Г Л А В А XVII
РЕКТИФИКАЦИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОНЬЯКА, РОМА, в и с к и И В ЛИКЕРО-ВОДОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Коньяк, ром, виски и некоторые другие виды алкогольных напитков получают при помощи перегонки. Особенности сырья, технологии производства, требования, предъявляемые потреби телями к вкусу этих продуктов, обусловливают и особенности аппаратуры и методов перегонки.
В производстве коньяка до последнего времени преобладала периодическая перегонка. В производстве виски и рома, полу чившем в США крупные индустриальные масштабы, преоблада
ют аппараты непрерывного действия.
*
В настоящей главе будут рассмотрены, аппараты и методы перегонки в указанных производствах.
§1. РЕКТИФИКАЦИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОНЬЯКА
-Коньяк — это своеобразный алкогольный напиток, получае мый путем перегонки виноградного вина. Он обладает сложным ароматом и своеобразным вкусом, определяемым в значитель ной мере содержащимися в нем летучими примесями.
Если при получении ректификованного спирта стремятся к наивысшей степени очистки и выделению всех примесей, то при перегонке коньяка стремятся сохранить некоторые примеси, определяющие вкус и аромат продукта.
В России перегонка вин известна более 200 лет. Коньяк же начали вырабатывать в конце прошлого века. В настоящее время в СССР работает много коньячных заводов большой производительности.
Общая выработка коньяка в 1940 г. была 268 тыс. дкл; а 1950 г. было выработано 409 тыс. дкл, а в 1955 г. уже 1745 тыс.
дкл [1].
Намечается план дальнейшего развития коньячного произ водства. Крупные масштабы производства позволили поставить вопрос о применении аппаратов непрерывного действия взамен преобладающих до настоящего времени кубовых аппаратов периодического действия.
458 Ректификация в производстве коньяка, рома, виски
Теоретические основы перегонки коньяка
Виноматериалы и сырой коньячный спирт, получаемый из виноматериалов без отбора фракций, содержат значительное количество примесей. В табл. 105 приведены некоторые данные об основных примесях [1].
|
|
|
Т а б л и ц а 105 |
Некоторые примеси |
коньячного |
спирта |
Вещество |
Темпера |
Химичес |
Характеристика |
тура кипе |
кая фор |
|
ния в °С |
мула |
|
Уксусный альдегид . . . |
20,2 |
Пропионовый альдегид |
47,9 |
Муравьиноэтиловый эфир |
54,4 |
Уксу.снометиловый эфир |
56,0 |
Метиловый |
спирт . . . . |
64,7 |
Масляный |
альдегид . . . |
64,0 |
Уксусноэтиловый эфир |
77,1 |
Пропиловый спирт . . . . |
97,2 |
А ц е т а л ь ........................ |
|
102,4 |
Изобутиловый спирт . . |
108,0 |
Изомасляноэтиловый |
110,1 |
эф и р ................................ |
|
Бутиловый спирт . . . . |
117,9 |
Уксусная кислота . . . . |
118,1 |
Масляноэтиловый эфир |
121,0 |
Амиловый спирт, оптиче- |
129,4 |
ски деятельный . . . . |
Изоамиловый спирт . . . |
132,1 |
Изовалериановый эфир | |
134,8 |
с 2н.4о |
Бесцветная |
жидкость |
с |
|
резким |
неприятным |
з а |
|
пахом |
|
|
|
С3Н0О |
То же |
|
|
|
СзН6С^ |
Жидкость |
с приятным |
за |
|
пахом |
|
|
|
С3Н60 2 |
То же |
|
|
|
С Н ,0 |
Жидкость |
t |
неприятным |
|
запахом |
|
|
|
с 4н 8о |
Жидкость |
с |
резким |
не |
|
приятным запахом |
|
с 4н 8о 2 |
Жидкость |
с приятным |
за |
|
пахом |
|
