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


  • Rektyfikacja spirytusu
  • Produkcja wódek
  • Gorzelnictwo przemysłowe
  • ...część II

    Rektyfikacja spirytusu

    Spirytus surowy i rektyfikowany

    Do spirytusu surowego przechodzi około połowy ogólnej ilości produktów ubocznych wytwarzających się w czasie fermentacji alkoholowej. Stanowią one zwykle ok. 0,5% w stosunku do alkoholu etylowego zawartego w spirytusie surowym. Skład chemiczny spirytusu surowego jest podany w tabeli XIX-1. Niektóre rodzaje spirytusu surowego stosuje się bez oczyszczania do produkcji napojów alkoholowych. Na przykład z surówki żytniej otrzymuje się starkę, ze spirytusu ze śliwek - śliwowicę, z ryżu - arak, z melasy trzciny cukrowej - rum, z winogron - winiak (polski koniak). Spirytus surowy owocowy wchodzi w skład wielu wódek gatunkowych.

    Tabela XIX-1
    Skład chemiczny spirytusu surowego
    Rodzaj spirytusu
    surowego
    melasowymelasowyziemniaczanyziemniaczanyziemniaczanyżytniżytni
    12345678
    Moc % obj.
    w temp. 20°C
    9492,690,792,091,294,292,3
    Aldehydy ogółem
    w mg/l 100%
    103,0106,044,030,546,028,031,0
    w tym
    octowy58,971,430,023,033,519,522,8
    propionowy9,75,95,02,34,72,62,3
    izomasłowy6,85,92,81,72,22,93,2
    masłowy0,90,50,30,10,30,30,3
    izowalerianowy20,314,21,40,40,80,50,6
    walerianowy--0,60,60,70,3-
    Metanol
    w % obj.
    0,050,050,20,30,30,050,05
    Fuzle
    w g/l 100%
    1,93,05,04,63,82,36,5
    w tym
    alkoh. n-propylowy 0,70,71,61,41,10,50,6
    alkoh. izobutylowy 0,60,60,90,60,90,91,0
    alkoh. n-butylowy --0,10,10,1-0,1
    alkoh. amylowy (opt.cz.)0,30,70,40,50,40,31,5
    alkoh. izoamylowy0,31,02,02,01,30,63,3
    Kwasy ogółem
    w mg/l 100%
    44,0324,030,090,098,031,0111,0
    w tym
    kwas octowy31,620,05,526,919,916,284,6
    kwas izomasłowy2,91,60,20,30,80,83,9
    kwas masłowy1,20,10,10,10,20,30,8
    kwas izowalerianowy1,10,10,30,040,70,20,3
    kwas walerianowy0,50,10,20,10,030,20,4
    kwas kapronowy0,90,10,41,41,02,419,9
    kwas enantowy0,31,00,050,40,10,30,4
    kwas kaprylowy2,00,24,914,316,53,80,7
    kwas pelargonowy---0,30,40,4-
    kwas 3,kaprynowy1,90,210,533,833,45,4-
    kwas laurynowy2,0-0,94,49,31,6-
    Estry ogółem
    w mg/l 100%
    515,0591,0328,0233,0288,0209,0221,0
    w tym
    octan etylu295,4285,023,427,146,628,538,6
    propianian etylu19,116,53,69,21,4-9,7
    maślan metylu13,214,02,3-0,7-6,6
    maślan metylu4,97,72,17,3-1,86,4
    octan butylu22,614,57,39,85,52,911,1
    izowalerian etylu21,316,5----4,9
    propionian izobutylu29,426,4-----
    walerianian etylu54,474,519,46,81,51,425,7
    walerianian izopropylu49,9123,6259,1173,0230,6174,1101,4
    propionian izamylu------5,8
    pirydyna0,51,511,57,69,02,04,0
    kaproniana etylu2,912,510,6-1,4-10,8
    Zasady organiczne w mg/l 100%
    pirydyna0,51,511,57,69,02,04,0
    p2-metyloirydyna0,20,30,3-0,30,31,0
    2,6-wdumetylopirydyna0,1------
    2-metylopirazyna--1,41,02,82,02,5
    2,5-dwumetylopirazyna2,53,73,01,02,03,04,0
    trójmetylopirazyna2,04,51,80,30,31,52,5

