Strona Główna 
Forum
News
Teoria
Aparatura
Budowa
Produkcja
Galeria
FAQ Czarnej Oliwki
Linki
Download

vsop
bimber_hobby
wendliny_domowe

Produkcja przemysłowa


Produkcja
"Gorzelnictwo i drożdżownictwo"
Wyd. Szkolne i Pedagogiczne Warszawa 1980r.
Jerzy Jarociński i Kazimierz Jarosz


  • Proces fermentacji w gorzelnictwie i drożdżownictwie
  • Destylacja spirytusu
  • część I... <--    --> ...część III


    Proces fermentacji w gorzelnictwie i drożdżownictwie

    Charakterystyka drożdży gorzelnianych

    W gorzelniach rolniczych i przemysłowych oraz w drożdżowniach stosuje się drożdże różnych ras w zależności od warunków fizykochemicznych i technologicznych. W gorzelniach rolniczych potrzebne są drożdże szybko fermentujące cukry, niewrażliwe na stężenie alkoholu do 10% i nie wrażliwe na temperaturę, nawet powyżej 35°C. W gorzelniach melasowych drożdże powinny mieć podobne właściwości i większą zdolność przyspieszania fermentacji przy równoczesnym wytrzymywaniu stężenia alkoholu do 11%. W drożdżowniach najważniejszą cechą drożdży jest szybki przyrost biomasy drożdży. W związku z tym dla poszczególnych gałęzi przemysłu gorzelnianego i drożdżowego poszukuje się nowych, coraz lepszych ras drożdży.

    W 1966 r. w Pracowni Centralnego Laboratorium Przemysłu Rolnego w Bydgoszczy wyhodowano nowe szczepy drożdży, którym nadano symbole B4 i Bc 16a. Nazwano je termofilnymi, gdyż rozmnażają się w temp. 33—37°C i wykazują wiele zalet, jak skrócenie czasu fermentacji do 40 godzin, dobre odfermentowanie i oszczędność wody stosowanej do chłodzenia kadzi. Pozytywną cechą drożdży rasy B4 jest ich duża trwałość fizjologiczna, to znaczy, że nie ulegają one degeneracji w zmiennych warunkach hodowli. Dlatego nadają się szczególnie do fermentacji w gorzelniach rolniczych, w których przerabia się różne surowce pochodzenia rolniczego z mniejszym lub z większym dodatkiem melasy.

    W gorzelniach przemysłowych znalazły zastosowanie inne rasy, których głównymi pożądanymi cechami są: skrócenie czasu fermentacji do 1 doby i odporność na wyższą gęstość fermentowanej brzeczki melasowej. Powszechnie stosuje się mieszankę kilku ras drożdży, wśród których zachodzi samoczynna selekcja.

    Drożdże gorzelnicze fermentują glikozę, fruktozę, maltozę, sacharozę, a niektóre rasy fermentują częściowo mannozę, laktozę i rafinozę. Są one odporne na działanie takich kwasów organicznych, jak winowy, jabłkowy, cytrynowy, lewoskrętny mlekowy, i innych kwasów nielotnych. Natomiast kwasy lotne, jak octowy, a zwłaszcza mrówkowy, są dla drożdży toksyczne. Z kwasów nieorganicznych wybitnie toksyczny jest kwas siarkawy, który przy stężeniu 0,1 g/l hamuje fermentację. Natomiast stężenie kwasu siarkowego wynoszące 4 g/l nie szkodzi zupełnie drożdżom, a hamuje rozwój innych drobnoustrojów i dlatego stosuje się ten kwas jako środek bakteriostatyczny.

    up Góra

    Teoretyczną wydajność alkoholu z cukru można obliczyć ze wzoru stechiometrycznego. I tak wydajność alkoholu z cukru prostego oblicza się na podstawie reakcji

    C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2

    Obliczając poszczególne masy cząsteczkowe otrzymamy: 180 -> 92 + 88. Obliczając wydajność reakcji 100g cukru, powinniśmy otrzymać 51,1g alkoholu i 48,2g dwutlenku węgla.

    Podobnie oblicza się wydajność z dwucukrów, np. z maltozy lub sacharozy, na podstawie reakcji:

    C12H22O11 + H2O -> 4C2H5OH +4CO2

    342 + 18 -> 184 + 178

    Przy odpowiednim przeliczeniu, ze 100g dwucukru otrzymuje się 53,8g alkoholu

    Wreszcie z wielocukru, np. ze skrobi, wydajność oblicza się z reakcji:

    (C6H10O5)n + (H2O)n -> (C2H5OH)n +(CO2)n

    Po przeliczeniu ze 100g skrobi otrzymuje się 56,8g alkoholu.

    W praktyce wszystkie obliczenia alkoholu podaje się w dm3. Ponieważ gęstość alkoholu wynosi w przybliżeniu 0,79 kg/dm3, ze 100 g dwucukru otrzymuje się teoretycznie 68,1 cm3, a ze 100 g wielocukru 71,9 cm3 alkoholu etylowego. Wydajność rzeczywista jest ok. l0% niższa, gdyż część cukru zużywają drożdże do budowy swoich komórek, część ulega spaleniu w czasie procesu oddychania drożdży i część ulega przemianie na inne substancje.

    W gorzelniach przemysłowych drożdże są stosowane nie tylko do fermentacji alkoholowej, ale również wykorzystuje się je do produkcji wysokobiałkowej paszy, jako tzw. drożdże paszowe pofermentacyjne. Skład chemiczny drożdży w % jest podany w tabeli VIII-1.

    Na podstawie analizy chemicznej popiołu drożdży oraz pozostałych składników można stwierdzić, że pożywki do rozwoju drożdży muszą zawierać węgiel, azot, fosfor, potas, magnez i siarkę w postaci przyswajalnej dla drożdży. Znając liczbę komórek i objętość dojrzałych drożdży można obliczyć niezbędne ilości środków odżywczych. W 1 cm3 prasowanych drożdży znajduje się 120-150 mln komórek, których 1 mln waży ok. 7 mg, a w 1 l dojrzałych drożdży gorzelniczych znajduje się ich 10,5 g i na tej podstawie można obliczyć niezbędną ilość poszczególnych składników odżywczych.

    Tabela VIII-1. Skład chemiczny drożdży w %

    Drożdże gorzelnicze Drożdże piwne Drożdże paszowe
    min.max.min.max.min.max.
    Azot ogólny7,07,48,29,38,27,3
    Białko (Nx6,24)44,046,051,058,051,055,0
    Tłuszcz1,52,52,03,01,72,7
    Węglowodany13,015,09,0211,513,716,5
    Popiół6,910,08,19,18,111,5
    Bezazotowce wyciągowe30,040,025,030,022,033,0

    W praktyce gorzelniczej źródłem węgla są cukry, a jako pożywki mineralne stosuje się sole amonowe i fosforanowe, jak siarczan lub fosforan amonowy, superfosfat, mocznik, oraz wodę amoniakalną i sole magnezu.

    Oprócz drożdży szlachetnych spotyka się czasem w gorzelnictwie drożdże dzikie. Są to najczęściej tzw. drożdże kożuchujące, które jako tlenowce rozwijają się na powierzchni płynu, tworząc szarawy kożuch. Są to: Mycoderma, 'Willia i Pichia. Ponadto spotyka się drożdże typu Torula, Candida lub Monilia, które w gorzelniach i drożdżowniach są niepożądane. Ze względu na małe wymagania tych odmian w stosunku do pożywienia znalazły one szerokie zastosowanie jako drożdże pastewne. Hoduje się je na odpadach przemysłowych, np. na wywarze gorzelniczym, z którego potrafią wykorzystać cukry nie ulegające fermentacji, kwasy organiczne, produkty rozkładu pentozanów i hemiceluloz, a przy dodatku soli azotowych same rozwijają się bardzo intensywnie. Oddzielone od brzeczki drożdże suszy się.

    up Góra

    Przemiany biochemiczne zachodzące podczas fermentacji alkoholowej

    Przemianami zachodzącymi w czasie fermentacji alkoholowej interesowali się uczeni już na przełomie XVIII i XIX w. Pierwszymi byli Francuzi: Lavoisier, Gay-Lussac i Pasteur.

    Według współczesnej wiedzy przebieg fermentacji jest następujący. Najpierw dwucukry w postaci sacharozy i maltozy zostają rozłożone na cukry proste, czyli heksozy, przez enzymy hydrolityczne, tj. sacharazę i maltazę. Następnie działa enzym ATP, czyli kwas adenozynotrójfosforowy, który przyłączając do heksoz cząsteczki kwasu fosforowego tworzy fosforan glikozy i fosforan fruktozy. Ten ostatni po przyłączeniu drugiej drobiny kwasu fosforowego zostaje rozerwany na dwie triozy o identycznym wzorze sumarycznym, ale o innej budowie i innych właściwościach, tj. aldehyd fosforoglicerynowy i fosforodwu-hydroksyaceton. Następnie enzym izomeraza, działając na poszczególne wiązania, zamienia keton na aldehyd, a ten ulega utlenieniu na kwas fosforoglicerynowy. Jednak niektóre cząsteczki aldehydu ulegają przemianie na fosforan gliceryny (pod wpływem enzymu dehydrogenazy), który po oderwaniu cząsteczki fosforanowej przechodzi w glicerynę. Dlatego przy wytwarzaniu w czasie fermentacji 100 kg alkoholu etylowego wytwarza się jednocześnie 3-4 kg gliceryny. Jednak ogromna większość cząsteczek aldehydu ulega przemianie na kwas fosforoglicerynowy, a ten na kwas fosforopirogronowy. Oddaje on cząstkę fosforanową do enzymu kwasu adenozynodwufosforowego, a sam ulega przebudowie wewnętrznej. Enzym karboksylaza odrywa od kwasu grupę karboksylową w postaci cząsteczki CO2, a powstały aldehyd octowy pod wpływem dehydrogenazy ulega redukcji do etanolu.

    Niezależnie od alkoholu etylowego i gliceryny w fermentującym zacierze powstają inne uboczne produkty fermentacji. Na przykład alkohol metylowy powstaje z pektyn, które rozkładają się na kwas pektynowy, a następnie na metanol. Dlatego najwięcej metanolu mamy w spirytusie wyprodukowanym z owoców, a zwłaszcza z jabłek i śliwek. Niewielkie ilości metanolu tworzą się z formaliny, którą był dezynfekowany słód lub kadzie fermentacyjne.