|
|
с 3н 8о |
Жидкость с приятным ост |
|
рым запахом |
|
QHuOo |
Жидкость |
с острым запа |
|
хом |
|
|
|
с 4н 10о |
Жидкость с сильным за |
|
пахом и жгучим вкусом |
с 6н 12о 3 |
Жидкость |
с приятным за |
|
пахом |
|
|
|
с , н 10о |
То же |
|
|
|
с ан ,о 2 |
Жидкость с резким запа |
|
хом |
|
|
|
со» X со |
Жидкость |
с приятным за |
|
пахом |
|
|
|
с 6н Д2о |
Жидкость |
с |
неприятным |
|
удушливым запахом |
|
|
То же |
|
|
|
с ? н и 0 2 |
Жидкость с приятным за |
|
пахом |
|
|
|
Ректификация в производстве коньяка |
|
|
459 |
|
|
|
|
|
|
Продолжение |
Вещество |
Темпера |
Химичес |
|
Характеристика |
тура кипе |
кая фор |
|
|
ния в °С |
мула |
|
|
|
|
Уксусноизоамиловый |
|
|
Жидкость |
с приятным за |
эф и р .................................... |
142,0 |
с 7н 140 2 |
|
|
|
пахом |
|
|
Пропионовая кислота . . |
140,9 |
с , н во а |
|
|
— |
|
Гексиловый спирт . . . . |
157,1 |
с „ н 14о |
Жидкость |
с приятным за |
|
|
сьн.,ог |
пахом |
|
|
Фурфурол ............................ |
161,7 |
Запах |
горького миндаля |
Масляная кислота . . . . |
163,6 |
с 4н 8о» |
Жидкость |
с |
неприятным |
|
|
|
запахом |
|
прогорклого |
|
|
|
масла |
|
|
Изовалериановая кислота |
177,0 |
CbHjoOa |
Жидкость |
с |
неприятным |
|
|
|
запахом |
|
|
Изовалериановоизо ами |
|
СюНаоОг Жидкость |
|
|
ловый э ф и р .................... |
194,0 |
с приятным за |
|
|
|
пахом |
|
|
Капроновая кислота . . . |
205,8 |
|
То же |
|
|
|
Энантовая кислота . . . |
223,5 |
с 7н 140 3 |
То же |
|
|
|
Каприловая кислота . . . |
239,6 |
|
То же |
|
|
|
Сопоставляя эту таблицу с табл. 47, в которой даны приме |
си спирта-сырца, полученные при брожении |
зерно-картофель |
ной и паточной бражки, мы можем заключить, что в основном примеси одни и те же.
Коэффициенты испарения и ректификации |
этих |
примесей |
даны в гл. IX. |
|
можно |
опреде |
В соответствии с данными таблиц 51 и 52 |
лить поведение-этих примесей при перегонке. |
|
|
Перегонке в коньячном |
производстве посвящены |
работы |
Ю. Е. Фалькович [2, 3, 4]. |
Она впервые рассмотрела |
процесс |
перегонки в коньячном производстве с точки |
зрения |
теории |
ректификации и ввела понятие о коэффициенте |
испарения- и |
ректификации при дефлегмации. Это понятие оказалось плодо творным для анализа работы коньячных аппаратов периодиче ского действия.
Как указывалось в гл. II, Фалькович выразила общую зави симость между содержанием н. к. в парах и в жидкости урав нением (43):
х
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
460 |
|
Ректификация в производстве |
коньяка, рома, виски |
|
в этом уравнении х и X — содержание н. к. в жидкости и в па |
рах |
в |
объемных процентах, |
а |
и |
b —постоянные величины, |
зависящие от условий перегонки. |
Если |
пользоваться |
кривой |
равновесия Бергштрема, |
то |
при |
отсутствии |
дефлегмации |
а = |
0,082 и b — 0,0104. При наличии дефлегмации при перегонке |
жидкости с одним и тем же х, X будет тем больше, чем больше |
дефлегмация. |
|
|
|
|
b — величина, |
остающаяся |
|
Так как, по данным Фалькович, |
всегда |
равной |
0,0104, то |
коэффициент |
а должен |
уменьшаться |
с увеличением |
укрепляющего |
эффекта |
дефлегмации. |
Следует |
иметь в виду, что уравнение Фалькович дано для крепости спир та в жидкой фазе от 0 до 45% об.
