Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Стабников В.Н. Перегонка и ректификация спирта

.pdf
Скачиваний:
486
Добавлен:
30.10.2023
Размер:
20.38 Mб
Скачать

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

Х =

а + Ьх

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

а=0,025

а=0,050

а=0,054

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

 

 

 

 

 

Коэффициент ректификации

примесей

 

 

Т а б л и ц а

109

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О

ы

 

 

 

 

 

Коэффициенты ректификации при

 

 

 

 

 

ш

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£

х

 

 

а 0,082

 

 

 

а -

0,067

 

 

 

 

0,057

 

Я 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Й £

Л

 

О

 

 

 

 

и

 

 

J3

 

(!>

 

X ®

ч

 

«6

 

 

 

 

«3

 

 

Ч

 

СЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

Ч

S

со

>s

 

0)

О

 

•S3

 

0)

О

 

 

О)

сз Н

л

 

 

 

Л

О

 

 

3

о

О.

 

а

 

о

си

 

a

О

си

О.» о

S

ч

S3

 

 

а Ч

<3

Р

>>

S

ч

X

 

> .=

сз

В

S

 

•е*

 

? <

сз

В

•0*.

I " »

Ь

>>

 

> .х

Н

 

н

>>

о U

а>

и

си

 

О Ь.

а>

a

Он

 

01

a

Сн

о

8 о

 

сз

CJ ч

 

 

ч

сз

о ч

•&

 

 

а

о «ч

•0*

 

40

5 ,1 8

6 ,0 4

1,02

0,3 3

0

4 ,9 3

5 ,7 5

0 ,9 6 5

0,3 1 4

4,81

5 ,6 4

0,945

0,308

 

35

5 ,0 8

5 ,5 4

1,18

0,3 6

0

4 ,9 5

5 ,3 0

1,04

0,345

4 ,8 4

5 ,1 9

1 ,02

0,3 3 8

30

5 ,0 2

5 ,1 6

1,23

0,405

4,81

4,9 2

1,17

0,3 8

6

4 ,6 9

4 ,8 0

1, 14

0,3 7 6

25

4 ,9 4

4 ,7 5

1,37

0,551

4 ,7 0

4 ,5 8

1,30

0 ,5 2 6

4 ,5 7

4 ,4 3

1,27

0,509

20

4,71

4 ,32

1,61

0,741

4 ,4 7

4,11

1,53

0 ,7 0 4

4 ,3 5

4 ,0 0

1,49

0,6 8 5

 

15

4 ,3 3

4,81

1,94

0,979

4 ,0 9

3 ,6 0

1,83

0,9 2 4

3 ,9 4

3 ,4 7

1,77

0,891

10

3 ,8 3

3 ,3 3

2 ,3 0

1,26

 

3 ,5 4

3,0 8

2 ,1 4

1,16

 

3 ,3 4

2 ,9 0

2,0 2

1,10

 

8

3 ,5 7

3,21

2 ,4 2

1,37

 

3 ,26

2 ,9 3

2 ,2 0

1.12

 

3 ,0 0

2 ,6 9

2 ,0 3

1,15

6

3 ,2 6

3 ,9 4

2 ,6 0

1,45

 

2 ,9 5

2 ,6 6

2 ,3 4

1,32

 

2 ,6 7

2 ,4 2

2 ,1 2

1,20

 

4

2 ,8 8

2 ,6 2

2 ,7 2

1,48

 

2 ,56

2,3 3

2 ,4 2

1,32

 

2 ,2 2

2 ,0 2

2 ,0 9

1,14

 

2

2 ,5 5

2 ,3 6

2 ,6 7

1,54

 

2 ,1 6

2 ,0 0

2 ,2 6

1,30

 

1,93

1,78

1,86

1,16

 

1

2 ,3 6

2 ,2 0

2 ,6 8

• 1,54

 

1,98

1,84

2 ,2 4

1,29

 

1.71-

1,60

1,95

1 , И

0 5 to

виски ,рома ,коньяка производстве в Ректификация

1

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.

30 Зак. 307

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.

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