Как производят этиловый спирт

Внимание: данная статья носит ознакомительный характер. Всегда помните о вреде алкоголя.

Производство спирта состоит из нескольких этапов, выполнять которые нужно обязательно в последовательном порядке. Для получения чистого этилового спирта (более 40%), необходима перегонка и очистка исходного сырья. Основным преимуществом данной технологии является отсутствие значительных инвестиций на приобретение оборудования и многообразия исходного сырья.

Технология получения спирта включает в себя следующие этапы:

  • подготовка сырья;
  • разваривание зерна водой;
  • охлаждение и осахаривание;
  • сбраживание;
  • отгонка спирта;
  • ректификация.

В качестве зерна могут быть использованы ячмень, рожь, овес и другие зерновые. Не допускается затхлый и плесенный запахи. Строгой регламентации зерна, которое будет подвергнуто развариванию, не существует. Рекомендуется выбирать сырье с влажностью до 17% и небольшой засоренностью. Зерно очищают от пыли, земли, мелких камней, семян сорных растений и других посторонних примесей. Далее его отделяют на воздушно-ситовом сепараторе.

Мелкие металлические примеси подлежат удалению посредством магнитных сепараторов.

Разваривание зерна происходит с целью разрушения их клеточных стенок. В результате этого крахмал высвобождается и переходит в растворимую форму. В таком состоянии он намного легче осахаривается ферментами. Зерно обрабатывается паром при избыточном давлении 500 кПа. Когда разваренная масса выходит из варочного аппарата, сниженное давление приводит к образованию пара (из содержащейся в клетках воды).

Подобное увеличение в объеме разрывает клеточные стенки и превращает зерно в однородную массу. На сегодняшний день разваривание крахмалосодержащего сырья производят одним из трех способов: периодическим, полунепрерывным или непрерывным. Наибольшую популярность получил непрерывный метод. Температура разваривания составляет 172°С, а продолжительность варки около 4 минут. Для получения более качественного результата исходное сырье рекомендуется измельчать.

Сам процесс разваривания включает операции:

  • Строгая дозировка зерна и воды;
  • Нагрев замеса до температуры варения;
  • Выдержка массы при заданной температуре.

Измельченное зерно следует смешать с водой в количестве 3 литра на 1 кг. зерна. Зерновой замес нагревается паром (75°С) и подается насосом в контактное отверстие установки. Именно здесь происходит мгновенный нагрев кашицы до температуры 100°С. После этого подогретый замес помещается в варочный аппарат.

В процессе осахаривания в охлажденную массу добавляют солодовое молоко для расщепления крахмала. Активное химическое взаимодействие приводит к тому, что продукт становится абсолютно пригодным для дальнейшего процесса сбраживания. В результате получается сусло, которое содержит 18% сухого сахара с кислотностью 0,3 град. Когда из массы делается проба на йод, то окрас сусла должен оставаться неизменным.

Сбраживание сусла начинается при введении в осахаренную массу производственных дрожжей. Мальтоза расщепляется до глюкозы, которая в свою очередь сбраживается в спирт и диоксид углерода. Также начинают образовываться вторичные продукты брожения (эфирные кислоты и т.д.). Данный процесс должен проходить в закрытой бродильной установке, которая предотвратит потери спирта и выделение диоксида углерода в производственный цех.

Выделяющийся в процессе брожения диоксид углерода и пары спирта из бродильной установки поступают в специальные отсеки, где происходит отделение водно-спиртовой жидкости и диоксида углерода. Содержание этилового спирта в бражке должно равняться до 9,5 об.%.

Далее приступают к отгонке спирта из бражки и его ректификации. Спирт начинает выделяться из бражки в результате кипения при разных температурах. Сам механизм перегонки основан на следующей закономерности: спирту и воде свойственны разные температуры кипения (вода — 100 градусов, спирт — 78°С). Выделенный пар начинает конденсироваться и собираться в отдельную емкость. Очистку спирта от примесей производят на ректификационной установке.

При подогревании браги до 90°С пары начинают подниматься по колоне в конденсатор, где они полностью охлаждаются. После этого чистый спирт поступает в специализированную колонну, имея крепость 50-55 об.%

Этиловый спирт активно используется во многих народнохозяйственных сферах: пищевой, химико-фармацевтической, парфюмерной, микробиологической, где он представляет собой первооснову многих видов продукции. Требования к качеству спирта значительно разнятся, что обусловлено спецификой его использования, а также характеристиками и режимами технологических операций в процессе производства.