В табл. 106 приведены данные о коэффициентах дефлегма ции для некоторых аппаратов коньячного производства.
|
|
|
Т а б л и ц а 106 |
|
Значение коэффициентов о и & |
|
Аппарат |
Значения коэффициентов |
|
|
а |
Ъ |
|
|
|
Без дефлегмации .................... |
0,0 8 2 |
0,0104 |
Огневой |
шарантский . . . . |
0,0 6 7 |
0,0104 |
Паровой |
системы |
Петрова |
0,0 5 7 |
0,0104 |
Паровой |
с двумя |
тарелками |
|
|
Пнсториуса ............................ |
0,0 3 5 |
0,0104 |
С колонной (предел укреп |
|
|
ления) ................................... |
0 ,0 0 0 |
0,0 1 0 4 |
Сохраняя название коэффициента |
а, |
данное Фалькович |
(коэффициент дефлегмации), следует отметить, что он отра жает не только эффект дефлегмации, но и эффект ректифика ции, происходящей в аппарате. Так, для колонных аппаратов, в которых несомненно идет процесс ректификации, при достиже
нии дистиллятом |
крепости азеотропа |
Фалькович |
принимает |
а — 0 и получает X = 96,15% об. Эта величина X |
все |
же до |
вольно далека от |
содержания спирта |
в азеотропной |
смеси |
(97,2% об.). Это объясняется тем, что исходная формула Фаль кович составлена для ограниченного диапазона концентраций, а в данном случае она используется для зоны высоких концен траций, выходящих за пределы ее применимости.
В табл. 106, кроме коэффициентов а и b для коньячных аппаратов, приведены также и значения коэффициентов для предельных случаев перегонки.
Таким образом, величина коэффициента а колеблется от 0 до 0,082, в зависимости от укрепляющего эффекта аппарата, вы ражаемого этим коэффициентом. Совершенно очевидно, что
Ректификация в производстве коньяка |
461 |
при уменьшении а при одной и той же крепости навалки ди стиллят будет иметь большую крепость по спирту.
Ю. Е. Фалькович и Е. Л. Мнджоян исследовали также про цесс выделения некоторых примесей в процессе перегонки на кубовых аппаратах [3, 5]. Эти авторы изучали коэффициенты испарения и ректификации на аппаратах производственного масштаба. В результате исследований они установили сле дующие значения коэффициентов испарения (табл. 107).'
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
107 |
Коэффициенты испарения примесей |
коньячного спирта |
|
Содержание |
|
Коэффициенты испарения |
|
|
|
|
|
|
|
|
этилового |
уксусного альде |
сивушного масла |
|
|
|
спирта в жид |
ацеталя |
фурфурола |
кости в % об. |
гида |
(высших спиртов) |
40 |
10,20 |
2 ,0 0 |
11,90 |
0 ,6 5 |
|
35 |
11,50 |
2 ,4 2 |
12,30 |
0 ,6 8 |
|
30 |
12,70 |
3 |
,1 0 |
13,00 |
1,0 2 . |
25 |
14,40 |
3 |
,9 0 |
14,00 |
1,61 |
|
20 |
16,30 |
5 |
,5 9 |
15,00 |
2 ,5 7 |
|
15 |
18,40 |
8 ,2 2 |
16,20 |
4 ,1 6 |
|
10 |
2 0 ,7 0 |
12,50 |
18,00 |
6 ,8 0 |
|
8 |
2 1 ,6 0 |
14,60 |
19,40 |
8 ,2 8 |
|
6 |
2 2 ,6 0 |
1 8 ,0 0 |
20 ,4 0 |
10,10 |
|
4 |
2 3 ,7 0 |
2 2 |
,4 0 |
2 1 ,6 0 |
12,10 |
|
2 |
2 4 ,0 0 |
2 6 |
,0 0 |
23 ,0 0 |
15,00 |
|
1 |
2 5 ,5 0 |
2 9 |
,0 0 |
2 3 ,8 0 |
16,60 |
|
Авторы указывают, что режимы перегонки и типы аппара тов (обследованных) не оказывают существенного влияния на коэффициенты испарения большинства примесей.
Т а б л и ц а 108
Коэффициенты испарения уксусной кислоты
Содержание спирта в ис ходной жид кости в % об.
