Зброджування сусла

Вся маса сусла, крім тієї частини, що йде на приготування дріжджів, подається в бродильні апарати для зброджування на спирт. Під час зброджування сусла одночасно проходять процеси дооцукрювання декстринів. Зброджене сусло називається бражкою, або культуральною рідиною. Вміст спирту в зрілій бражці в процентах об’ємних називається міцністю бражки.

На спиртових заводах країни застосовують в основному безперевно-проточний, проточно-циркуляційний і циклічний способи зброджування сусла. Безперервно-проточний спосіб характеризується введенням дріжджів у потік оцукреного сусла головного апарата бродильної батареї, яка складається із кількох послідовно з’єднаних між собою апаратів. Із кінцевого апарата одержують зрілу бражку.

Циклічний спосіб зброджування сусла являє собою різновид напівбезперервних методів бродіння, коли головне бродіння проходить безперервно, а доброджування – періодично.

Температура бродіння – 28-30^о С, тривалість зброджування сусла із крохмалевмісної сировини – 60-72 год., а сусла із меляси – 18-20 год.

Технологічні показники зрілої бражки характеризують не тільки роботу бродильного цеху, але і всіх попередніх цехів і відділень – розварювання сировини, пророщування солоду або культури плісеневих грибів (ферментні препарати), оцукрювання, вакуум-охолодження, розмноження дріжджів та ін.

Помилки в технології, допущені в попередніх цехах, виявляються в показниках зрілої бражки. Найважливіші з них такі: вміст сухих речовин (г/100 см³), видима густина (%), кислотність (град) та міцність бражки (% об.). Кількість незбродженого цукру в зрілій бражці не повинна перевищувати 0,2 %, концентрація спирту – 6…11 % об., термін бродіння – 50…60 год., вміст води – 82…90 %, сухих речовин – 4,0…10,0 %.

Для зменшення втрат спирту під час бродіння бродильні апарати з’єднуються із спиртовловлювачем, в який на зустріч газам бродіння надходить вода, яка розчинає в собі наявний спирт. Водно-спиртова рідина міцністю 0,5…5,0 % об. залежно від типу спиртовловлювача в подальшому об’єднується із зрілою бражкою.

Виділення спирту із бражки та його очищення

На перегонку і ректифікацію спирту подається зріла бражка, яка складається з води (82…90 % мас.), сухих речовин (4…10 % мас.) та етилового спирту із супутніми леткими домішками (5…9 % мас., або 6…11 % об). У бражці міститься також 1…1,5 г/дм³ діоксиду вуглецю, кислотність 0,5°, рН 4,5…5,2.

Сухі речовини бражки містять як дріжджі і шротину, так і розчинні у водно-спиртовій суміші органічні та неорганічні речовини (декстрини, незброджені цукри, білки, кислоти, мінеральні речовини та ін.). Найбільший загальний вміст сухих речовин у мелясній бражці – 8…10 %, у зерновій – 5…7, у картопляній – 3…4 %.

Леткі домішки спирту характеризуються великою різноманітністю (70 видів) і становлять 0,6 % від кількості етилового спирту. Вони поділяються на чотири групи: спирти, альдегіди, кислоти та естери. Окремо виділена група азотистих (аміак, аміни, амінокислоти) та сірковмісних речовин (сірководень, сульфокислоти та ін.). Такі домішки, як пропіловий, ізобутиловий та ізоаміловий спирти (0,35…0,45 % до кількості етилового спирту), є основою сивушного масла. Метиловий спирт (0,2 % до кількості етилового спирту) міститься у зернокартопляній і буряковій бражці.

Вільний від спирту залишок – барда (після перегонки) містить усі сухі речовини бражки й залишкову частину води. Вміст сухих речовин у барді – в середньому 8 %.

Виділення спирту із бражки та його очищення відбувається внаслідок перегонки й ректифікації. Під перегонкою розуміють розділення суміші летких речовин, що мають різну температуру кипіння, на окремі компоненти або фракції шляхом часткового випаровування та наступної конденсації пари. В процесі перегонки пара збагачується легколеткими компонентами (ЛЛК), а рідина збагачується важколеткими компонентами (ВЛК). Ректифікація – складна багаторазова перегонка в протитечійному потоці рідини і пари. В результаті тепломасообміну між компонентами на контактних пристроях (тарілках) пара, що піднімається вгору по ректифікаційній колоні, збагачується спиртом, а рідина, що опускається донизу, збіднюється.