Наиболее популярны два метода его получения: микробиологический и химический. Первый предусматривает процедуру сбраживания сахаров дрожжами-сахаромицетами. Эта технология широко используется в случае мини производства спирта. По второму методу его получают из этилена путем каталитической гидратации – данная технология тесно связана с применением биологических ферментов-катализаторов. В результате химического синтеза осуществляется производство технического спирта, а при биологическом – пищевого и врачебного.

Читайте также:  Как подключить дополнительные колонки к музыкальному центру

Главное сырье для производства спирта – растительная масса с высоким содержанием крахмала, сахара и клетчатки. В соответствии с этим сырье делят на 3 основных класса: крахмалсодержащее (зерновые культуры, картофель); сахаросодержащее (свекловица, меласса, виноград, фрукты) и клетковиносодержащее (ксилема, солома, отходы сульфит-целюлозной отрасли). Самым популярным и экономичным видом является картофель. Входящий в его состав крахмал обладает быстрой развариваемостью, клейстеризацией и осахариванием. На спиртовую переработку идет любое зерно, в т. ч. и негодное для пищевого и кормового направления.

Технологический процесс производства спирта

Производство этилового спирта состоит из обязательных технологичных операций, которые условно можно объединить в три этапа: предварительный (мойка, очищение сырья, подготовка солодового экстракта и культур микроорганизмов); основной (разварка сырьевой массы, сахарификация – переход крахмала в сахар, сбраживание, дистилляция браги и сбор спирта-сырца); заключительный – ректификационная очистка.

При производстве спирта из зерна сырьевая масса должна отличаться высоким содержанием крахмала и влажностью менее 17 %. Подготовительный этап технологии состоит в предварительной очистке сырья от механических, органических и сорных примесей. Для этого используют различное технологическое оборудование: воздушно-ситовые, магнитные сепараторы, триеры.

Процесс разваривания состоит в том, что сырье для производства этилового спирта обрабатывают парообразной фазой раствора под давлением 0,5 МПа с целью размягчения клеточной структуры, набухания крахмала, извлечения и преобразования его в растворимое состояние для ускорения этапа сахарификации ферментами. При этом осуществляется усиленный рост объема сахаров вследствие распада крахмала.

На сегодняшний момент варка крахмалсодержащего материала осуществляется 3-мя методами: периодичным, полунепрерывным и постоянным. Наиболее распространен последний вариант с использованием 2-х схем. Согласно 1-й операция проходит при невысокой температуре (около 140°С), но продолжительное время (1 час). По 2-й – температура варки около 170°С на протяжении 3 мин. При таком виде варки сырьевая среда сплошной массой передвигается через выпаривальный аппарат для производства спирта. С целью осуществления однородности потока массу дробят.

Следующей операцией технологии производства пищевого спирта является остывание подготовленной среды и её сахарификация в результате взаимодействия с солодовым раствором или ферментами при 58°С. Традиционно сахарификация проходит непрерывным способом с использованием вакуумного охлаждения. Остывание в вакуум-аппарате предупреждает тепловое инактивирование катализаторов-ферментов сахарифицирующих веществ. Принцип его состоит в уменьшении давления, что обуславливает резкое остывание разваренной массы из-за расхода тепловой энергии на испарение влаги.

Непрерывный тип сахарификации осуществляют по 1- или 2-поточному методу. В первом случае в осахариватель (цилиндрообразный агрегат с конусовидным основанием и мешателем) поступает разваренная смесь и осахаривающие вещества, которые выдерживают на протяжении четверти часа. При 2-поточном методе разваренную массу делят на 2 одинаковых потока и направляют в осахариватели. В 1-й осахариватель идет 66% осахаривающих веществ, во 2-й – наполовину осахаренное сусло. Их остужают и направляют на сбраживание в 1-й и 2-й основные агрегаты бродильной батареи. На выходе сусло имеет около 17% сухого вещества, в т. ч. 15% сбраживаемых сахаров.

Бродильные процессы в сусле происходят за счет активизации дрожжевых ферментов, при этом мальтоза распадается до глюкозы и перебраживается в спиртовую фазу и углекислоту. В ходе этого процесса просматриваются 3 этапа: сбраживание, основное брожение и конечное дображивание. В начальном моменте наблюдается активизация жизнедеятельности дрожжей. Последующий отличается стремительным сбраживанием сахарной фракции и сильным образованием углекислоты. В завершающем этапе происходит остаточное дображивание сахаров, которые образуются при досахаривании углеводов сусла.