    We wszystkich przytoczonych przykładach wykorzystuje się dodatnie właściwości smakowo-zapachowe spirytusu. Korzystne właściwości organoleptyczne starki, śliwowicy i winiaku spowodowane są obecnością w nich niektórych związków wytworzonych przy fermentacji i powstałych w czasie dojrzewania tych produktów, co nadaje im charakterystyczne cechy. Dojrzewanie spirytusu (nazywane również starzeniem) odbywa się w ciągu wielu lat w beczkach dębowych. Spirytus surowy może być wykorzystywany również w przemyśle, np. do produkcji octanu etylu, rozpuszczalników do farb i lakierów, politur.

    Do produkcji wódek czystych oraz do wytwarzania wielu wyrobów chemicznych i farmaceutycznych potrzebny jest spirytus z bardzo małą ilością domieszek. Dlatego spirytus surowy poddaje się oczyszczaniu w celu otrzymania spirytusu rektyfikowanego. Wymagania jakościowe dla spirytusu surowego i różnych gatunków spirytusu rektyfikowanego są podane w tabeli XIX-2. Przy transakcjach handlowych oraz przy przekazywaniu spirytusu wewnątrz zakładu produkcyjnego, np. z rektyfikacji do magazynu, trzeba określać moc spirytusu, tj. zawartość w nim alkoholu etylowego. Po określeniu mocy oblicza się w litrach ilość spirytusu 100-procentowego i w takich jednostkach prowadzi się wszystkie obliczenia. Moc spirytusu można określać w procentach objętościowych lub w procentach wagowych. Jeśli w 100 cm3 spirytusu znajduje się 1 cm3 czystego alkoholu etylowego, to taki roztwór ma moc l% objętościowy albo 1° (stopień). Na przykład moc 92% oznacza, że w każdych 100 cm3 roztworu znajduje się 92 cm3 alkoholu etylowego. Ponieważ objętość płynu alkoholowego zależy od temperatury, należy ustalić, w jakiej temperaturze oznacza się moc. W Polsce moc spirytusu oznacza się w temp. 20°C. Można też dokonać pomiaru w innej temperaturze, ale będzie to tzw. moc pozorna. Moc rzeczywistą, czyli w temp. 20°C, odczytuje się z tablic alkoholometrycznych.

    up Góra

    Tabela XIX-2
    Wymagania jakościowe dla spirytusu surowego i rektyfikowanego
    L.p.CechySpirytus surowySpirytus rektyfikowany
    ""melasowyrolniczytechnicznyzwykływyborowyluksusowy
    1.Przezroczystośćprzeźroczysty, bez osadu i zmętnienia j dopuszcza się mechaniczne zanieczyszczenia, które w świeżo pobranej próbce opadną w ciągu 2 godzin na dno naczyniaprzeźroczysty, bez osadu zawiesin, zmętnienia i zanieczyszczeń mechanicznych
    2.Barwabezbarwny, dopuszcza się roztwór żółtawy lub zielonkawynie intensywniejszy od wzorcowego roztworu dwuchromianu potasowegonie intensywniejszy od barwy wody destylowanej
    3.Zapachswoisty, charakterystyczny dla przerabianego surowca, bez obcych zapachówswoisty, z dopuszczalnym wyczuwalnym zapachem ubocznych naturalnych produktów fermentacji, bez zapachów obcychswoisty, z dopuszczalnym słabo wyczuwalnym zapachem ubocznych naturalnych produktów fermentacji, bez zapachów obcychswoisty, czystego alkoholu etylowego, bez wyczuwalnego zapachu ubocznych produktów fermentacji lub innych obcych zapachów
    4.Smakswoisty, charakterystyczny dla przerabianego surowca, bez wyczuwałnych obcych posmakównie normalizuje sięswoisty, spirytusu rektyfikowanego ze słabo wyczuwalnym posmakiem ubocznych naturalnych produktów fermentacji, bez posmaków obcychswoisty, czystego alkoholu etylowego, bez wyczuwalnego posmaku ubocznych naturalnych produktów fermentacji, bez posmaków obcychswoisty bardzo łagodny czystego alkoholu etylowego, bez wyczuwalnego posmaku ubocznych produktów fermentacji lub innych posmaków obcych
    5.Moc w temp. 20°C % obj., nie mniej niż92,588,095,096,096,596,5
    6.Zawartość aldehydów w przeliczeniu na aldehyd octowy w 1 l spirytusu 100%, g, nie więcej niż0,20,2Nie normalizuje się0,0050,0020,010
    7.Zawartość kwasów w przeliczeniu na kwas octowy w 1 l spirytusu 100%, g, nie więcej niż0,10,20,020,020,0150,015
    8.Pozostałość po odparowaniu w 1 l spirytusu 100%, g, nie więcej niż0,8nie normalizuje się0,010,010,010,01
    9.Zawartość fuzli w przeliczeniu na alkohol amylowy w 1 l spirytusu 100%, g, nie więcej niżnie normalizuje się0,10,0050,0020,001
    10.Zawartość estrów w przeliczeniu na octan etylowy w 1 l spirytusu 100%, g, nie więcej niżnie normalizuje się0,70,050,030,03
    11.Zawartość alkoholu metylowegoi w przeliczeniu na spirytus 100%, g, na 100 cm3, nie więcej niżnie normalizuje się0,10,10,050,03
    12.Czas odbarwienia roztworu nadmanganianu potasowego (próba Langa) min. nie więcej niżnie normalizuje się203040
    13.Zawartość furfurolunie normalizuje sięniedopuszczalna