    Wyższe alkohole, których mieszaninę nazywa się popularnie fuzlami lub olejem fuzlowym, tworzą się przez dezaminację aminokwasów według schematu:

    aminokwas + H2O -> wyższy alkohol + NH3 + CO2

    Tabela VIII-2. Skład olejów fuzlowych otrzymywanych ze spirytusu surowego w % (według Flemingera)

    Nazwy alkoholi
    wchodzących w skład
    olejów fuzlowych
    WzórTemperatura wrzeniaZawartość w spirytusie
    z żytaz ziemniaków
    EtylowyC2H5OH78,311,85,8
    n-propylowyC3H7OH97,29,114,7
    IzobutyowyC4H?OH108,119,214,2
    ButylowyC4H9OH118,00,31,1
    AmylowyC5H11OH128,919,013,8
    IzoamylowyC5H11OH132,052,456,2

    up Góra

    Sporządzanie przycierka

    Do wyposażenia drożdżowni należą przede wszystkim kadki drożdżowe (rys. VXII-1).

    Są to cylindryczne zbiorniki wykonane z blachy stalowej, ustawione na żeliwnych nogach. Wewnątrz każdego zbiornika znajduje się drugi, mniejszy, wykonany z blachy miedzianej. Między ściankami obu zbiorników znajduje się wolna przestrzeń, do której doprowadza się wodę w celu ogrzania lub ochłodzenia zawartości kadzi...

    kadka

    ...Przycierkiem nazywa się zacier wzbogacony substancjami odżywczymi przyswajalnymi przez drożdże. W zależności od surowca, z jakiego zacier został sporządzony, dodaje się mniej lub więcej pożywki. Im zacier jest uboższy w składniki pokarmowe drożdży, tym więcej pożywek musi być w przycierku. Zaciery zbożowe zawierają w dostatecznej ilości wszystkie składniki potrzebne drożdżom, natomiast inne zaciery mają ich za mało. Zaciery ziemniaczane są zbyt ubogie w związki fosforu oraz azotu, podobnie jak melasowe. Dlatego do zacieru słodkiego należy dodać substancje odżywcze — przyswajalne przez drożdże. Dawniej uniwersalną pożywką był gnieciony słód. Obecnie stosuje się wyłącznie pożywki mineralne w postaci siarczanu amonowego, superfosfatu i mocznika syntetycznego. Na 100 1 przyierka ziemniaczanego dodaje się ok. 100 g (NH4)2SO4 lub 80 g CO(NH2)2 oraz ok. 100 g superfosfatu.

    Przy przerobie melasy lub ziemniaków niskiej jakości na-leży dawkę pożywek odpowiednio zwiększyć. Zaleca się również stosowanie fosforanu amonowego.

    Drożdże rozmnażają się znacznie lepiej w środowisku kwaśnym, tzn. przy pH 4-4,5. Znoszą jednak większe stężenie kwasu, bez widocznego osłabienia. Dlatego stosuje się ukwaszanie przycierka kwasem siarkowym. Zabieg ten ma na celu ochronę drożdży przed innymi drobnoustrojami, które wywierają na nie szkodliwy wpływ.

    Ukwaszanie kwasem siarkowym wywiera silny wpływ zarówno na szkodliwe mikroorganizamy, jak i na drożdże, dlatego kwas należy stosować w ściśle określonych dawkach.

    Kwasowość określa się pehametrem (jonometrem) albo papierkiem lakmusowym uniwersalnym ewentualnie metodą miareczkową wobec wskaźników barwnych w postaci wymienionych papierków. Kwasowość wyraża się w stopniach Delbrucka — °D. Stopień Delbrucka oznacza kwasowość 20 cm3 płynu, do którego neutralizacji potrzeba 1 cm3 1 N NaOH lub KOH. Inaczej mówiąc, 1°D oznacza kwasowość 1/20 N.

    W zależności od stopnia dysocjacji występują różnice przy oznaczaniu kwasowości według stężenia jonów wodorowych lub według normalności tych kwasów. Na przykład 1°D kwasu siarkowego będzie miał większe pH (oznaczone mniejszą liczbą bezwzględną) niż 1°D roztworu kwasu organicznego, który jest mniej zdysocjowany.

    W celu ukwaszenia 1 l płynu obojętnego o kwasowość: 0,l°D, należy użyć 0,14 cm3 kwasu siarkowego o gęstości 66°Be (Baume), technicznego, którego 1,04 kg odpowiada 1 kg chemicznie czystego H2SO4. Kwas ten najpierw należy dolać dc 10-krotnie większej ilości wody i dopiero ten roztwór można wlewać do przycierka wolnym strumieniem, dokładnie mieszając zawartość kadki.

    W zależności od gęstości przycierka zakwasza się go do kwasowości w granicach-1,6-2,0°D, co odpowiada pH 3,7-3,3 Im przycierek jest gęściejszy, tym więcej zawiera substancji buforowych, które można nazwać regulatorami stężenia jonów wodorowych. Należą do nich: sole słabych kwasów, kwaśne fosforany, aminokwasy i białka. Mechanizm działania substancji buforowych polega na częściowym wiązaniu wolnych jonów i hamowaniu w ten sposób zmian pH.

    up Góra

    Przygotowanie pierwszych drożdży

    W żadnej gorzelni rolniczej nie ma laboratorium mikrobiologicznego, w którym można wyprowadzić czystą kulturę z jednej komórki drożdży. Dlatego należy się zaopatrzyć w gotową szczepionkę wyprodukowaną w sterylnych warunkach w którymś z instytutów mikrobiologicznych, a najlepiej w Centralnym Laboratorium Przemysłu Rolnego w Bydgoszczy. Po otrzymaniu czystej kultury drożdży w postaci makro kolonii na agarze, na 4 dni przed rozpoczęciem kampanii na leży przygotować czysty balon szklany o pojemności do 50 1 oraz kolby: 10-litrową Karlsberga i szklaną — litrową. W mniejszej kolbie przygotowuje się wysterylizowany i ochłodzony zacier słodki, do którego dodaje się drożdże czystej kultury. Kolbę zatyka się watą i pozostawia w ciepłym miejscu. Po 12-15 godzinach drożdże powinny się rozmnożyć, co poznaje się po piance na powierzchni brzeczki i jasnym osadzie drożdży na dnie kolby. Wówczas przygotowuje się większą kolbę zawierającą więcej niż pół objętości wysterylizowanego zacieru i przelewa do niej całą zawartość małej kolby. Dalej postępuje się identycznie jak poprzednio i rozmnaża kolejno drożdże w kolbie Karlsberga, a następnie w balonie szklanym. Czwartego dnia mamy gotowe drożdże zarodowe, które dajemy do czystej kadki drożdżowej zawierającej 300-400 1 zacieru słodkiego z kwasami i pożywkami.

    Ponieważ zarówno drożdże gorzelnicze, jak i drożdże piekarskie należą do tego samego gatunku Saccharomyces cerevisiae, a ponadto drożdże piekarskie są mieszaniną różnych ras, można je użyć w gorzelni do normalnej pracy. Zastosowanie drożdży piekarskich jest konieczne, gdy w czasie trwania kampanii drożdże gorzelnicze ulegną zakażeniu lub degeneracji. Wówczas w celu uniknięcia strat w produkcji — trzeba drożdże wymienić. Można je użyć na początku kampanii. Stosuje się około 1,5 kg drożdży piekarskich w półkilogramowych kostkach. Jeżeli po rozwinięciu kostki prasowanych drożdży stwierdzi się na jej powierzchni białawy nalot, wówczas konieczna jest dezynfekcja drożdży za pomocą kwasu siarkowego. Do czystego wiadra odmierza się 8-10 1 czystej, zimnej lub letniej wody i wkrusza się do niej wszystkie drożdże. Następnie za pomocą czystego pręta miesza się drożdże z wodą tak, aby nie pozostały nierozpuszczone bryłki. Wtedy do zawiesiny drożdży wlewa się odmierzony uprzednio kwas siarkowy w takiej ilości, aby zawiesina miała kwasowość 3,2°D lub pH 3,0. Po dokładnym wymieszaniu zawartości wiadra pozostawia się drożdże pod działaniem kwasu przez 20-25 minut. Przez ten czas giną słabsze komórki drożdży, bakterie i zarodniki pleśni. Dzięki temu drożdże ulegają odkażeniu, ale i pewnemu osłabieniu. Teraz szybko przelewa się drożdże do kadki z przycierkiem, aby w odpowiednich dla swego rozwoju warunkach zaczęły pączkować i fermentować.

    Jeżeli drożdże prasowane są czyste i świeże, kąpiel w roztworze kwasu jest zbyteczna. Wówczas należy je tylko wymieszać z kilkoma litrami wody i przelać do przycierka. Jeżeli jednak drożdże mają nieprzyjemny zapach, nie należy ich używać.

    Drożdże piekarskie nigdy nie dają tak dobrego odfermentowania jak specjalna rasa drożdży gorzelniczych, dlatego stosowanie ich w gorzelni przez dłuższy okres nie może być polecane. Stanowią one tylko pewną rezerwę na wypadek biologicznej awarii w gorzelni.

    Jedna z metod rozmnażania drożdży polega na pozostawieniu części rozmnożonych drożdży w małej kadce, bańce lub balonie w celu dalszego rozmnożenia. Otrzymuje się tzw. matkę drożdżową. Ilość matki powinna wynosić 4-8% pojemności kadki drożdżowej, co stanowi 12-30 1. Jeżeli drożdże są silne, szybko się rozmnażają i fermentują, to ilość matki powinna być mniejsza, a przy drożdżach słabszych — większa.

    up Góra

    Po wysterylizowaniu przycierka w kadce należy go ochłodzić do temp. 30°C i dopiero wtedy wlać przygotowaną matkę drożdżową. Teraz przycierek chłodzi się powtórnie do temperatury nastawienia (niższej). Wynosi ona przeciętnie 22 lub 26°C dla drożdży termofilnych, ale może być niższa, jeżeli w drożdżowni jest bardzo ciepło lub jeżeli przycierek jest gęsty. Należy dodać pożywki mineralne w dawkach poprzednio podanych. W miarę odfermentowywania temperatura podnosi się o 0,9°C na każdy odfermentowany stopień Ballinga, stąd następuje wzrost temperatury fermentującego zacieru.

    Przy fermentacji zacierów rzadkich, o gęstości poniżej 16°Blg, można zastosować nieco wyższą temperaturę początkową, gdyż samozagrzanie będzie mniejsze, a w kadkach metalowych można regulować chłodzenie za pomocą płaszcza wodnego.

    Druga, uproszczona metoda rozmnażania drożdży, polega na wyeliminowaniu odbioru matki drożdżowej. Zacier słodki w zacierni chłodzi się do temperatury optymalnej dla danej rasy drożdży, a następnie zadaje drożdżami z kadki i miesza. Teraz przepompowuje się część tego zacieru do kadki, dodaje rozcieńczonego kwasu w celu uzyskania pH ok. 3,5 oraz pożywkę fosforowo-amonową. Dalszy przebieg rozmnażania jest w obu metodach identyczny.

    Rozmnażanie drożdży trwa ok. 22 godzin, gdyż tak długo pozostają one w kadce do chwili przepompowania ich do kadzi fermentacyjnej. W rzeczywistości rozmnażanie ulega zwolnieniu ze względu na koncentrację alkoholu w zacierze. Przycierek fermentuje i równocześnie ze wzrostem zawartości alkoholu ubywa cukru. Następuje rozrzedzenie przycierka, które wskazuje na lepszą lub gorszą pracę drożdży. Gęstość przycierka maleje powoli, by po 22 godzinach osiągnąć 1/2-1/3 gęstości początkowej.