Процесс брожения бывает периодичным, циклическим и поточным. Максимальная эффективность достигается при использовании последнего, который осуществляют на оборудовании из последовательно соединенных дрожжанок, сбраживателя и 10 бродильных агрегатов. Дрожжанки и сбраживатель применяют для подготовки требуемого объема производственных дрожжей. В ходе работы дрожжанки наполняются суслом, проводится его пастеризация при 80°С на протяжении получаса, далее его остужают до 30°С, кислотность регулируют до уровня 3,6-3,8 рН серной кислотой и, наконец, вносят из другой дрожжанки дрожжи для засева (30% от объема). Дрожжи размножаются до уровня сухого вещества в сусле 5%. После этого 3/4 объема дрожжей переходит во сбраживатель, куда параллельно заправляется остывшее сусло, всю массу подкисляют до нормативной кислотности. Последняя четверть дрожжей направляется в другой агрегат для размножения.

Читайте также:  Как задекорировать горизонтальную трубу

Оборудование, необходимое для производства

Среди оборудования для производства спирта следует выделить бродильные агрегаты цилиндрического типа, имеющие герметичный люк для предотвращения испарения спирта и выделения углекислоты в помещение завода. В общей сложности этап брожения продолжается 60 ч. На заводах по производству спирта, выпускающих исключительно спирт, введение пробирочной культуры дрожжей производится 1 раз/мес., а полностью меняют их в бродильной батарее еженедельно. На заводах, оснащенных вспомогательными цехами хлебобулочных дрожжей, получаемых из бражки, число замен возрастает до 2-3 раз в неделю.

Затем зрелая бражка направляется на дистилляцию. Этот этап технологии производства спирта является обязательным в связи со сложным компонентным составом бражки: помимо воды и спирта сюда входят сахара, минеральные элементы, различные летучие компоненты в зависимости от типа и качественных особенностей сырья, параметров переработки.

В ходе дистилляции осуществляется расщепление смеси – при кипячении более летучие элементы преобразуются в парообразное состояние. В спиртово-водном комплексе летучесть спиртовых паров независимо от температуры существенно превышает этот показатель у водяного пара, из-за чего количество спирта в спиртово-водном комплексе ниже, чем в парах.

На современных заводах по производству спирта предусматривается обязательное очищение спирта-сырца от примесей. Для этого используют специальные ректификационные аппараты постоянного действия, обуславливающие разделение смеси из нескольких элементов, температура кипения которых разнится. Очищение спирта способом дистиллирования предусматривает разность между коэффициентами ректификации (отношение объема данного компонента в парообразной фазе к объему в жидкой).

Данные коэффициенты у разнообразных примесей колеблются и тесно зависят от концентрации спирта. Для анализа необходимости очищения спирта от примесей следует сопоставить их коэффициенты испарения. В случае, когда коэффициент равен одному, дистилляция не эффективна, поскольку дистиллят в конечном результате не изменится. Когда коэффициент превышает единицу, то в объем примесей в дистилляте превышает этот показатель в начальной смеси. Когда коэффициент ниже единицы, то уровень примесей, содержащихся в дистилляте, ниже, чем первоначально.

Очищение спирта происходит в большей степени на ректификационных аппаратах непрерывного действия, где он ректификуется согласно уровням коэффициентов испарения. Данный вид оборудования применяется на таких заводах, в которых основополагающей сырьевой продукцией выступает спирт-сырец. На предприятиях ректификованный спирт производят напрямую из бражистой фазы на брагоректификационных аппаратах косвенного действия, которые включают 3 колонны: бражническую, эпюрационную и ректификационную. В 1-й из бражки получают этиловый спирт и летучие вещества, во 2-й — убирают головные примеси, в 3-й непосредственно собирают ректификованный спирт. Кроме основных аппаратов в составе присутствуют вспомогательные аппараты – сивушный и заключительный (для контрольного очищения спирта).

Изготовление спиртосодержащей продукции производится при наличии у предприятия соответственных лицензий на производство спирта. Строгий контроль за спиртопроизводством сопровождается ужесточением узкоспециального законодательства, ростом затрат на лицензированное разрешение , регламентированием норм по цельной переработке отходов.

Спиртовая промышленность занимается производством этилового спирта из пищевого или не пищевого сырья.

Этиловый спирт, который производится из пищевых сырья, далее идет в производство алкогольных напитков, на изготовление автомобильного топлива и нужд радиоэлетроники.

В качестве сырья для получения пищевого спирта используется картофель, зерновые, корнеплоды, сахарная патока или меласса, плодово-ягодное сырье и виноградные продукты – материал, который богат углеводами.

В качестве сырья для получения технического спирта используются отходы деревоперерабатывающей или нефтеперерабатывающей отраслей. Последнее время все больше внимание уделяется использованию растительной биомассы в качестве исходного материала для получения спирта. Их подвергают кислотному гидролизу. Полученный продукт содержит большое количество вредных примесей и поэтому в пищевой промышленности технический спирт категорически запрещен к использованию.