    Procenty wagowe oznaczają, ile gramów czystego alkoholu etylowego znajduje się w 100 g roztworu spirytusowego. Na przykład moc 90% wagowych oznacza, że w 100 g spirytusu znajduje się 90 g alkoholu etylowego. Spirytus o mocy np. 94% wag. wykazuje moc 96,1% obj. Określenie mocy spirytusu w % wagowych jest przyjęte w niektórych krajach. Tablice alkohołometryczne zawierają również tablice umożliwiające przeliczenie mocy spirytusu z procentów objętościowych na procenty wagowe i odwrotnie.

    Posługując się odpowiednimi tablicami można również wyliczyć, ile litrów spirytusu 100-procentowego, znajduje się w beczce lub w cysternie. Trzeba w tym celu znać masę brutto beczki lub cysterny ze spirytusem, ich tarę oraz moc spirytusu. Z tablic odczytujemy np., że:

    • 100 kg spirytusu o mocy 92,0% zawiera 112,01 1 spirytusu 100-procentowego;
    • 500 kg spirytusu o mocy 90,0% zawiera 543,37 1 spirytusu 100-procentowego;
    • 1000 kg spirytusu o mocy 96,0% zawiera 1190,5 1 spirytusu 100-procentowego.

    Tablice alkoholometryczne powinny znajdować się w każdej gorzelni, gdyż są one niezbędne dla bieżącej kontroli i obliczeń ilości spirytusu.

    up Góra

    Podstawy procesu rektyfikacji spirytusu

    W spirytusie surowym stwierdzono dotychczas ok. 100 związków chemicznych. Nazwy oraz temperatury wrzenia niektórych zanieczyszczeń spirytusu surowego są podane w tabeli XIX-3.

    Tabela XIX-3
    Produkty uboczne fermentacji alkoholowej znajdujące się w spirytusie surowym
    NazwaTemperatura wrzenia w °C
    Aldehydy
    octowy20,8
    propionowy49,0
    furfurol162,0
    Estry
    mrówczan etylu54,2
    octan metylu56,0
    octan etylu77,2
    izomaślan etylu110,1
    maślan etylu121,0
    octan izoamylu142,0
    izwalerianian etylu134,3
    Acetal102,9
    Alkohole
    metylowy64,7
    n-propylowy97,2
    izobutylowy107,0
    n-butylowy118,0
    amylowy (optycznie czynny)128,0
    izoamylowy132,0
    Kwasy
    mrówkowy101,0
    octowy118,0
    masłowy163,5

    Biorąc pod uwagę temperaturę wrzenia poszczególnych zanieczyszczeń spirytusu surowego mogłoby się wydawać, że w czasie rektyfikacji będziemy napotykać trudności w wydzielaniu tylko tych związków, których temperatura wrzenia jest zbliżona do temperatury wrzenia alkoholu etylowego. W rzeczywistości tak nie jest. Dowodem tego jest aldehyd octowy. Chociaż różnica w temperaturze wrzenia alkoholu etylowego i aldehydu octowego wynosi 57,5°C, to. aldehyd octowy znajduje się nawet w środkowej frakcji, jeśli poddaje się rektyfikacji surówkę nie rozcieńczoną. Wprawdzie ilość jego jest już bardzo mała, ale może on mieć jeszcze wpływ na właściwości degustacyjne tej frakcji.