    Stopień odżywienia, żywotność i czystość mikrobiologiczną drożdży określa się przez obserwację pod mikroskopem przy powiększeniu 600 razy. Jeden preparat (kroplę) badanych drożdży zadaje się kroplą jodu gorzelniczego i obserwuje zabarwienie komórek. 2/3 komórek powinno mieć zabarwienie brązowawe, które pochodzi od zapasowego wielocukru glikogenu. Mniejsza ilość zabarwionych komórek wskazuje na niedostateczne odżywienie drożdży.

    Drugi preparat drożdży barwi się błękitem metylenowym. Wówczas komórki martwe i osłabione zabarwiają się na niebiesko. Nie powinno ich być więcej niż 3%. Nie powinno być również niezabarwionych bakterii. Kwasowość dojrzałych drożdży wyrażona w postaci pH nie powinna być niższa niż 3,5 a wyższa niż 3.

    up Góra

    Wyposażenie fermentowni

    Podstawowym wyposażeniem fermentowni są specjalne zbiorniki zwane kadziami fermentacyjnymi. Kształt kadzi może być różny w zależności od wielkości i wysokości pomieszczenia. Jeżeli hala jest mała, lecz wysoka, wówczas buduje się kadzie prostopadłościenne, skrzyniowe lub cylindryczne kadzie stojące (rys. VIII-2). Natomiast jeżeli fermentownia jest niska, lecz obszerna, wówczas mają zastosowanie kadzie wannowe lub skrzyniowe niskie.

    kadź fermentacyjna

    Kadzie stalowe buduje się z blachy grubości 6-8 mm. Kadzie skrzyniowe lub wannowe mogą mieć pokrywy z blachy grubości 5 mm. Konstrukcja ich jest spawana a wielkość odpowiada zdolności produkcyjnej gorzelni. Kadzie ustawia się na niskich wspornikach stalowych opar tych o betonową posadzkę

    Proces fermentacji

    Zacier słodki wraz z drożdżami spuszcza się do jednej z kadzi fermentacyjnych, gdzie ulega przefermentowaniu. Przeciętny czas fermentacji w gorzelniach rolniczych wynosi 3 doby, ale stosuje się również fermentację dwudobową. W czasie fermentacji można zaobserwować 3 różne okresy, które jakkolwiek znacznie się od siebie różnią, to jednak przejście od jednego do drugiego jest trudno uchwytne.

    • ZAFERMENTOWANIE: Jest to początkowy okres fermentacji, który rozpoczyna się z chwilą dodania drożdży do zacieru słodkiego w zacierni. Komórki drożdżowe rozproszone w świeżym zacierze przede wszystkim pączkują, a w mniejszym stopniu przerabiają cukier na alkohol i dwutlenek węgla. Niewielkie ilości tego gazu rozpuszczają się w zacierze i dopiero po powstaniu roztworu nasyconego pęcherzyki gazu ulatniają się, stając się widoczne na powierzchni płynu.

      Na początku zacier zawiera dużo powietrza, które dostało się w czasie mieszania w zacierni oraz w czasie spadania zacieru słodkiego do kadzi fermentacyjnej. Dzięki temu drożdże wykorzystują tlen do oddychania i intensywnie się rozmnażają. Dlatego w większych gorzelniach kadzie fermentacyjne mają urządzenia do napowietrzania zacieru, a w drożdżowniach takie urządzenia są niezbędne.

      Rozmnażanie drożdży jest biologicznym procesem egzotermicznym, to znaczy, że towarzyszy mu wzrost temperatury. Początkowo nastawia się ją (czyli chłodzi odpowiednio zacier) na 16-18°C w zależności od gęstości zacieru i temperatury hali fermentacyjnej.

      Im zacier jest gęściejszy, a temperatura w hali wyższa — tym temperatura nastawienia musi być niższa. Jeżeli natomiast stosujemy drożdże B4 lub inną rasę termofilną, wówczas temperaturę nastawienia zwiększa się o 4-5°C.

      Ponieważ początkowo zacier jest gęsty i lepki, wskutek ulatniania się cząsteczek CO2, na powierzchni tworzy się piana. W miarę upływu czasu szybkość rozmnażania się drożdży maleje, natomiast coraz intensywniej przebiega przemiana cukru na alkohol i dwutlenek węgla. Wydzielający się gaz po powoduje coraz silniejsze falowanie i burzenie się całej masy. Rozpoczyna się fermentacja główna. Zafermentowanie trwa od kilku do osiemnastu godzin.

    • FERMENTACJA GŁÓWNA: Okres ten charakteryzuje się gwałtownym falowaniem i kipieniem całego zacieru wskutek wydzielania się dużych ilości dwutlenku węgla. Powierzchnia zacieru podnosi się o kilkanaście centymetrów, gdyż cały zacier jest nasycony pęcherzykami gazu i jego objętość się zwiększa. Burzenie się zacieru jest tym gwałtowniejsze, im jest on gęściejszy i im więcej zawiera kleistych substancji. Na całej powierzchni gromadzi się piana. O ile w czasie zafermentowania wzrost temperatury był niewielki, tj. o 4-6°C, o tyle teraz temperatura wzrasta bardzo szybko i dochodzi do 30°C, a nawet powyżej. Należy zwrócić uwagę, aby temperatura zacieru nie przekroczyła temperatury maksymalnej dla danej rasy drożdży, ponieważ wpływa to na ich osłabienie. Można temu zapobiec, schładzając zacier o 1-2°C, ale nie więcej, gdyż większe ochłodzenie ma również ujemny wpływ na drożdże.

      Ponieważ koncentracja alkoholu przekracza 5%, rozmnażanie się drożdży ustaje, a działają tylko enzymy fermentujące. W tym czasie spadek gęstości zacieru wynosi ok. l°Blg na godzinę. Odpowiada to odfermentowaniu 8,4 g maltozy na 1 litr zacieru.

      Fermentacja główna trwa 12-18 godzin, a jej zakończenie daje się zauważyć przez zmniejszenie falowania zacieru i zniknięcie piany. Przyczyną tego jest wytworzenie się alkoholu zamiast cukru, przez co gęstość i lepkość płynu znacznie się zmniejsza. Z tą chwilą rozpoczyna się trzeci, najdłuższy okres, zwany dofermentowaniem.

    • DOFERMENTOWANIE: Po burzliwej fermentacji głównej kipienie zacieru całkowicie ustaje, a na jego powierzchni pojawiają się pojedyncze pęcherzyki dwutlenku węgla, które natychmiast pękają, nie tworząc piany. Ponieważ nasycenie gazem jest mniejsze, objętość zacieru się zmniejsza i poziom jego opada. Nie należy już zacieru chłodzić, gdyż temperatura sama się obniża. W czasie dofermentowania zachodzi fermentacja dekstryn. Zawarta w zacierze amylaza zamienia dekstryny na maltozę, która fermentuje na alkohol. Jeżeli w zacierze brak jest amylazy, nie zachodzi rozszczepienie dekstryn i wydajność alkoholu ulega znaczne-mu zmniejszeniu. Dofermentowanie trwa 20-30 godzin i aż do końca na powierzchni zacieru pojawiają się drobne pęcherzyki gazu, co wskazuje na dofermentowywanie resztek destryn. Zacier o powierzchni gładkiej, czyli martwy, wskazuje najczęściej na brak amylazy lub osłabienie jej działania albo na zatrucie drożdży. Gęstość pozorna zacieru ziemniaczanego lub zbożowego wynosi l-1,5°Blg w porównaniu z gęstością 17-99°Blg zacieru słodkiego.

      Gorzelnia przerabiająca ziemniaki niskoskrobiowe, buraki cukrowe i pastewne lub inne produkty dające zaciery o gęstości mniejszej niż 16°Blg może skrócić okres fermentacji do 2 dób. Wówczas nastawia się zacier na temperaturę nieco wyższą, co przyspiesza rozmnażanie się drożdży i ich pracę. Przy tej fermentacji zafermentowanie trwa ok. 10 godzin, fermentacja główna ok. 14 godzin, a dofermentowanie 15-20 godzin. Wówczas w gorzelni posiadającej 4 kadzie fermentacyjne co dzień dwie kadzie napełnia się zacierem słodkim z drożdżami, a zawartość dwu pozostałych pompuje do odpędzania. Jeżeli w jednej kadzi mieszczą się 3 zaciery, konieczna jest praca na dwie zmiany po 7-8 godzin każda. Należy również wykorzystać 2 kadki drożdżowe, w których rozmnaża się drożdże do kolejno napełnionych kadzi fermentacyjnych. Aby można było od początku rannej zmiany produkować świeże zaciery, musi być przygotowana pusta, czysta kadź fermentacyjna. Należy jej zawartość odpędzić poprzedniego popołudnia, a rano tylko zdezynfekować formaliną. Następnie kolejno daje się pierwszy zacier z drożdżami, po czym dolewa się do niego następne uważając, aby temperatura nastawienia była taka sama, jaka jest w tym czasie w kadzi z zacierem zadanym drożdżami.

      Fermentacja trwa przez całą dobę, a następnego popołudnia kadź tę należy już przeznaczyć do odpędzania spirytusu. Jeżeli więc będziemy liczyć czas trwania fermentacji od momentu całkowitego napełnienia kadzi do początku odpędzania, to wyniesie on zaledwie 26 godzin. Trochę więcej czasu mają na fermentację zaciery w kadziach napełnianych na zmianie popołudniowej. Fermentują przez całą dobę, a następnie w nocy i dopiero rano kieruje się je do destylacji, a więc1 po 34 godzinach.

      Ten system wymaga zwiększenia produkcji słodu o 100%, co można osiągnąć, zwiększając grubość grzędy słodowej i skracając czas słodowania do 7-8 dni. Jest to możliwe przy zastosowaniu wodnego roztworu Gibrofitu (Gibreskolu K) w ilości 2 g preparatu na 1 t jęczmienia.

    up Góra

    Temperatura fermentacji od samego początku powinna być wysoka, tzn. ok. 28°C, a następnie należy ją podnieść do 34°C przy zastosowaniu drożdży B4 lub mieszanki B4 i Bc 16. Przez czas trwania całej fermentacji zacier trzeba chłodzić. Gorzelnie posiadające małe kadzie fermentacyjne, które mieszczą tylko 2 zaciery, mogą (jak opisano poprzednio) produkować po 6 zacierów dziennie, stosując metodę zmodyfikowaną przez W. Dobrzynieckiego. Polega ona na tym, że tylko do jednej kadzi daje się dwa zaciery słodkie i dobre, mocne drożdże. Będzie to zacier mateczny. Następnego dnia rano przepuszcza się ok. 35% tego fermentującego zacieru do pustej kadzi, a następnie dopełnia ją zacierem słodkim. Dzięki dużej ilości drożdży zacier nie ma właściwie fazy zafermentowania i po l-r-2 godzinach intensywnie fermentuje. Gdy jest opróżniona druga kadź, przelewa się do niej połowę pozostałego zacieru matecznego, a następnie dopełnia obie kadzie świeżym zacierem słodkim. Na końcu opróżnia się czwartą kadź i dodaje do niej 2 zaciery słodkie z drożdżami. Będzie to zacier mateczny na następny dzień.