Коэффициенты испарения при
32 |
0 ,0 2 0 |
0,081 |
|
23 |
0 ,0 2 4 |
0,1 0 0 |
— |
20 |
0,0 3 0 |
0 ,1 1 4 |
0,1 3 0 |
15 |
0,0 4 2 |
0,1 5 0 |
0 ,1 6 2 |
10 |
0,0 6 5 |
0,1 9 2 |
0,2 1 3 |
6 |
0,1 1 0 |
0,2 6 6 |
0,2 9 7 |
3 |
0,261 |
0,3 5 2 |
— |
Ксожалению, условия эксперимента в упомянутой работе
[3]не описаны, так же как и методика анализа, примененная
Ректификация в производстве коньяка |
463 |
авторами. По опытам тех же авторов [1], коэффициенты испа рения уксусной кислоты в весьма сильной степени зависят от величины коэффициента а, т. е. от типа аппарата, как это видно из рассмотрения табл. 108.
На основании своих определений коэффициентов испарения этанола и примесей Фалькович и Мнджоян составили таблицы коэффициентов ректификации примесей (табл. 109).
Как видно из данных этой таблицы, укрепляющий эффект аппарата (а) сравнительно мало отражается на коэффициенте ректификации примеси. Конечно, это справедливо только в тех пределах, в которых проводился опыт.
Те же авторы исследовали коэффициенты испарения и ректификации метилового спирта [4]. Они подтвердили резуль таты исследований К. П. Андреева (см. гл. IX), согласно кото рым метиловый спирт может при известных условиях быть го ловной примесью, а в других — хвостовой.
Хотя коэффициент испарения метилового спирта в интервале крепости жидкости по этиловому спирту от 0 до 30% об. ос тается большим единицы, коэффициент ректификации всегда меньше. Это подтверждает вывод Андреева о том, что метило вый спирт является головным продуктом только при высоких концентрациях спирта.
В табл. 110 приведены результаты определения этими авто рами [4] коэффициентов ректификации метилового спирта.
Т а б л и ц а 110
Коэффициенты испарения и ректификации метилового спирта
Содержание
этилового спирта в ис ходной жид кости в и об.
Коэффициент |
Коэффициенты ректификации при |
испарения ме |
|
|
|
тилового |
о=0,082 |
а=0,067 |
а=0,057 |
спирта |
30 |
1,48 |
0,587 |
0,561 |
0,546 |
25 |
1,70 |
0,582 |
0,556 |
0,542 |
20 |
1,97 |
0,568 |
0,540 |
0,525 |
15 |
2,29 |
0,539 |
0,511 |
0,490 |
10 |
2,57 |
0,475 |
0,441 |
0,415 |
8 |
2,70 |
0,460 |
0,421 |
0,386 |
6 |
2,98 |
0,431 |
0,389 |
0,354 |
4 |
3,16 |
0,384 |
0,342 |
0,295 |
2 |
3,50 |
0,359 |
0,304 |
0,273 |
1 |
3,70 |
0,343 |
0,287 |
0,248 |
464 Ректификация в производстве коньяка, рома, виски
'Го обстоятельство, что метанол в условиях перегонки на коньячных заводах является хвостовой примесью, подтвер ждается также наличием метилового спирта в кубовом ос татке.
Сопоставляя данные, приведенные в таблицах, можно отме тить, что в условиях коньячного производства высшие спирты (сивушное масло) являются головными примесями, так как коэффициенты ректификации их остаются большими единицы Уксусный альдегид и ацеталь также относятся к головным при месям.
Фурфурол имеет критическую точку при 15% об. спирта, а метиловый спирт остается хвостовой примесью. К ясно вы раженным хвостовым примесям относится уксусная ки слота.
Следует отметить, что в процессе перегонки в коньячном производстве, как и в производстве спирта, в аппаратах идут сложные химические процессы, вызывающие образование но вых химических соединений.
Так, из опытов Мнджояна выяснено, что при перегонке значительно увеличивается содержание альдегидов и эфиров. Увеличение альдегидов может быть объяснено окислением этилового спирта в уксусный альдегид.
Для этого процесса в кубовых аппаратах имеются благо приятные условия: наличие в навалке растворенного кислорода, достаточно высокая температура.