    Łatwiej jest wydzielić aldehyd octowy ze słabych roztworów spirytusowych. Spostrzeżenie to zwróciło uwagę naukowców, którzy zaczęli badać dokładniej, jak zachowują się w czasie destylacji zanieczyszczenia spirytusu surowego w zależności od mocy spirytusu. Podobnie jak dla alkoholu etylowego, obliczono również współczynniki lotności dla niektórych zanieczyszczeń. Współczynniki te wyrażają stosunek zawartości danego związku w parze do jego zawartości w roztworze alkoholowym, z którego para powstała; współczynniki te oznacza się symbolem Kz.

    W tabeli XIX-4 podano współczynniki lotności kilku zanieczyszczeń surówki. Liczby podane w tej tabeli wskazują, że lotność wszystkich zanieczyszczeń zmniejsza się wraz z podwyższeniem mocy spirytusu. Współczynniki lotności — Kz dla niektórych związków, jak aldehyd octowy, octan metylu, mrówczan etylu i octan etylu, nawet przy wysokiej mocy spirytusu są znacznie wyższe od jedności. Zanieczyszczenia te nazywa się przedgonami, ponieważ zawsze główne ich ilości wydzielają się w początkowej frakcji. Inaczej zachowuje się alkohol amylowy. W roztworach alkoholowych o mocy poniżej 55% ilość alkoholu w oparach jest większa niż w destylowanej cieczy, natomiast powyżej tej mocy stosunek jest odwrotny. Ponieważ spirytus rektyfikowany ma wysoką moc, alkohol amylowy będzie przechodził dopiero w końcowej frakcji. Z tego względu zalicza się go do grupy tzw. niedogonów.

    Tabela XIX-4
    Współczynniki lotności zanieczyszczeń spirytusu surowego
    Zawartość alkoholu etylowego w roztworze % obj.Współczynnik lotności Ka
    alkohol amylowyoctan amyluizo- walerianian etyluizomaślan etyluoctan etyluoctan metylumrówczan etylualdehyd octowy
    255,55---15,2---
    303,00---12,6---
    352,45---10,512,5--
    401,92---8,610,5--
    451,53,5--7,19,0-4,5
    501,22,8--5,87,9-4,3
    550,982,2--4,97,012,04,1
    600,81,72,34,24,36,410,44,0
    650,651,41,92,93,95,99,43,9
    700,541,11,72,33,65,48,53,8
    750,440,91,51,83,25,07,83,7
    800,340,81,31,42,94,67,23,6
    850,320,71,11,22,74,36,53,5
    900,30,60,91,12,44,15,83,4
    950,230,550,80,952,13,83,13,3

    Jeszcze dokładniej charakteryzuje zanieczyszczenia współczynnik rektyfikacji K. Jest to stosunek współczynnika lotności badanego składnika do współczynnika lotności alkoholu etylowego K=KZ/Ka. Jeżeli K=1, to znaczy, że stosunek zanieczyszczeń do ilości alkoholu nie zmienia się, czyli nie otrzymuje się rekty-fikatu ani bardziej czystego, ani o większej zawartości zanieczyszczeń niż w cieczy pierwotnej. Jeżeli stosunek jest większy od 1, to otrzymuje się produkt o większej zawartości zanieczyszczeń niż płyn poddany rektyfikacji. Zanieczyszczenia, które przeszły do destylatu, mają charakter przedgonów. Współczynnik rektyfikacji może być mniejszy od jedności — wtedy destylat jest bardziej czysty niż ciecz poddana rektyfikacji, a zanieczyszczenia mają charakter niedogonów.

    Na rysunku XIX-1 przedstawiono w sposób graficzny współczynniki rektyfikacji. Z przebiegu krzywych widać, że współczynnik K dla poszczególnych ubocznych składników w spirytusie przy jednakowym stężeniu alkoholu jest różny. Zmienia się on również w znacznym stopniu w zależności od mocy roztworu alkoholowego, w którym znajduje się dany składnik.