Теорія перегонки й ректифікації спирту базується на законах П.Д. Коновалова, М.С. Вревського і результатів теоретичних і прикладних досліджень В.М. Стабнікова, П.С. Циганкова, П.Л. Шияна, І.Ф. Малежика, В.О. Аністратенка та ін.

Колони (бражна, епюраційна і ректифікаційна) обігрівають відкритою парою у тому разі, якщо вона не впливає негативно на якість кінцевих продуктів, не взаємодіє з продуктами ректифікації й не утворює нових систем, які важко розділяються в колоні. Під час відкритого обігрівання конденсат пари змішується із залишком (кінцевим продуктом розділення). Для закритого обігрівання колон через кип’ятильники (випарники) потрібна пара більш високих параметрів і наявність поверхні теплообміну. При цьому повністю гарантується відсутність потрапляння різних домішок із пари в колони.

У спиртовій промисловості ректифікований спирт одержують виключно з бражки в основному на безперервнодіючих триколонних брагоректифікаційних установках (БРУ), на яких можна виділити спирт із бражки й звільнити його від супутніх летких домішок (рис. 22.2).

В цій установці бражна колона складається з 23…28 одноковпачкових контактних пристроїв (тарілок) подвійного кип’ятіння з міжтарілковою відстанню 280 мм або 24…28 сітчастих чи клапанних тарілок з міжтарілковою відстанню 500…550 мм. Сітчастими і клапанними тарілками обладнані колони установок продуктивністю 3000 дал на добу і більше. В епюраційній колоні розміщують 39…41 багатоковпачкових або клапанних тарілок з міжтарілковою відстанню 170 мм. Живлення вводять на 20-у, 27-у або 36-у тарілку, починаючи знизу. В спиртовій колоні повинно бути 71…74 тарілок того самого типу, що й в епюраційній. Введення живлення передбачено на 16-у тарілку знизу колони.

Всі колони (кожна окремо) обігріваються відкритою або закритою парою. До кожної з них приєднані теплообмінники для конденсації пари, що виходить з колон.

Бражка, що надходить в установку, нагрівається в підігрівнику 1 до температури 70…85^о С, потім у сепараторі діоксиду вуглецю 2 звільняється від СО₂ та інших газів, після чого вводиться в бражну колону. Конденсат бражної колони (бражний дистилят) направляють у середню частину епюраційної колони ІІ. У нижній частині до бражної колони приєднано бардовідвідник або гідравлічний затвор з пробним холодильником.

Пара, що виходить з епюраційної колони, конденсується в основному в дефлегматорі 3 і тільки невелика частина – в конденсаторі 6 має максимальну концентрацію головних та кінцевих домішок і називається етиловим спиртом головної фракції (ГФ).

Рисунок 22.2. Схема типової брагоректифікаційної установки (БРУ)

непрямої лінії:

І, ІІ і ІІІ – бражна, епюраційна і спиртова (ректифікаційна) колонки (СК);

1 – підігрівник бражки; 2 – сепаратор СО₂; 3 – дефлегматор епюраційної

колони; 4 – дефлегматор спиртової колони; 5 – конденсатор СК;

6 – конденсатор ЕК; 7 – основний конденсатор бражної колони

Звільнений від головних домішок епюрат подається на живлення спиртової колони, обладнаної дефлегматором 4 і конденсатором 5.

Переважна маса пари, що виходить із спиртової колони, конденсується в дефлегматорі та у вигляді флегми надходить на зрошення колони.

Ректифікований (пастеризований) спирт, що відбирається з рідкої фази з 3…10-ї тарілки, починаючи згори спиртової колони, проходить холодильник, спиртовимірювальний прилад і надходить до спиртоприймального відділення.

Проміжні домішки виводяться із спиртової колони у вигляді двох продуктів – сивушної фракції (35-, 7-, 9- або 11-ї тарілки) та сивушного спирту (з 17-…20- і 25-ї тарілок, починаючи знизу колони).

Після конденсації і екстрагування із сивушної фракції одержують сивушне масло, яке є товарним побічним продуктом. Сивушний спирт також видаляють з установки у вигляді побічного продукту. Лютерна вода виходить з нижньої частини колони через гідравлічний затвор.

Кожна колона забезпечена верхнім і нижнім вакуум-переривниками, регуляторами подачі пари та води. Для безперервного контролю за роботою установок по лінії подачі бражки, відбору головної фракції, непастеризованого, сивушного і ректифікованого спиртів, а також сивушної фракції застосовують витратомірні пристрої (ротаметри).

Брагоректифікаційні установки монтують в окремому ізольованому приміщенні. Все обладнання розміщують на чотирьох поверхах.