Благоприятны условия перегонки также и для эфирообразования, так как среда содержит летучие кислоты. Образование при перегонке фурфурола происходит за счет дегидратации пен-
тоз.
Наряду с этерификацией идет также процесс образования ацеталей.
На процесс образования примесей при перегонке некоторое влияние оказывает материал, из которого изготовлен куб. Е. Л. Мнджоян установил, что при перегонке в стальных и медных колбах образуется больше летучих примесей, чем при перегонке в стеклянных колбах. Имеют также значение продол жительность и способ обогрева. Так, процесс дегидратации пентоз наиболее интенсивно протекает в аппаратах с огневым подогревом.
Аппараты для перегонки в коньячном производстве
Аппараты, употребляемые в производстве коньяка, можно классифицировать следующим образом (табл. 111).
|
|
|
Ректификация в |
производстве коньяка |
465 |
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
111 |
|
Классификация аппаратов для производства коньяка |
|
|
Аппараты периодического действия |
Аппараты непрерывного действия |
|
Аппараты |
без |
дефлегматоров с ог |
Аппараты колонного типа: |
|
|
невым обогревом |
а) без термической обработ |
|
Аппараты |
с |
дефлегмационными |
|
ки |
|
|
устройствами: |
б) с термической обработкой |
|
а) с огневым обогревом |
|
|
|
б) с паровым обогревом |
|
|
Аппараты с укрепительными ко |
|
|
лоннами |
|
'Простейшим типом аппаратов является аппарат без дефлег маторов, с огневым обогревом. В настоящее время этот аппарат вышел из употребления.
Аппараты с дефлегмационными установками наиболее упо требительны. При этом применяются шаровые дефлегматоры с воздушным охлаждением (аппараты шарантского типа) и с тарелками Писториуса.
На рис. 200 показана схема установки аппарата с шаровым дефлегматором и с паровым обогревом. Подогреватель и куб обогреваются при помощи змеевиков. Аппараты изготовляют из
красной меди и изнутри лудят. |
дефлегматор |
с воздуш |
В другом типе аппарата шаровой |
ным охлаждением заменен тарелками |
Писториуса |
(см. гл. I) |
с водяным охлаждением. |
|
|
Кубовой колонный аппарат показан на рис. 201. В этом аппарате имеется два куба, из которых верхний имеет укрепи тельную тарелку. Греющий пар поступает в нижний куб. Верх ний куб обогревается паром из нижнего куба. Виноматериал последовательно кипятится по 2 часа в каждом кубе. Пары из верхнего куба могут быть пропущены через всю укрепитель ную колонну или же только через нижнюю ее царгу. Колонна не имеет дефлегматора и питается только «дикой» флегмой. Имеются также кубовые аппараты с колоннами, снабженными трубчатыми дефлегматорами (аппарат С. И. Зарабяна).
Наряду с аппаратами периодического действия в коньячном производстве применяются также и аппараты непрерывного дей ствия.
466Ректификация в производстве коньяка, рома, виски
Сукрупнением производства коньяка в СССР вопрос о пере ходе на непрерывную перегонку становится особо актуальным.
Все предложенные для этого аппараты могут быть разби ты на две группы: в первой группе подлежащий перегонке виноматериал не подвергается термической обработке, во вто рой группе с целью улучшения качества продукта виномате-
Рис. 200. Схема кубового перегонного |
Рис. 201. Схема кубового аппарата |
аппарата с |
паровым |
обогревом; |
|
с колонной; |
4—куб; |
2—шаровой |
дефлегматор; 3—подогрева |
1, |
2—кубы; 3—колонна; 4—холодильник: |
тель; |
4—холодильник; 5—спиртовой фонарь. |
5—подогреватель; 6—бак |
дли внноматериа- |
|
|
|
|
|
лов; 7—фонарь. |
риал подвергается |
предварительной |
термической |
обработке |
{6, |
/]. |
|
|
|
|
|
На рис. 202 приведена схема аппарата непрерывного дейст вия для получения коньячного спирта без предварительной тер мической обработки. Диаметр аппарата 640 мм. Аппарат име ет 16 колпачковых тарелок.