Технология ректификации спиртосодержащих жидкостей

Целью ректификации спиртосодержащих смесей является получение этилового спирта. При этом, как правило, ставится дополнительная задача – максимально возможное отделение от получаемого продукта побочных примесей, содержащихся в первоначальном сырье и вредных для человеческого организма.
Исходным сырьем любого крепкого алкогольного напитка является брага - спиртосодержащая масса, получаемая в результате брожения, и предназначенная для последующей перегонки. Содержание спирта в браге невысоко - от 8% (обычная) до 18% (при использовании специальных дрожжей). Брага представляет собой смесь, состоящую из фракций – компонентов, отличающихся по составу. Кроме этилового спирта любая брага неизменно содержит сопутствующие продукты брожения, вредные для организма. В спиртосодержащих смесях помимо воды различают три основные фракции:
- Головная фракция: ацетон – температура кипения 56.2°С.
- Средняя фракция (основная): питьевой этиловый спирт – температура кипения 78.4°С.
- Хвостовая фракция: сивушные масла – температура кипения от 80°С и выше.
Температура кипения фракций различается, что позволяет произвести их разделение при нагреве.
Первый этап: дистилляция, получение спирта-сырца («самогона»).
Дистилляция – это частичное испарение кипящей браги с непрерывным отводом образовавшихся паров, конденсацией их в холодильнике и последующим отбором. При нагреве в первую очередь испаряются компоненты с более низкой температурой кипения, поэтому дистиллят обогащается ими, а неиспарившаяся жидкость (кубовый остаток) обедняется. Чем дольше длится процесс дистилляции, тем меньше содержание легких фракций в кубовом остатке и ниже крепость получаемого дистиллята.
Дистилляция необходима для выделения из браги всей спиртосодержащей составляющей, поскольку, чем меньше в смеси побочных составляющих, тем проще производить разделение основных фракций. В исходной браге слишком много вторичных компонентов (растворенные соли, недобродившие сахара, стойкие ароматические вещества и т.д.) и в первую очередь нужно избавиться от них. При дистилляции они останутся в перегонном кубе, в то время как легкие фракции перейдут в дистиллят. Результатом дистилляции является спирт-сырец (так называемый «самогон»), состоящий из этилового спирта, ацетона, сивушных масел и воды. Процентное содержание воды в спирте-сырце значительно ниже, чем в браге. Спирт-сырец, полученный после первой перегонки, как правило, мутный, имеет белый цвет и резкий запах,
пить его не рекомендуется.
Для обеспечения процесса дистилляции магистраль отбора ректификационной колонны должна быть полностью освобождена, тогда сконденсировавшиеся пары будут отобраны в полном объеме.
Второй этап: ректификация, получение этилового спирта.
Ректификация – это не просто повторная перегонка, а совершенно иной по своей природе процесс, основанный на непрерывном взаимодействии жидкости и пара. Исходным сырьем на этом этапе является спирт-сырец. При нагреве перегонного куба со спиртом-сырцом образуются пары, которые начинают подниматься по ректификационной колонне вверх и попадают в дефлегматор, охлаждаемый водой. Из-за разницы температур происходит конденсация, и сконденсировавшийся пар – флегма, стекает по стенкам дефлегматора и далее по насадке, заполняющей ствол колонны, вниз. Поднимающиеся вверх пары и стекающая вниз флегма контактируют между собой на поверхности насадки, и происходит процесс тепломассообмена. Жидкая фаза насыщается более высококипящим компонентом, а паровая фаза – более низкокипящим, в результате обеспечивается состояние фазового равновесия между жидкостью и паром. В итоге в верхней части ствола колонны накапливается самый легкокипящий компонент, содержащийся в спирте-сырце, небольшая часть которого отбирается через узел отбора в приемную емкость. Чем дольше длится такая многократная перегонка, тем меньше легкокипящего компонента содержится в парах спирта-сырца.
Итак, чтобы отделить от этилового спирта все вредные составляющие, нужно рассчитать, сколько их содержится в спирте-сырце. Например, при крепости в 40% спирт-сырец состоит на 6/10 (шесть десятых) из воды и на 4/10 (четыре десятых) из спиртосодержащей составляющей, которая является смесью головной, средней и хвостовой фракций. Для того чтобы получить питьевой спирт, необходимо отделить «головы» и «хвосты», составляющие по 5% от спиртосодержащей составляющей. При ректификации из испаряющегося спирта-сырца в первую очередь будет получен ацетон, затем спирт и в последнюю очередь сивушные масла.
На данном этапе следует избегать:
1. слишком интенсивного нагрева перегонного куба. Перегрев можно определить по наличию выбросов через атмосферные штуцеры колонны и появлению пузырьков в магистрали отбора.
2. превышения скорости отбора, указанного в паспорте колонны, это неизбежно снижает качество спирта. Чем выше скорость отбора, тем ближе колонна к самогонному аппарату.