Используемое оборудование

Оборудование для производства состоит из трех отделов – бражной колонны, эпюрационной колонны и ректификационной колонны.

Читайте также:  Как работает индикатор заряда автомобильного аккумулятора

Основная линия производства состоит из следующего оборудования: нория, бункер надвесовой, весы дозатор, бункер подвесовой, шнековый дозатор, дробилка, смесители, чанок замеса, краны трехходовые, краны шаровые, вентиля, задвижки, трубопроводы ,насос центробежный, контактная головка, варочный аппарат, (низкотемпературное разваривание), насосы для перекачки сусла, насос дозатор, теплообменник сусла, краны трехходовые и шаровые с обратными клапанами, бродильные аппараты, дрожжанки, ловушка и маточник, насос для подачи бражки и дрожжевой, мерник серной кислоты, спиртоловушку, емкость промывных вод, подогреватель бражки, водяная секция подогревателя, конденсаторы, сепаратор, бардорегулятор, спиртоловушка, дефлегматор, конденсатор и холодильник, пеноловушка, вакуумпрерыватель, гидрозатвор, маслоотделитель, сборник сивушного масла, фонарь спиртовой.

Технология производства + Видео

Технология производства, в целом, состоит из трех последовательностей:

  • Очистки сырья от различных примесей, подготовка солода или культуры специально подобранных плесневых грибов;
  • Разваривания крахмалосодержащего сырья, процесс осахаривания крахмала, далее идет сбраживание осахаренного продукта и перегонка полученной бражки – это будет сырой спирт.
  • И затем сырой спирт подвергается ректификации.

Ректификация – это очистка полученного первоначального сырого спирта. Содержание примесей в сыром спирте настолько высоко, что непосредственное его использование в пищевой промышленности недопустимо.

Вредные примеси, которые образуются в процессе производства этилового спирта – метиловый спирт – как продукт распада пектина, содержащегося в растительных тканях; сивушные масла – или смесь высших спиртов – их провоцирует изначально гидролиз белка, и последующее дезаминирование аминокислот, плюс некоторые промежуточные продукты спиртового брожения также могут провоцировать появление сивушных масел; сложные эфиры, фурфурол. Сложные эфиры также появляются в результате процессов брожения, когда этиловый спирт взаимодействует с сивушными маслами и органическими кислотами.

Все примеси классифицируются как промежуточные, хвостовые или головные.

Во время очистки используется разница кипения спиртов и эфиров. У этилового спирта температура кипения выше по сравнению с головными примесями – уксусным альдегидом, сложными эфирами. И в то же время у этилового спирта температура кипения ниже по сравнению с хвостовыми примесями – сивушными маслами и метиловым спиртом. Самую большую сложность представляют в процессе очистки именно промежуточные примеси.

Во время ректификации готовый продукт насыщается спиртом с восьмидесяти восьми процентов до 90-90,5%.

Кроме сивушных масел, в процессе производства этилового спирта получают еще барду и углекислый газ.

Сивушные масла перегоняют и получают высшие спирты, которые в дальнейшем будут использоваться в различных отраслях промышленности – медицинской, парфюмерной или лакокрасочной.

Углекислый газ очищается и сжижается или идет на производство сухого льда.

Послеспиртовая барда просушивается и идет на производство кормовых дрожжей, которые применяются в животноводстве в качестве кормовой добавки.

Классификация первоначального спирта-сырца идет в зависимости от содержания в нем посторонних примесей: Альфа, Люкс, Экстра, базис, высшей очистки, 1 сорт.

Технология гидролиза получила распространение по причине сокращения ископаемого органического сырья. Гидролиз позволяет получать спирт из растительной биомассы, которая является возобновляемым биоресурсом. Кроме гидролизного спирта выделяют еще и синтетический спирт. Его производство основывается на смешивании газа этана с водой под высоким давлением. При этом вода и газ не очищаются, в результате реакции образовываются побочные продукты, которые токсичны для организма человека.

Для того чтобы выделить технический спирт и сделать его непригодным для использования в пищевых целях, в его состав добавляют ингредиенты, которые изменяют его вкус и цвет с запахом – цвет чаще получается с синефиолетовым оттенком. К добавкам, которые используются в качестве денатурата, предъявляются определенные требования – низкая токсичность, чтобы снизить риск отравления и смертельного исхода, специфичность вкуса и цвета, стойкость в качестве маркера, чтобы его было сложно отделить от этилового спирта с применением современных технологических процессов и оборудования.

Видео как делают на водочном производстве:

На сегодняшний день большинство гидролизных заводов на территории России входят в состав министерства медицинской и микробиологической промышленности.

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*