подается гидроселекционная вода. Во избежание зарастания колонны солями жесткости в этом качестве обычно используют конденсат пара.

При снижении крепости бражного дистиллята с обычных 40-50% до 15-20% промежуточные фракции принимают характер головных и отводятся вместе с головной фракцией. Одновременно концевые фракции (метиловый спирт) приобретают характер хвостовых и обедняют головную фракцию.

Бражной дистиллят после эпюрации, именуемый спиртом-эпюратом и крепостью 30-35% поступает на 16-ю тарелку ректификационной колонны. В верхней части ректификационной колонны концентрация спирта близка к конечным 92-93% об. и изменена быть не может. В условиях высокой концентрации спирта концевые фракции приобретают характер головных и концентрируются в паровой фазе. Поэтому отбор готового ректификованного спирта проводят из жидкой фазы в верхней части ректификационной колонны, такой спирт, обедненный концевыми фракциями, называется пастеризованным. Пары, обогащенные концевыми фракциями, поднимаются выше и частично возвращаются в ректификационную колонну в виде флегмы, а частично в виде непастеризованного спирта идут на питание эпюрационной колонны (кольцуются).

Сивушные масла представляют собой промежуточные примеси. В верхней части ректификационной колонны крепость спирта высока и промежуточные примеси приобретают характер хвостовых, концентрируются в жидкой фазе и вместе с ней спускаются вниз по колонне. Однако в нижней части колонны концентрация спирта падает до нуля, в этом случае промежуточные фракции приобретают характер головных и переходят преимущественно в паровую фазу, поднимаясь вверх по колонне. Максимальной концентрации сивушные масла приобретают в точке азеотропии смеси примесь-спирт, откуда они и отбираются из средней части колонны. Точка отбора обычно подбирается экспериментально.

Из нижней части колонны отводится остаток воды (разница между содержанием воды в бражном дистилляте и готовом ректификованном спирте), называемой лютерной водой (лютером). Содержание спирта в лютере не допускается.

Помимо указанного оборудования установка снабжена также контрольно-измерительным оборудованием, вакуумпрерывателями для регулирования давления, смотровыми фонарями для отбора проб (эпрюветками) и пр.

В таблице 5 представлены основные параметры работы брагоректификационной установки косвенно-прямоточного действия, а на рис. 29 - ее принципиальная схема.

Таблица 5

Основные технологические параметры работы брагоректификационной установки косвенно-прямоточного действия

Рис. 29. Принципиальная схема установки косвенно-прямоточного действия

Термины и определения

Абсорбция - поглощение газов жидкостями или твердым веществом (насыщение пива СО₂ в процессе созревания). В отличие от адсорбции происходит во всем объеме поглотителя (абсорбента), а не на поверхности.

Адсорбция – избирательное поглощение газов поверхностью (как правило – пористой) твердого поглотителя (адсорбентом) (очистка водки углем).

Азеотропия - состояние бинарной смеси, при котором входящие в нее компоненты испаряются без изменения их соотношения, т.е. жидкость становится нераздельно-кипящей.

Барботер - устройство для введения в жидкость пара или газа, перфорированное кольцевое или с радиальными лучами устройство.

Барда- отход брагоректификации, получаемый при полном испарении спирта с летучими примесями из зрелой бражки.

Бинарная смесь - смесь двух компонентов.

Брагоректификация- процесс выделения спирта непосредственно из зрелой бражки на брагоректификационной установке (БРУ). Обычно состоит из трех последовательно соединенных колонн: бражной, эпюрационной и ректификационной.

Бражной дистиллят - дистиллят, полученный на бражной колонне брагоректификационной установки, по свойствам - аналог спирта-сырца, крепость 30-65% об.

Брожение- процесс ферментативного расщепления глюкозы под действием ферментов дрожжей с образованием спирта, углекислого газа и других продуктов.

Винный (коньячный) дистиллят - продукт, полученный путем дистилляции виноградных сброженных виноматериалов.

Вторичный пар - пар низкого давления, образующийся в результате самоиспарения воды из разваренной массы при ее охлаждении.

ВЭТТ - высота насадки, эквивалентная теоретической тарелке.

Гидроселекция примесей - процесс разбавления спирта умягченной водой в эпюрационной колонне с целью отбора вместе с головной фракцией части промежуточных примесей.

Головная (эфироальдегидная) фракция (ЭАФ, иногда ГЭАФ) - отход брагоректификации, полученный при отделении от спирта-сырца или бражного дистиллята (т.е. спирта с летучими примесями) продуктов с меньшей, чем у спирта, температурой кипения.

Головные примеси спирта- примеси спирта, обладающие летучестью более высокой, чем спирт при любых концентрациях последнего (преимущественно эфиры и альдегиды).

Декантация – сливание жидкости с отстоявшегося осадка, разделение несмешивающихся твердых или жидких веществ, различающихся по плотности.

Денатурированный спирт - прозрачная окрашенная водно-спиртовая жидкость (крепость 82 %) с неприятным запахом, приготавливаемая из спиртовых отходов производства с прибавлением денатурирующих веществ и красителя для приведения спирта в состояние, непригодное для питья.

Десорбция – выделение газа из жидкости за счет искусственного уменьшения растворимости ниже равновесной (выделение растворенного кислорода или СО₂ при нагревании аэрированной жидкости), процесс обратный сорбции.

Дефлегмация- процесс образования флегмы в перегонных аппаратах и ректификационных колонная путем охлаждения паров в специальном устройстве-теплообменнике - дефлегматоре.

Дистилляция - процесс испарения летучих веществ с последующей их конденсацией в целях очистки от примесей.

Диффузия веществ – проникновение молекул одного вещества между молекулами другого при их соприкосновении под действием броуновского движения.

Естественно-чистая культура дрожжей (ЕЧК) - культура дрожжей, полученная в условиях ограниченного доступа посторонней микрофлоры (засевные дрожжи и дрожжи в бродильных чанах).

Замес - смесь дробленого зерна или измельченного картофеля (кашки) с водой в определенных пропорциях.

Засевные дрожжи - дрожжи, полученные размножением чистой культуры дрожжей в стерильных условиях.

Зрелая бражка - продукт, полученный в результате сбраживания практически всех углеводов осахаренного сусла. Содержит также побочные и вторичные продукты брожения.

Испарение - парообразование с открытой поверхности жидкости, происходящее при любой температуре.

Кипение - парообразование не только с открытой поверхности, но и внутри жидкости, происходящее при одной, определенной для данной жидкости температуре.