    Każdego dnia powtarza się czynności opisane, a więc przesyłanie zacieru z trzech kadzi do destylacji i kolejne napełnianie ich częścią zacieru matecznego oraz dopełnianie zacierem słodkim. Ostatnia opróżniona kadź jest przeznaczona do napełniania dwoma zacierami z drożdżami, które po ok. 12 godzinach staną się zacierem matecznym dla trzech kadzi.

    Aby ten cały proces przebiegał sprawnie, należy najpierw zacząć pracę w gorzelni od uruchomienia aparatu odpędowego, a pierwszy zacier przygotować nieco później niż normalnie, aby można go było wypuścić natychmiast po opróżnieniu kadzi z zacieru odfermentowanego. Mycie i dezynfekcję kadzi należy robić możliwie szybko, gdyż każde przedłużenie tych czynności automatycznie skraca czas fermentacji, który i tak jest ograniczony do 20 godzin. Mimo to uzyskuje się dość dobre odfermentowanie, jeżeli cała robota została wykonana starannie. Dzięki skróceniu fermentacji zakażenie zacieru mniej zagraża, co również poprawia wydajność alkoholu z surowca. Straty wskutek skrócenia dofermentowania nie powinny przekraczać 7%, a przy dobrej organizacji pracy są o połowę mniejsze.

    Niezbędne jest dobre odżywianie drożdży. Dlatego do ostatnich dwu zacierów przeznaczonych na zacier mateczny trzeba dodać 1 kg siarczanu amonowego i roztwór z 1,5 kg super-fosfatu na każde 1000 1 zacieru.

    up Góra

    Odfermentowanie

    Rozróżnia się odfermentowanie pozorne i odfermentowanie rzeczywiste, czyli ekstrakt. Pod nazwą odfermentowania pozornego rozumie się gęstość przecedzonego zacieru odfermentowanego mierzoną bezpośrednio cukromierzem Ballinga. Ponieważ w zacierze tym znajdują się nie tylko substancje stałe rozpuszczone w wodzie, ale i alkohol, którego gęstość jest mniejsza od gęstości wody, składniki te wzajemnie na siebie oddziałują, obniżając gęstość płynu. Gdy alkohol zostanie z zacieru oddestylowany, a na jego miejsce doda się taką samą ilość wody, wówczas otrzyma się gęstość rzeczywistą zacieru, zwaną odfermentowaniem rzeczywistym. Odpędzanie alkoholu jest kłopotliwe, gdyż wymaga sporo czasu i pracy. Dlatego w gorzelnictwie rolniczym przyjęte jest oznaczanie odfermentowania pozornego, które przebiega łatwo i szybko. Po zanurzeniu cukromierza Ballinga w przecedzonym zacierze odczytuje się gęstość wraz z poprawką na temperaturę. Najlepiej odfermentowuje zacier z kukurydzy, ryżu, sorga i sok z buraków, o gęstości do ok. 0°Blg, następnie zacier z ziemniaków, buraków, marchwi i żyta do 0,5-l,5°Blg, a z samej melasy do 6-7,5°Blg. Większa gęstość niż przytoczona wskazuje na błędy w prowadzeniu procesu technologicznego. Należy ich szukać począwszy od okresu parowania surowca, a skończywszy na fermentacji.

    Odfermentowanie rzeczywiste wskazuje, ile stałych substancji znajduje się jeszcze w zacierze. Zazwyczaj gęstość rzeczywista odpowiadająca gęstości wywaru z aparatu 2-kolumnowego, waha się w granicach 3,5-5°Blg. Składają się na nią rozpuszczone w zacierze składniki, jak białko, pentozy, sole mineralne oraz 1-1,5% cukrów, które nie uległy fermentacji. Im więcej było w zacierze wolnej amylazy i im silniejsze były drożdże, tym mniej substancji fermentujących pozostaje w zacierze odfermentowanym.

    up Góra

    Zakłócenia w przebiegu fermentacji i środki zaradcze

    Nadmierna piana wytwarzająca się podczas fermentacji jest szkodliwa, gdyż zanieczyszcza płuczkę CO2, unosząc ze sobą część alkoholu, a więc obniża wydajność gorzelni. Przyczyn powstawania obfitej piany jest wiele, a mianowicie: nietypowy skład chemiczny ziemniaków spowodowany nadmiernym nawożeniem mineralnym, niedostateczne rozparowanie surowca, zbyt niska temperatura zacierania i niedokładne scukrzenie skrobi, przedawkowanie melasy w zacierach mieszanych, a czasem zastosowanie nieodpowiednich drożdży.

    Środkami zaradczymi są: parowanie pod zwiększonym ciśnieniem, do 0,5 MPa, wypuszczanie wody sokowej do kanału, pasteryzowanie i chłodzenie melasy przed dodaniem jej do zacieru oraz silne ukwaszenie drożdży do pH poniżej 3,5.Niezależnie od postępowania technologicznego stosuje się środki przeciwpienne, np. olej roślinny, który zmniejsza napięcie powierzchniowe roztworu, powodując pękanie pęcherzyków i opadanie piany. Ponieważ olej rzepakowy lub inne oleje jadalne są dość drogie, gorzelnia powinna się zaopatrzyć w tzw. oleje porafinacyjne lub kwasy tłuszczowe porafinacyjne, które można kupić w każdej fabryce margaryny. Ilość oleju, którą należy dodać do jednej kadzi z zacierem waha się w granicach 0,2-l 1, w zależności od intensywności pienienia. W żadnym przypadku nie wolno dolewać olejów mineralnych, tzn. oleju maszynowego, nafty. Powodują one nieprzyjemny zapach spirytusu i mogą być powodem zdyskwalifikowania całej produkcji.

    Jeszcze innym środkiem zaradczym jest stosowanie słodu owsianego zamiast jęczmiennego. Ze względu na mniejszą siłę enzymatyczną tego słodu zużywa się go dwa razy więcej, a ponieważ zawiera on 4% tłuszczu, działa podobnie jak olej.

    Mniej skutecznymi środkami są: silniejsze ukwaszanie przycierków i prowadzenie fermentacji przy obniżonej temperaturze. Zaciery gęste, o gęstości powyżej 18°Blg, mają skłonność do nadmiernego zagrzewania się i dlatego, jeszcze przed dojściem temperatury do maksymalnej dla danej rasy drożdży, należy rozpocząć chłodzenie kadzi fermentacyjnej zimną wodą. Gdy zacier jest zbyt rzadki, albo drożdże osłabione, fermentacja przebiega zbyt wolno i w zaniżonej temperaturze. Należy wówczas podwyższyć temperaturę nastawienia i zwiększyć dawkę drożdży oraz ich pożywkę. Można ewentualnie zmienić drożdże na inne, ale częste zmiany wcale nie są pożądane.

    Jednym z najczęściej spotykanych zaburzeń fermentacji jest zakwaszenie zacieru przez drobnoustroje. Wytwarzają one albo kwas mlekowy prawoskrętny albo kwasy lotne, które niszczą drożdże. Jeżeli bakterie dostały się do zacieru na początku fermentacji, wpłynęły hamująco na cały jej przebieg. Spostrzega się to zazwyczaj przy dofermentowaniu, albo po zakończeniu fermentacji, gdy niedofermentowany zacier jest przekazywany do oddestylowania.

    Aby zapobiec zakażeniu, należy zwrócić uwagę na higienę wszystkich procesów przetwórczych, a zwłaszcza na słodowa-nie, mielenie słodu, rozmnażanie drożdży oraz na samą fermentację. Środki zaradcze były już omawiane w poprzednich rozdziałach. Po każdorazowym opróżnieniu kadzi i płuczki z dwutlenku węgla należy je dokładnie spłukać wodą, a następnie wyparować. Po wyraźnie zakażonym zacierze konieczne jest parowanie z dodatkiem formaliny.

    W celu upewnienia się, że zacier jest czysty pod względem mikrobiologicznym, należy go kontrolować pod mikroskopem

    pompa nurnikowa

    Wzrost kwasowości o więcej niż O,1°D, również wskazuje na zakażenie. Im wzrost kwasowości jest większy, tym gorsze jest odfermentowanie i tym gorsza wydajność alkoholu z surowca. Największe straty w czasie fermentacji są spowodowane zakażeniem i niedofermentowaniem zacierów.

    Źle fermentują zaciery z surowca wadliwego lub przypalonego. Wówczas należy zaciery wadliwe mieszać z dobrymi, podobnie jak to opisano przy przerobie chleba. Zwłaszcza dotyczy to ziemniaków nadgniłych, ziarna zapleśniałego lub przypalonego oraz porażonego przez szkodniki. Przy dobrym odżywianiu drożdży nawet z takich surowców można uzyskać niezłą wydajność spirytusu.

    Przerabianie szlamów krochmalniczych

    Szlamy krochmalnicze zawierają 40-60% wody i odpowiednio 30-50% skrobi, która może znaleźć zastosowanie w produkcji klejów roślinnych, dekstryny i syropu. Nadmiar szlamów kieruje się do gorzelni. Szlamy są ubogie w sole mineralne i dlatego konieczne jest dodawanie dużych ilości pożywek. Na 1000 1 zacieru dodaje się 400 g mocznika, 100 g 40-procentowej soli potasowej, wyciąg wodny z 1 kg superfosfatu i 30 g MgSO4. Wzbogacone szlamy poddaje się następnie parowaniu. W parniku zagrzewa się wodę w ilości tak wyliczonej, aby otrzymać zacier o gęstości ą 15°Blg. Gdy woda osiągnie temp. 70°C, wówczas spuszcza się ją do zacierni, wlewa około 20 1 mleczka słodowego, a następnie uruchamia mieszadło i kieruje do zacierni szlamy w wyliczonej ilości, zależnej od zawartości wody. Pod wpływem gorącej wody i słodu szlamy kleikują i rozpuszczają się. Po kilku minutach przepompowuje się zawartość zacierni do parnika i doprowadza parę do barbotera. W czasie parowania otwiera się na kilka minut odpowietrznik w celu usunięcia szkodliwych substancji lotnych. Czas parowania wynosi ponad 0,5 godziny przy maksymalnym ciśnieniu 0,3 MPa. Uparowaną masę wypuszcza się do zacierni, chłodzi do temp. 55°C i scukrza.