    Współczynnik rektyfikacji

    Współczynniki rektyfikacji octanu etylu, octanu metylu i mrówczanu etylu są zawsze wyższe od 1, niezależnie od tego, czy moc roztworu alkoholowego, w którym się one znajdują, jest niższa czy wyższa. Inaczej niż te trzy estry zachowują się: izowalerianian izoamylu, octan izoamylu, izowalerianian etylu i izomaślan etylu. Pomimo stosunkowo wysokiej temperatury wrzenia mają one przy niższej mocy wrzącego roztworu alkoholowego charakter przedgonów (odcinki krzywych powyżej linii 1). Moc cieczy alkoholowej, przy której następuje zmiana charakteru danego składnika, zależy od rodzaju estru. Wynosi ona np. dla alkoholu amylowego 42%, dla izowalerianianu izoamylu 60%, dla octanu izoamylu 68% i dla izomaślanu etylu 92%. Zatem przy normalnej rektyfikacji woda odwarowa, zwana lutrynkiem, jest wolna od wymienionych składników, chociaż ich temperatury wrzenia są wyższe nie tylko od temperatury wrzenia alkoholu etylowego, ale i od temperatury wrzenia czystej wody.

    W podobny sposób można rozpatrywać zachowanie się innych składników ubocznych w rektyfikowanym spirytusie. Znajomość współczynników rektyfikacji oraz mocy, przy której roztwory zmieniają swój charakter (z przedgonów na niedogony), jest bardzo ważna dla określenia, w jakich miejscach kolumny rektyfikacyjnej będą się one gromadziły, a co za tym idzie, jakie stosować metody do ich oddzielania.

    Dla przykładu rozpatrzmy główny składnik olejów fuzlowych — alkohol amylowy. Jego punkt wrzenia leży znacznie powyżej temperatury wrzenia alkoholu etylowego i temperatury wrzenia wody, wynosi bowiem 132°C. Alkohol ten jest jednak bardziej lotny niż alkohol etylowy, gdy znajduje się w roztworze o mocy poniżej 42%>. Jeżeli wrząca ciecz ma moc wyższą, to alkohol amylowy ma charakter niedogonu. Szczegółowe dane liczbowe dotyczące współczynnika rektyfikacji dla alkoholu amylowego zawiera tabela XIX-5.

    Tabela XIX-5
    Współczynnik refrakcji dla alkoholu amylowego
    Moc destylowanego spirytusu w %Współczynnik refrakcji K=Kz/Ka
    303,00/2,31=1,25
    401,92/1,80=1,07
    501,20/1,50=0,80
    600,80/1,30=0,61
    700,54/1,17=0,46
    800,34/1,08=0,31
    900,30/1,02=0,29
    950,23/1,004=0,29

    W aparacie rektyfikacyjnym alkohol amylowy gromadzi się w tym miejscu, gdzie moc wrzącej cieczy wynosi około 45%, chociaż strefa fuzlowa obejmuje i wyższe półki, ale jest go tam już znacznie mniej. Dlatego oleje fuzlowe muszą być odbierane z półek wykazujących wymienioną moc. W przeciwnym przypadku będą one opadać niżej i jako ciecz oleista będą przechodzić do lutrynku, wywaru lub kotła rektyfikacyjnego (zależnie od konstrukcji aparatu). Wydawałoby się pozornie, że alkohol amylowy nie powinien opadać do kociołka, gdyż na niższych półkach jest niższa moc, a więc znów odzyska on warunki, w których ma charakter przedgonu. Należy jednak pamiętać o małej rozpuszczalności alkoholu amylowego w wodzie i w słabych roztworach alkoholowych (w wodzie ok. 2,5%) oraz o tym, że tylko rozpuszczony alkohol amylowy zachowuje się tak jak wyżej omówiono. Natomiast nagromadzenie jego powoduje wydzielanie się w strefie o mocy 40-50% i opadanie w postaci oleistej cieczy. Czysty alkohol amylowy, jak to już wspomniano, jest trudno lotny.

    Podobnie jak alkohol amylowy zachowują się inne wyższe alkohole. W praktyce spotyka się pewne odchylenia od podanych wyżej wyników badań. Dzieje się tak dlatego, że pewien wpływ na temperaturę wrzenia i lotność mają jeszcze takie czynniki, jak wzajemny stosunek poszczególnych składników ubocznych w spirytusie, zmienne ciśnienie na różnych półkach. Dają one podstawy do wyjaśnienia przebiegu oczyszczania spirytusu w kolumnie rektyfikacyjnej.

    up Góra

    Typy aparatów rektyfikacyjnych

    Stosowane obecnie aparaty do oczyszczania spirytusu można podzielić na dwie grupy:

    1. aparaty do pracy okresowej,
    2. aparaty do pracy ciągłej.

    Aparaty do pracy okresowej służą do oczyszczania spirytusu surowego. Pomimo wprowadzenia przy nich wielu ulepszeń, są coraz rzadziej budowane w rektyfikacjach. Spośród aparatów do pracy ciągłej można wyróżnić dwie podgrupy, a mianowicie:

    • a) aparaty do oczyszczania spirytusu surowego,
    • b) aparaty do otrzymywania spirytusu rektyfikowanego bezpośrednio z odfermentowanej brzeczki.

    Na rysunku XIX-2 są pokazane uproszczone elementy dwóch typów aparatów rektyfikacyjnych do pracy okresowej

    Aparaty rektyfikacyjne

    Zwykły aparat rektyfikacyjny (rys. XIX-2a) składa się z kotła 1 o pojemności 30-100 m3, kolumny 2, mającej ok. 50 półek sitowych lub wielokołpakowych, deflegmatora rurkowego 3 oraz chłodnicy rurkowej 4. Do kotła wlewa się porcję rozcieńczonego spirytusu surowego i rozpoczyna ogrzewanie, a następnie odbiera się różne frakcje destylatu. Na początku oddzielają się zanieczyszczenia należące do grupy przedgonów. Zanieczyszczenia te destylują wraz z pewną ilością alkoholu etylowego. Po pewnym czasie (zwykle po oddestylowaniu ok. 10% roztworu z kotła) odbierany spirytus zawiera już małą ilość zanieczyszczeń i może być zakwalifikowany jako spirytus rektyfikowany odpowiadający obowiązującym normom jakościowym. Pod koniec odpędzania jakość spirytusu pogarsza się, gdyż wzrasta w nim ilość zanieczyszczeń o charakterze niedogonów. Frakcję tę odbiera się oddzielnie. Na samym końcu oddestylowują fuzle. Z tego aparatu otrzymuje się więc kolejno różne frakcje spirytusu o różnej jakości. Po zakończeniu oczyszczania partii spirytusu wlanej do kotła rozpoczyna się nowy, podobny cykl produkcyjny.

    Aparat z korektorem (rys. XIX-2b) ma dodatkowe urządzenia umożliwiające uzyskanie z partii spirytusu wlanej do kotła większej ilości spirytusu rektyfikowanego dobrej jakości. Cykl produkcyjny rozpoczyna się tak, jak w aparacie zwykłym. Po odebraniu frakcji przedgonów część spirytusu z górnych półek kolumny 2 kieruje się do korektora 5. Korektor jest zaopatrzony w kilka półek sitowych lub wielokołpakowych i jest podgrzewany parą. W korektorze odpędza się resztki zanieczyszczeń zawartych w spirytusie i w ten sposób odbierany rektyfikat ma lepszą jakość. Aparaty tego typu mają również urządzenia umożliwiające odprowadzanie fuzli w końcowej fazie odpędzania spirytusu. Na rysunku XIX-3 są pokazane dwa typy aparatów (schematy uproszczone) do pracy ciągłej, służących do oczyszczania spirytusu surowego.

    Aparat dwukolumnowy (rys. XIX-3a) składa się z kolumny rektyfikacyjnej 2 zaopatrzonej w 26-30 półek wielokołpakowych oraz z kolumny rektyfikacyjnej 2 mającej ok. 50 półek. Spirytus surowy rozcieńczony do ok. 50% jest doprowadzany do środkowej części kolumny 1. Następuje tam oddzielenie przedgonów. Surówka pozbawiona lekko wrzących zanieczyszczeń nazywa się epiuratem. Epiurat jest kierowany do kolumny rektyfikacyjnej. Z dolnej części kolumny rektyfikacyjnej są odbierane fuzle, a z górnych półek — spirytus rektyfikowany. Nie skroplone pary w deflegmatorze 3 przy kolumnie rektyfikacyjnej zawierają jeszcze niewielką ilość lekko wrzących zanieczyszczeń, dlatego ochładzane są w chłodnicy 4 i zawracane z powrotem do kolumny epiuracyjnej. Zasilanie aparatu spirytusem surowym, jak również odbieranie poszczególnych frakcji odbywa się w sposób ciągły.