    Zaleca się sporządzanie zacierów mieszanych, gdyż wówczas lepiej fermentują. Jednak wywar z takich zacierów ma mniejszą wartość pokarmową niż wywar ziemniaczany.

    up Góra

    Destylacja spirytusu

    Skład chemiczny różnego rodzaju zacierów odfermentowanych

    Odfermentowany zacier składa się z substancji nielotnych, tworzących suchą masę zacieru, oraz z substancji lotnych. Skład suchej masy zależy od składu przerabianego w gorzelni surowca. Ogólnie w skład suchej masy wchodzą nie odfermentowane cukry, celuloza, różne związki azotowe (np. białko) oraz sole mineralne. Zawartość suchej masy w zacierze odfermentowanym wynosi 4-11%.

    Spośród substancji lotnych zacieru najwięcej jest wody, tj. 77-87%. Na drugim miejscu pod względem ilościowym znajduje się alkohol etylowy, którego w zacierze jest 7-11%. W czasie fermentacji alkoholowej powstają produkty uboczne. Ogólna ilość tych produktów w zacierze nie przekracza zwykle 1%. Dotychczas zidentyfikowano ok. 100 związków chemicznych, które przechodzą do destylatu w czasie odpędzania alkoholu z odfermentowanego zacieru.

    Około połowę ogólnej ilości produktów ubocznych fermentacji alkoholowej stanowi gliceryna, która przy odpędzaniu spirytusu pozostaje w wywarze. Przy fermentacji niektórych surowców, np. ługów posiarczynowych, tj. produktu odpadowego powstającego w wytwórniach celulozy, wytwarza się duża ilość metanolu, zbliżona do ilości gliceryny.

    Odfermentowane zaciery zbożowe, ziemniaczane i melasowe zawierają małe ilości metanolu. W zacierach tych znaczniejszą pozycję spośród ubocznych produktów stanowią kwasy organiczne (kwas bursztynowy, octowy, mlekowy i inne) oraz wyższe alkohole, tj. alkohol propylowy, izobutylowy, amylowy i inne. Wyższe alkohole zawarte w odfermentowanym zacierze nazywa się ogólnie fuzlami. W środowisku fermentującym powstają ponadto różne estry i aldehydy.

    Jednym z ubocznych produktów zaliczanych do grupy aldehydów jest furfurol. Największą ilość furfurolu stwierdzono w zacierach zbożowych, natomiast w brzeczce melasowej jest go bardzo mało. Ogólna zawartość ubocznych produktów fermentacji zależy od surowca i przebiegu fermentacji. Przerabiając surowiec gorszej jakości należy się spodziewać, że ogólna ilość produktów ubocznych będzie większa niż przy fermentacji surowców normalnych. Zawartość gliceryny w brzeczkach (zacierach) gorzelniczych zależy od rodzaju surowca, pH fermentującego zacieru, rasy drożdży, stężenia cukru i wielu innych parametrów. Nie można zatem podać ściśle przewidywanej ilości różnych związków, które będą znajdowały się w odfermentowanym zacierze. Można natomiast określić w przybliżeniu ilość głównych substancji oraz zawartość związków należących do poszczególnych grup chemicznych, co zostało zestawione w tabeli X-l w odniesieniu do zacieru zbożowego, ziemniaczanego i melasowego.

    Tabela X-1
    Skład zacierów odfermentowanych
    SkładnikiZawartość w % w zacierach odfermentowanych
    zbożowychziemniaczanychmalasowych
    Sucha substancja6-84-58-11
    Woda81-8685-9077-83
    Alkohol etylowy7-107-98-11
    Gliceryna0,4-0,60,4-0,60,4-0,6
    Alkohol metylowy0,02-0,030,02-0,030
    Kwasy organiczne0,1-0,20,1-0,20,1-0,2
    Kwasy nieograniczne0,1-0,20,1-0,20,1-0,2
    Estry0,01-0,020,01-0,020,01-0,02
    Aldehydy0,001-0,0020,001-0,0020,001-0,002

    up Góra

    Podstawy procesu odpędzania spirytusu

    Wydzielanie spirytusu z odfermentowanej brzeczki (zacieru) odbywa się za pomocą destylacji. Destylacją nazywa się odparowanie cieczy i skroplenie wytworzonej pary. Ponieważ głównymi składnikami zacierów odfermentowanych (brzeczek) są: woda i alkohol etylowy, należy omówić zachowanie się tego roztworu w czasie destylacji.

    Temperatura wrzenia czystego alkoholu etylowego wynosi 78,32°C, a wody - 100°C. W czasie ogrzewania roztworu alkohol etylowy, jako bardziej lotny, będzie szybciej przechodził w stan pary niż woda. A zatem z roztworu zawierającego małą ilość alkoholu można otrzymać destylat o znacznie większej zawartości alkoholu niż roztwór wyjściowy.

    Tabela X-2
    Temperatura wrzenia roztworów
    wodno-alkoholowych oraz zawartość alkoholu w parach
    powstających z tych cieczy
    Zawartość alkoholuTemperatura wrzeniaZawartość alkoholuTemperatura wrzeniaZawartość alkoholuTemperatura wrzenia
    w roztworzew parzew roztworzew parze
    % obj.% obj.% obj.% obj.
    0100,00,075,080,484,2
    1,099,09,980,079,986,5
    5,095,935,885,079,589,1
    10,092,651,090,079,091,8
    20,088,366,291,078,892,6
    30,085,769,392,078,693,3
    40,084,172,093,078,593,8
    50,082,875,094,078,494,5
    55,082,376,695,078,395,4
    60,081,878,296,078,296,2
    65,081,280,097,078,297,1
    70,080,881,997,278,1797,2

    W tabeli X-2 są podane temperatury wrzenia roztworów wodno-alkoholowych o różnym składzie oraz różnej zawartości alkoholu etylowego w parach powstających w czasie ogrzewania tych roztworów. Temperatury wrzenia roztworów wodno-alkoholowych są niższe niżby to wynikało ze składu roztworów i temperatury wrzenia poszczególnych komponentów.

    Temperatury wrzenia roztworów wodno-alkoholowych

    Widać to na wykresie podanym na rysunku X-1. Linia przerywana oznacza temperatury obliczone na podstawie składu roztworu oraz temperatury wrzenia alkoholu etylowego i wody, a linia ciągła - rzeczywiste temperatury wrzenia tej cieczy o różnym składzie. Najniższą temperaturę wrzenia, tj. 78,17°C, wykazuje roztwór składający się z 97,2% objętościowych etanolu i 2,8% objętościowych wody. Para powstająca z roztworu o tym składzie zawiera również 97,2% obj. etanolu i 2,8% obj. wody, a zatem za pomocą zwykłej destylacji nie można otrzymać spirytusu o stężeniu wyższym niż 97,2%. Spirytus o stężeniu 97,2% jest mieszaniną azeotropową. Przy destylacji roztworu zawierającego mało alkoholu pary zawierają wielokrotnie większe stężenie tego składnika, niż destylowany roztwór. Na podstawie danych z tabeli X-2 można dokładnie obliczyć stosunek (iloraz) zawartości alkoholu w parze do zawartości alkoholu w roztworze. Jeżeli np. roztwór ma stężenie 10,0%, to pary będą miały stężenie 51,0%. Iloraz wynosi 51,0:10,0 = 5,1. Iloraz ten nazwano współczynnikiem lotności alkoholu etylowego, o symbolu Ka. Współczynniki lotności dla roztworów wodno-alkoholowych o różnej mocy podano w tabeli X-3.

    Tabela X-3
    Współczynniki lotności Ka roztworów wodno-alkoholowych
    Zawartość etanolu
    w roztworze % obj.
    KaZawartość etanolu
    w roztworze % obj.
    Ka
    19,970,01,170
    105,180,01,080
    203,390,01,020
    302,492,01,0140
    401,894,01,005
    501,596,01,002
    601,397,21,000

    W miarę wzrostu stężenia destylowanego roztworu alkoholowego współczynnik lotności Ka maleje, co przedstawiono graficznie na rysunku X-2. Oznacza to, że za pomocą destylacji łatwiej uzyskać spirytus surowy o stężeniu 90% z brzeczki zawierającej 10% alkoholu niż spirytus rektyfikowany o stężeniu 97% ze spirytusu o stężeniu 90%. W pierwszym bowiem przypadku wystarczy przeprowadzić sześć kolejnych destylacji, a w drugim - kilkanaście destylacji. Wydzielanie alkoholu z odfermentowanego zacieru i wzmacnianie destylatu można przeprowadzić w aparaturze laboratoryjnej, której schemat pokazano na rysunku X-3. Współczynnik lotności Ka alkoholu etylowego

    Do kolby 1 wlewa się odfermentowaną brzeczkę zawierającą ok. 10% alkoholu. Przy podgrzewaniu brzeczki do stanu wrzenia za pomocą palnika 2 powstaje para zawierająca 51% alkoholu. Para ta skrapla się w naczyniu 3. Oddestylowanie części alkoholu z brzeczki w kolbie 1 powoduje, że pozostała ciecz w kolbie nie zawiera już 10% alkoholu, lecz mniej. Temperatura wrzenia tej cieczy jest wyższa niż brzeczki o zawartości 10% alkoholu, a pary zawierają mniej etanolu. Średnia moc destylatu zbierającego się w naczyniu 3 wynosi ok. 30% obj. Ponieważ w miarę postępującej destylacji temperatura powstającej pary w kolbie 1 jest coraz wyższa, para ta powoduje wrzenie destylatu zbierającego się w naczyniu 3. Para powstająca w naczyniu 3 skrapla się w naczyniu 4. Średnia moc destylatu w naczyniu 4 wynosi ok. 58%. Proces stopniowego wzmacniania destylatu zachodzi również w dalszych naczyniach: 5, 6 i 7. Pary z naczynia 7 są kierowane do chłodnicy 8. Destylat o mocy ok. 90% zbiera się w cylindrze 9. W celu skroplenia par spirytusowych do chłodnicy 8 oraz do naczyń 3-7 doprowadza się wodę. Dopływ wody do naczynia 7 jest regulowany w taki sposób, aby temperatury w poszczególnych zbiornikach 3-7 były zbliżone do temperatur wrzenia zbierających się destylatów. Przedstawiony proces nazywa się destylacją wielokrotną.

    Aparat do destylacji wieloktotnej

    Podobne zjawiska zachodzą w kolumnie aparatu odpędowego i rektyfikacyjnego. Aparaty te mają po kilkanaście lub kilkadziesiąt przegród, zwanych półkami. Każda półka kolumny działa podobnie jak jedno z naczyń opisanego aparatu laboratoryjnego do wielokrotnej destylacji. Moc destylatu znajdującego się na coraz wyższych półkach stopniowo wzrasta. Pary z górnej, najwyższej półki, są odprowadzane do deflegmatora, w którym część z nich skrapla się i jest kierowana z powrotem na półki kolumny.

    Zawracanie destylatu do kolumny jest konieczne, aby półki były zalane płynem, bo tylko w takich warunkach, jak to widzieliśmy na przykładzie opisanego aparatu laboratoryjnego, może zachodzić wzmacnianie par alkoholu. W przeciwnym przypadku kolumna byłaby tylko kominem, przez który przechodziłyby pary spirytusowe bez zmiany składu.

    Ciecz zawracana z deflegmatora do kolumny nazywa się flegmą. Ilość zawracanej flegmy jest kilkakrotnie większa od ilości odbieranego destylatu. Stosunek ilości flegmy do destylatu nazywa się stopniem deflegmacji. W aparatach odpadowych wynosi on 2-3, a w aparatach rektyfikacyjnych 4-5.

    Przy odpędzaniu niektóre uboczne produkty fermentacji nie przechodzą do destylatu, lecz pozostają w wywarze. Należą do nich przede wszystkim gliceryna oraz niektóre kwasy, np. mlekowy. W wywarze pozostaje również kwas siarkowy dodawany do brzeczki w celu jej zakwaszenia. Większość produktów ubocznych fermentacji oddestylowuje się razem z alkoholem i wodą.

    up Góra

    W spirytusie surowym znajdują się nie tylko związki o niskiej temperaturze wrzenia, jak aldehyd octowy (20,8°C), mrówczan etylu (54,2°C), octan etylu (77,2°), ale również związki o temperaturze wrzenia wyższej niż temperatura wrzenia wody. Jest to możliwe dlatego, że większość ubocznych produktów fermentacji alkoholowej daje z wodą mieszaniny azeotropowe o temperaturze wrzenia poniżej 100°C. Niektóre z nich dają z wodą i etanolem azeotropy trójskładnikowe.

    W tabeli X-4 jest podany skład i temperatury wrzenia azeotropów utworzonych przez niektóre uboczne produkty fermentacji alkoholowej.

    Tabela X-4
    Aezotropy dwu i trójskładnikowe utworzone
    z wody, etanolu i niektórych ubocznych produktów fermencacji alkoholowej
    Czyste składniki Mieszanina aezotropowa
    ABCZawartość
    składnika
    Zawartość
    składnika
    Zawartość
    składnika
    Temp.
    wrzenia °C
    SkładnikTemp.
    wrzenia
    °C
    SkładnikTemp.
    wrzenia
    °C
    SkładnikTemp.
    wrzenia
    °C
    A%B%C%_
    Alkohol propylowy97woda100--70,929,1-87,8
    Alkohol izobutylowy107woda100--67,033,0-89,8
    Alkohol izoamylowy132woda100--50,449,6-85,2
    Maślan etylu120woda100--18,581,5-87,9
    Octan izoamylu142woda100--64,935,1-99,1
    Acetal103alkoh.78,3--76,024,0-76,0
    Furfurol162woda100--35,065,0-97,5
    Kwas masłowy163woda100--18,481,6-99,4
    Octan etylu77woda100alk.etyl.78,382,69,08,470,2

    Zjawiska zachodzące w czasie odpędzania i rektyfikacji spirytusu są skomplikowane i nie zostały dotychczas w pełni wyjaśnione. Jedną z podstawowych trudności w obserwacji tych zjawisk jest brak metod analitycznych umożliwiających identyfikowanie i oznaczanie ilościowe poszczególnych zanieczyszczeń spirytusu w różnych miejscach kolumn odpadowych i rektyfikacyjnych. Zastosowanie w tych badaniach nowoczesnych metod umożliwi dokładniejsze poznanie procesu odpędzania i rektyfikacji.

    up Góra

    Typy aparatów odpędowych

    Aparaty służące do odpędzania alkoholu z przefermentowanych cieczy znane są od kilkuset lat. Pierwotnie aparat odpędowy składał się z kotła ustawionego na palenisku oraz prymitywnej chłodnicy wężownicowej. Do kotła wlewano porcję płynu (zacieru) zawierającego alkohol i rozpoczynano ogrzewanie. Pary spirytusowe o coraz mniejszej zawartości alkoholu skraplały się w chłodnicy i były zbierane w oddzielnym zbiorniku. Jeśli destylat zawierał małe ilości alkoholu — do 1% — odpędzanie uważano za zakończone. Przeciętna moc otrzymywanego destylatu wynosiła 10-30%. W celu otrzymania mocniejszego spirytusu ciecz należało ponownie destylować. Aparaty tego typu nazywa się aparatami odpędowymi do pracy okresowej, gdyż cykl produkcyjny powtarzał się co pewien czas.

    Aparaty do pracy okresowej były stale ulepszane. Jednym z ulepszeń było wprowadzenie ogrzewania za pomocą pary wodnej, zamiast ogrzewania bezpośredniego. Istotną modyfikację wprowadził w r. 1817 właściciel gorzelni w Niemczech Pistorius. Aparat Pistoriusa umożliwiał otrzymanie z odfermentowanego zacieru spirytusu o mocy ok. 85%. Aparaty tego typu zostały szybko rozpowszechnione. Na rysunku X-4 jest pokazany schemat aparatu odpadowego Pistoriusa z deflegmatorem talerzowym

    Aparat odpędowy Pistoriusa

    Zacier był nalewany do kotła górnego 1 i ogrzewany parą wodną. W czasie odpędzania alkoholu z kotła 1 część zacieru przepływała do kotła 2 ustawionego niżej, w którym następowało oddestylowanie pozostałej części alkoholu. Pary alkoholu dostawały się do deflegmatora talerzowego 3, w którym część z nich skraplała się i wracała do kotła. Para zawierająca ok. 85% alkoholu była kierowana do chłodnicy 4, tam skraplała się, a ciecz przez klosz przepływowy i filtr 5 spływała do odbieralnika.

    Na przełomie XIX i XX w. wprowadzono w gorzelniach aparaty odpędowe o działaniu ciągłym. Zasilanie odfermentowanym zacierem aparatów do pracy ciągłej odbywa się w sposób nieprzerwany. Odbieranie spirytusu jest również ciągłe, przy czym moc destylatu nie ulega dużym wahaniom. Spośród aparatów do pracy ciągłej można wyróżnić dwa typy:

    1. aparaty jednokolumnowe;
    2. aparaty dwukolumnowe.
    Uproszczone schematy tego typu aparatów są pokazane na rysunku X-5.

    Aparaty odpędowe do pracy ciągłej

    Aparat jednokolumnowy, nazywany również aparatem jednosłupowym, składa się z czterech podstawowych części: kolumny zacierowej, kolumny spirytusowej, deflegmatora i chłodnicy. Kolumna spirytusowa jest ustawiona nad kolumną zacierową i tworzy jeden słup, dlatego aparat nazwano jednokolumnowym. Odfermentowany zacier jest najpierw podgrzewany w deflegmatorze. W niektórych aparatach deflegmatory są ustawione bezpośrednio na kolumnie spirytusowej. Ogrzany zacier spływa na najwyższą półkę kolumny 1 (rys. X-5a). Kolumna ma 11-20 półek. W dolnej części kolumny znajduje się bełkotka, która parą wodną ogrzewa zacier. Zacier przelewa się z półek górnych na półki położone coraz niżej i traci stopniowo alkohol. Zacier pozbawiony alkoholu nazywa się wywarem. Wywar jest odprowadzany z aparatu w sposób ciągły za pomocą syfonu lub regulatora odpływu wywaru. Pary spirytusu ulegają wzmocnieniu na półkach kolumny 2, a następnie w deflegmatorze 3. Flegma zasila kolumnę spirytusową, a pary nie skroplone są kierowane do chłodnicy 4. Spirytus spływa do odbieralnika.

    Aparat dwukolumnowy składa się z takich samych części pod-stawowych jak aparat jednokolumnowy, tj. z kolumny zacierowej, kolumny spirytusowej, deflegmatora i chłodnicy. Kolumna zacierowa i kolumna spirytusowa są ustawione obok siebie i dlatego aparat nazywa się dwukolumnowym. W niektórych aparatach dwukolumnowych deflegmator jest ustawiony bezpośrednio na kolumnie spirytusowej. Zacier podgrzany w deflegmatorze 3 (rys. X-5b) spływa do kolumny 1. Kolumna ma 12-20 półek i jest ogrzewana parą wodną. Wywar jest odprowadzany z kolumny za pomocą syfonu lub regulatora odpływu wywaru. Pary spirytusowe zawierające 30-40%ť alkoholu są kierowane do kolumny 2. Kolumna spirytusowa ma 20-30 półek. Spirytus wzmacnia się na półkach tej kolumny do mocy 93-95%. Z dolnej części kolumny 2 odprowadza się w sposób ciągły wodę odwarów ą, tj. ciecz nie zawierającą alkoholu, a z górnej części tej kolumny pary spirytusu są kierowane do deflegmatora 3. W deflegmatorze 65-75% dopływających par ulega skropleniu i wraca jako flegma do kolumny spirytusowej. Pozostała ilość par alkoholu skrapla się i oziębia w chłodnicy 4, skąd spływa do odbieralnika

    Aparaty dwukolumnowe są niższe od jednokolumnowych, wymagają zatem niższych budynków aparatowni. Z aparatów dwukolumnowych otrzymuje się spirytus o wyższej mocy, a ponadto wywar zawiera więcej suchej masy niż wywar z aparatów jednokolumnowych, gdyż część wody jest odbierana z kolumny spirytusowej w postaci wody odwarowej. Aparaty dwukolumnowe są jednak droższe, ponieważ do ich budowy zużywa się więcej materiału niż do budowy aparatów jednokolumnowych

    up
    Góra

    Części składowe aparatópo odpędowych i rektyfikacyjnych

    Kolumny aparatów odpędowych mają kształt walców. Płaszczę kolumn są wykonane z blachy miedzianej lub stalowej o grubości 3-6 mm i średnicy 0,5-2 m. Kolumna nie jest jednolitym walcem, lecz składa się z kilku członów łączonych na kołnierze. Człony kolumny mogą być również odlane z żeliwa. Dolną część kolumny stanowi kociołek, tj. zbiornik o wysokości ok. 1 m, w którym jest umieszczona dziurkowana rura, zwana bełkotką. Do bełkotki jest doprowadzana para grzejna. Kociołek jest zaopatrzony w płynowskaz, manometr oraz kilka króćców. Nad kociołkiem znajdują się półki. W kolumnach zacierowych są stosowane półki pojedynczego gotowania i półki podwójnego gotowania.

    Półka pojedynczego gotowania jest pokazana na rysunku X-6. Jest to poziom przegroda 1 przymocowana do płaszcza kolumny. W środku przegrody jest utworzona szyja 2 w kształcie ściętego stożka wysokości ok. 10 cm. Szyja jest nakryta kołpakiem 3 w postaci dzwonu. W przegrodźie jest umieszczona rura przelewowa 4. Rury przelewowe w dwu sąsiednich półkach ; umieszczone przeciwległe. W rurach przelewowych są osadzone zastojniki 5 wyjmowane w przypadku konieczności opróżnień półki.

    Półka pojedyńczego gotowaniaPółka podwójnego gotowania

    W płaszczu kolumny pomiędzy poszczególnymi półkami umieszczone są wzierniki lub właziki 6 służące do obserwowania pracy półek lub do ich oczyszczania. Odległość między półkami wynosi 30-50 cm. Praca półki przebiega w następujący sposób. Zacier doprowadzony do półki zbiera się na niej do wysokości górnej krawędzi zastojnika, po czym nadmiar przelewa się przez zastojnik i rurę przelewową na niższą półkę. Aby spływ odbywał się bez przeszkód, zastojnik 5 musi być nieco niższy od szyi 2, a koniec rury przelewowej powinien być zanurzony w płynie na niższej półce. Para, która wywiązuje się z gotowego zacieru na półce, przechodzi przez szyję półki położonej wyżej, a następnie przez szczelinę utworzoną przez szyję i kołpak. W ten sposób para powoduje wrzenie cieczy znajdującej się na tej półce i wywiązywanie się nowych par, które unoszą się ku górze. Opisany proces powtarza się na każdej półce. Zacier spływając w dół przez zastojniki i rury przelewowe traci stopniowo alkohol, a pary przechodząc do góry zawierają coraz więcej alkoholu. Na rysunku X-7 jest pokazany schemat półki podwójnego gotowania. Do płaszcza kolumny jest przymocowany pierścień I, a do pierścienia — półka o takiej samej budowie jak półka pojedynczego gotowania. Połączenie półki z pierścieniem jest tak wykonane, aby był możliwy przepływ pary przez szczelinę utworzoną przez pierścień i obrzeże półki. W ten sposób kontakt pary z cieczą na półce odbywa się nie tylko wokół kołpaka, ale również wzdłuż obrzeża półki, co powoduje lepsze gotowanie, a więc i wyższą sprawność urządzenia. Oznacza to w praktyce, że kolumna zacierowa może mieć mniej półek podwójnego gotowania niż kolumna wyposażona w półki pojedynczego gotowania, a będzie mogła odpędzić alkohol z podobnej ilości odfermentowanego zacieru.

    Kolumny zacierowe dla gorzelni melasowych mogą być wyposażone również w półki sitowe. Półka sitowa jest pokazana na rysunku X-8. Jest to płaska przegroda posiadająca dużą ilość otworów o średnicy kilku milimetrów. W każdej półce jest umocowana rura przelewowa z zastojnikiem. Koniec rury przelewowej jest umieszczony w miseczce znajdującej się na półce. Para z dolnych półek przechodzi do góry przez otworki, powodujące wrzenie cieczy. Ponieważ para ma pewne ciśnienie, płyn z półki nie ścieka przez otworki, lecz przez rurę przelewową. Ciecz spływa do miseczki, a następnie rozlewa się po całej półce i trafia do zastojnika z rurą przelewową. Rury przelewowe ustawia się naprzemianlegle. Budowa tej półki jest bardzo prosta.

    Zaletą półki sitowej jest dobry kontakt cieczy z parą, a więc wysoka sprawność, natomiast ujemną stroną jest duża wrażliwość na zmiany ciśnienia pary grzejnej. Po obniżeniu się tego ciśnienia ciecz z półek spływa przez otworki i półki opróżniają się. Na ponowne doprowadzenie kolumny do stanu równowagi potrzeba wtedy pewnego czasu. Półki tego typu nie nadają się do gotowania cieczy gęstych, kleistych i zawierających grubszą zawiesinę.

    Półka sitowaPółka wielokołpakowa

    W kolumnach spirytusowych i rektyfikacyjnych są stosowane półki wielokołpakowe lub sitowe. Schemat półki wielokołpakowej jest pokazany na rysunku X-9. Półka ta jest zbudowana podobnie jak półka pojedynczego gotowania, z tym że ma nie jeden, lecz kilka lub kilkanaście kołpaków. Mają one odpowiednio mniejsze wymiary w porównaniu z kołpakami w kolumnie zacierowej. Na przykład jeśli kołpaki kolumny zacierowej mają średnicę 50 cm, to kołpaki kolumny spirytusowej 15-30 cm. W celu zwiększenia linii barbotażu, tj. linii kontaktu pary z cieczą, obrzeża kołpaków mogą mieć kształt trójkątnych lub prostokątnych zębów. Ruch cieczy i pary na półce wielokołpakowej odbywa się podobnie jak na półce pojedynczego gotowania. Przelewy w półkach tego typu mogą być umieszczone po jednej stronie kolumny, jak to pokazano na rysunku X-9. W tym przypadku trzeba stosować przegrody 9, aby zmusić ciecz do wykonania dłuższej drogi od momentu spływu do czasu przelewu na niższą półkę. Półki w kolumnach powinny być umieszczone poziomo. Jeśliby ten warunek nie został spełniony, to warstwa cieczy będzie nierównomierna i para z dolnej półki będzie się przedostawała przede wszystkim w tym miejscu, gdzie jest najmniej płynu. Półka nie będzie zatem pracowała na całej powierzchni i sprawność jej zmaleje. W górnej części kolumny powinna być pozostawiona wolna przestrzeń wynosząca ok. 1 m, co zabezpiecza przed przedostaniem się cieczy do deflegmatora. W tej części aparatu powinien być umieszczony również manometr i termometr.

    up Góra

    Regulatory dopływu pary i odpływu wywaru

    Aby proces odpędzania przebiegał prawidłowo, trzeba między innymi utrzymywać w kolumnach stałe ciśnienie na założonym poziomie. Ponieważ para z kotła jak również opary wykorzystywane do ogrzewania kolumn mają zmienne ciśnienie, trzeba stosować specjalne urządzenia, zwane regulatorami dopływu pary. Jeden z typów regulatorów jest pokazany na rysunku X-10.

    Regulator dopływu pary

    Urządzenie składa się z dolnego kociołka 1, w którym znajduje się ciecz do wysokości przelewu 2. Króćców przelewowych może być kilka z tym, że króćce 3 położone niżej są zaopatrzone w zawory, a króciec położony najwyżej musi mieć zawsze wolny spływ. Regulator jest połączony z kolumną za pomocą rury impulsowej 4. Ciśnienie panujące w kolumnie oddziałuje na płyn w kociołku 1. Przy wzroście ciśnienia ciecz jest wypychana do górnego kociołka 5. Wtedy pływak umieszczony w tym kociołku podnosi się i za pomocą dźwigni 6 oraz drążka 7 przymyka zawór 8 umieszczony na rurociągu doprowadzającym parę do kolumny. Jeżeli ciśnienie w kolumnie spada, pływak obniża się, powodując otwieranie zaworu parowego. Do kolumny jest doprowadzona wtedy większa ilość pary i ciśnienie znów powoli wzrasta.

    Opisane urządzenie może regulować ciśnienie z dużą dokładnością, gdyż już zmiana ciśnienia w kolumnie wynosząca 50 cm wysokości słupa wody, tj. 0,05 at powoduje ruch pływaka w kociołku 5 i otwieranie lub zamykanie zaworu parowego. Ciśnienie w dolnej części kolumny zacierowej wynosi zwykle l,0-l,5 m słupa wody. Taka sama różnica poziomów płynu w kociołku 1 i 5 występuje w regulatorach ustawionych przy tych kolumnach, gdyż rura impulsowa jest doprowadzona zwykle do przestrzeni parowej dolnego kociołka kolumny lub do przestrzeni parowej nad pierwszą albo drugą dolną półką. Do odprowadzania wywaru służy automatyczny przetłocznik wywaru.

    up Góra

    Deflegmatory

    Przy kolumnach aparatów odpędowych stosuje się deflegmatory rurkowe, płaszczowo - wężownicowe oraz skrzyniowe. Na rysunku X-13 jest pokazany deflegmator rurkowy. Ma on kształt zamkniętego cylindra.

    Deflegmator rurkowy

    W cylindrze 1, wykonanym z blachy miedzianej, są umocowane dwie przegrody 4 z otworami. W tych otworach są umieszczone rury 5 miedziane lub brązowe. Rury mają średnicę 30-50 mm i długość l-2 m. Końce rur są rozwalcowane i w ten sposób przegrody 4 tworzą szczelną komorę międzyrurkową. Przewodem 6 są doprowadzone do komory pary spirytusowe z kolumny. Pod wpływem zimnej wody doprowadzonej przewodem do rurek deflegmatora większa część par skrapla się i spływa jako flegma z powrotem do kolumny. Rura flegmowa 8 ma kształt litery U. Zbierający się w tym przewodzie płyn tworzy zamknięcie hydrauliczne, uniemożliwiające wydobywanie się tą rurą par spirytusowych z kolumny. Nieskroplone pary spirytusowe są kierowane do chłodnicy przewodem 7. Woda chłodząca ogrzewa się w deflegmatorze do temp. ok. 50, a nawet 70°C i jest odprowadzana na zewnątrz. Wielkość deflegmaterów i chłodnic określa się powierzchnią chłodzącą wyrażoną w m2. Jest to powierzchnia kontaktu czynnika chłodzącego (woda, zacier) i chłodzonego (pary spirytusowe, gorący spirytus).

    W czasie przepływu wody chłodzącej na rurach deflegmatora osadza się kamień. Występuje to szczególnie wtedy, jeśli woda ma dużą twardość przemijającą. Kamień powoduje duże pogorszenie warunków wymiany ciepła i urządzenie pracuje wtedy z małą sprawnością. Do deflegmatorów trzeba zatem doprowadzać wodę miękką, a w przypadku braku takiej wody rurki deflegmatora należy czyścić w sposób mechaniczny lub chemiczny. Czyszczenie mechaniczne może odbywać się w czasie ruchu aparatu, np. za pomocą stalowych szczotek osadzonych na giętkim wale poruszanym ruchem obrotowym za pomocą silnika. Czyszczenie chemiczne za pomocą kwasów może odbywać się po wyłączeniu deflegmatora z pracy.

    Deflegmator płaszczowo - wężownicowy

    Na rysunku X-14 jest pokazany schemat deflegmatora płaszczowo - wężownicowego. Deflegmator tego typu ma również kształt cylindra. W płaszczu 1 są umieszczone współśrod-kowo dwa naczynia 3 i 4 w ten sposób, że pomiędzy ścianami jest utworzona przestrzeń, w której znajduje się wężownica 8. Wężownicą przepływa odfermentowany zacier, który jest ogrzewany parami spirytusu. Pary spirytusu doprowadzane z kolumny przewodem 15 wypełniają komorę i tu większa ich część skrapla się na wężownicy i ściankach komory chłodzonych wodą. Zimną wodę doprowadza się przewodem 11; dostaje się ona również do wewnętrznego cylindra 4 przez rurki 10. Para nie skroplona jest odprowadzana przewodem 9 do chłodnicy. Powierzchnia chłodząca deflegmatora płaszczowo-wężownicowego równa się sumie powierzchni dwóch cylindrów umieszczonych w płaszczu deflegmatora oraz powierzchni wężownicy znajdującej się w komorze spirytusowej.

    Wspomniany deflegmator skrzyniowy był stosowany w aparatach żeliwnych, które wychodzą z użycia. Deflegmatory oprócz zasilania flegmą kolumn spirytusowych pełnią również funkcje półek, gdyż nieskroplona część par spirytusowych kierowana do chłodnicy również zawiera więcej alkoholu niż flegma. Efekt wzmacniania pary jest tym większy, im więcej zawraca się flegmy w stosunku do spirytusu kierowanego do chłodnicy. Jednak takie postępowanie jest nieprawidłowe, gdyż przy wysokim stopniu deflegmacji zużywa się dużo pary na jednostkę odbieranego destylatu, a zatem rosną koszty wytwarzania spirytusu. Deflegmator nie powinien mieć za dużej powierzchni chłodzącej w stosunku do przerabianego zacieru. W aparatach odpędowych przyjmuje się przeciętnie, że przy produkcji 100 1 spirytusu na godzinę z brzeczki melasowej, zbożowej lub ziemniaczanej powierzchnia deflegmatora powinna wynosić 4-6 m2.

    up Góra

    Chłodnice

    Pary spirytusu opuszczające deflegmator są kierowane do chłodnicy w celu ich skroplenia i ochłodzenia płynu. Chłodnice mogą mieć różną budowę; czynnikiem oziębiającym jest w nich zawsze woda. Najbardziej rozpowszechnione są chłodnice typu rurkowego (rys. X-15a), których budowa jest podobna do budowy deflegmatorów rurkowych. Para spirytusu wchodzi do górnej części przestrzeni międzyrurkowej chłodnicy, a oziębiony płyn jest odprowadzany w części dolnej. Woda chłodząca płynie rurkami od dołu ku górze.

    Chłodnice

    Na rysunku X-15a jest pokazana chłodnica wężownicowa. Wężownica jest umieszczona w zbiorniku cylindrycznym wypełnionym całkowicie wodą, którą doprowadza się od dołu. Pary spirytusu wchodzą przewodem 1, a ochłodzony spirytus odpływa przewodem 2. Na rysunku X-15b jest pokazana chłodnica płaszczowa. W stalowym płaszczu w kształcie walca są umieszczone współ-środkowo dwa podobne cylindryczne naczynia tworzące między ściankami niewielką przestrzeń. Do tej przestrzeni przewodem 1 są doprowadzane pary spirytusu. Woda chłodząca opływa przewodem 3, omywa wewnętrzną i zewnętrzną stronę płaszcza parowego i odpływa u góry przewodem 4. W przestrzeni parowej jest umieszczona spiralnie otwarta rynienka z blachy, która powoduje okrężny ruch pary, a potem skroplonej cieczy. Ochłodzona ciecz jest odprowadzana przewodem 2 do klosza przepływowego. Chłodnice pokazane na rysunku X-15 wymagają do chłodzenia niezbyt twardej wody, gdyż oczyszczanie ich w czasie ruchu jest niemożliwe.

    Cyrkulatory

    W tych przypadkach, kiedy zależy nam, aby wywar opuszczający kolumnę nie był rozcieńczony przez bezpośrednie ogrzewanie zacieru parą wodną, stosuje się ogrzewanie pośrednie za pomocą urządzenia, zwanego cyrkulatorem. Płyn z dolnego kociołka kolumny jest kierowany przewodem do cyrkulatora zbudowanego w taki sposób jak deflegmator rurkowy. Do przestrzeni międzyrurkowej jest doprowadzana para grzejna. Para, ogrzewając ciecz doprowadzaną z kolumny, skrapla się. Skropliny odpływają przez garnek kondensacyjny. Jest to urządzenie zbudowane podobnie jak regulator odpływu wywaru. Ciecz ogrzana do temperatury wrzenia jest kierowana przewodem z powrotem do kolumny. Tu następuje oddzielenie pary od cieczy. Para idzie do góry i powoduje gotowanie płynu na półkach, a ciecz wraca do cyrkulatora.

    Cyrkulatory stosuje się również w tych przypadkach, kiedy para grzejna jest zanieczyszczona i mogłaby spowodować, przy bezpośrednim ogrzewaniu, obniżenie jakości spirytusu. Ma to miejsce np. przy ogrzewaniu kolumn odpędowych w gorzelniach melasowych oparami pobieranymi z wyparek do zagęszczania wywaru.

    Manometry

    Manometry

    Ciśnienie w kolumnie można mierzyć za pomocą manometrów płynowych. Dwa typy tych manometrów są pokazane na rysunku X-17. W manometrze pokazanym na rysunku X-17a rurka 3 przenosi ciśnienie z kolumny i powoduje podnoszenie się cieczy w rurce szklanej 4. Obok tej rurki jest umieszczona skala, na której można odczytać ciśnienie w centymetrach. Manometr jest instalowany powyżej miejsca, w którym mierzy się ciśnienie, gdyż nadmiar cieczy zbierającej się w naczyniu 1 powinien swobodnie spływać z powrotem do kolumny. Na rysunku X-17b jest pokazana rurka manometryczna, mająca bezpośredni kontakt z płynem na określonej półce kolumny. Ciśnienie panujące na tej półce powoduje podniesienie się cieczy w rurce na wysokość odpowiadającą temu ciśnieniu. Zamiast opisanych przyrządów ciśnienie można mierzyć za pomocą manometrów sprężynowych, odczytując ciśnienie z tarczy manometru.

    up Góra

    Odpędzanie spirytusu

    Uruchomienie nowego aparatu powinno być dokonane przez przedsiębiorstwo, które dostarczyło aparat. Wtedy należy sprawdzić wskaźniki założone w projekcie a mianowicie: przepustowość aparatu w litrach zacieru na godzinę, ciśnienie i temperatury w różnych miejscach kolumny, przy których aparat pracuje normalnie, moc otrzymywanego spirytusu, zużycie pary grzejnej, zużycie wody chłodzącej oraz temperatury w chłodnicy i deflegmatorze. Optymalne wskaźniki, przy których aparat pracuje najlepiej, zapisuje się w instrukcji technologicznej, która wraz ze schematem aparatu powinna być przechowywana w aktach gorzelni. Pracownik obsługujący aparat powinien znać parametry podane w instrukcji.

    Uruchomienie aparatu przy rozpoczęciu kampanii lub po przymusowym opróżnieniu kolumn rozpoczyna się od napełnienia półek kolumny zacierowej odfermentowanym zacierem. Zacier pompuje się do czasu, aż dopłynie rurami przelewowymi do dolnych półek. W tym czasie napełnia się również wodą chłodnicę i deflegmator, sprawdzając przy tym, czy rurociągi są drożne, o czym świadczy swobodny przepływ wody przez obydwa urządzenia. Ponieważ woda chłodnicza jest kierowana najpierw do chłodnicy, a później do deflegmatora, wystarczy obserwować odpływ cieczy z deflegmatora. Po upewnieniu się, że chłodnica i deflegmator są napełnione wodą, a jej przepływ odbywa się bez przeszkód, dopływ wody przerywa się i zaczyna się powoli wpuszczać parę do kociołka kolumny odpędowej. Do czasu ogrzania się kociołka kolumny i jego zawartości parę należy wpuszczać bardzo wolno, aby uniknąć wstrząsów, które następują przy przenikaniu pary do zimnej cieczy, a które mogą spowodować uszkodzenie pierwszej dolnej półki.

    Kolumna nagrzewa się stopniowo, co można obserwować na podstawie wskazań termometrów. Po dojściu pary do deflegmatora, co trwa, zależnie od wielkości aparatu, 0,5-l godziny, pary skraplają się i wracają jako flegma z powrotem do kolumny spirytusowej. Po pewnym czasie temperatura flegmy zaczyna wzrastać. Przy normalnej pracy aparatu temperatura flegmy powinna się wahać w granicach 65-75°C. Nie należy zatem silnie chłodzić deflegmatora, gdyż wtedy pary spirytusowe nie przedostają się do chłodnicy. Kiedy temperatura flegmy osiągnie podaną wielkość, należy oczekiwać, że wkrótce w kloszu przepływowym ukaże się strumień spirytusu. W tym czasie uruchamia się niewielki dopływ wody do chłodnicy. Przed ukazaniem się spirytusu w kloszu przepływowym można zauważyć wydobywanie się niewielkiej ilości oparów spirytusu i powietrza z rurki odpowietrzającej. Po stwierdzeniu przepływu spirytusu przez klosz uruchamia się pompę podającą odfermentowany zacier do aparatu i zwiększa stopniowo dopływ wody do chłodnicy oraz deflegmatora, osiągając ilości podane w instrukcji. Zwiększa się też odpowiednio dopływ pary grzejnej do aparatu. Dalszy ciąg czynności polega na utrzymaniu ruchu aparatu w optymalnych warunkach podanych w instrukcji.

    Jako ogólne wskazówki można podać, że jeśli przez klosz spływa spirytus słabszy od normalnego dla danego aparatu, trzeba zwiększyć dopływ zacieru lub zmniejszyć strumień przepływającego spirytusu przez większe ochłodzenie deflegmatora. Jeśli przez klosz płynie zbyt mocny spirytus, trzeba zmniejszyć dopływ zacieru lub zmniejszyć chłodzenie deflegmatora. Jeżeli wywar zawiera alkohol, należy zwiększyć ciśnienie w aparacie przez zwiększenie dopływu pary grzejnej lub zmniejszyć dopływ zacieru. Należy przy tym zwracać uwagę, aby przestrzenie międzypółkowe nie były zalane zacierem, gdyż zmniejsza się wówczas wydajność aparatu (kilka zalanych półek pracuje tak jak jedna półka).

    Częstym powodem zalewania półek jest wadliwie działający regulator odpływu wywaru. Dlatego należy dość często kontrolować jego działanie. W przypadku zalania półek należy część zacieru usunąć na zewnątrz aparatu. W celu kontroli ruchu obserwuje się ilość doprowadzanego zacieru, temperaturę, ilość i moc odbieranego spirytusu, sprawdza się zawartość alkoholu w zacierze, temperaturę i ciśnienie w dolnych i górnych częściach kolumn, temperaturę flegmy oraz wody po przejściu przez chłodnicę i deflegmator. Stwierdzone wielkości należy zapisywać co godzinę w specjalnej książce prowadzonej dla każdego aparatu.

    W wielu gorzelniach rolniczych aparat odpędowy pracuje z przerwami. Przy zatrzymywaniu aparatu w tym przypadku nie odpędza się całego alkoholu z kolumny, lecz zacier pozostaje na półkach. Uruchomienie takiego aparatu odbywa się w podobny sposób z tym, że na wstępie nie trzeba napełniać kolumny zacierem.

    część I... <-- --> ...część III


    up Góra

    Dzisiaj