    Aparaty rektyfikacyjne do pracy ciągłej

    Rysunek XIX-3b przedstawia schemat aparatu czteroko-lumnowego. Spirytus surowy zasila kolumnę epiuracyjną 1 mającą ok. 25 półek. Z tej kolumny są odbierane przedgony. Epiurat spływa do kolumny odwarowej 5 stanowiącej jak gdyby przedłużenie kolumny rektyfikacyjnej 2. Z górnych półek kolumny 2 odbiera się przez chłodnicę 4 spirytus rektyfikowany, a z dolnych półek tej kolumny spływa do kolumny 6 spirytus zawierający dużo zanieczyszczeń o charakterze niedogonów. Z dolnej części kolumny 6 odbiera się fuzle, a z górnej — spirytus rektyfikowany nadający się do celów przemysłowych (spirytus rektyfikowany techniczny). W aparatach wielokolumnowych łatwiej jest otrzymać spirytus rektyfikowany dobrego gatunku, ale zużywają one więcej pary grzejnej niż aparaty dwukolumnowe. Na rysunku XIX-4 są pokazane uproszczone schematy trzech typów aparatów odpędowo rektyfikacyjnych, z których otrzymuje się spirytus rektyfikowany bezpośrednio z odfermentowanej brzeczki.

    Aparat o działaniu bezpośrednim (rys. XIX-4a) składa się z dwóch kolumn: zacierowej 1 i rektyfikacyjnej 3. Górna część kolumny zacierowej pełni funkcję kolumny epiuracyjnej 2, gdyż na jej półkach oddzielają się zanieczyszczenia lekko wrzące usuwane następnie przez deflegmator 5. Wywar odprowadza się z dolnej części kolumny 1. Pary spirytusu wstępnie oczyszczone przez wydzielenie przedgonów są kierowane do kolumny rektyfikacyjnej 3. Z dolnej części tej kolumny odbierane są fuzle, a z górnych półek — spirytus rektyfikowany. Płyn z deflegmatora 5 spływa z powrotem do kolumny 3, a spirytus zawierający jeszcze pewną ilość zanieczyszczeń odbierany z tego deflegmatora jest kierowany do kolumny zacierowej (na rysunku nie pokazano tego połączenia).

    Aparaty odpędowo rektyfikacyjne

    Aparat o działaniu półpośrednim (rys. XIX-4b) składa się z 3 kolumn: zacierowej 1, epiuracyjnej 2 i rektyfikacyjnej 3. Kolumna epiuracyjna jest ustawiona bezpośrednio nad kolumną zacierową, ale jest od niej oddzielona przegrodą. Od-fermentowany zacier spływa do kolumny 1. Pary alkoholowe są kierowane do kolumny epiuracyjnej przez łapacz piany 4. Kolumna epiuracyjna działa w znany sposób. Epiurat w postaci cieczy jest kierowany do kolumny rektyfikacyjnej 3. Odbieranie poszczególnych frakcji z kolumny 3 odbywa się z tych samych miejsc, jak w poprzednio opisanym typie aparatu odpędowo - rektyfikacyjnego.

    Aparat o działaniu pośrednim (rys. XIX-4c) składa się z trzech kolumn oddzielnie ustawionych: zacierowej 1, epiuracyjnej 2 i rektyfikacyjnej 3. Odpędzanie spirytusu z zacieru odbywa się w kolumnie 1. Następnie pary ze spirytusu są skraplane w chłodnicy 6, a płyn będący spirytusem surowym o mocy 40-50% jest kierowany do kolumny epiuracyjnej 2. Dalsze oczyszczanie odbywa się podobnie jak w aparacie dwukolumnowym do pracy ciągłej. Najmniejsze zużycie pary na jednostkę otrzymywanego rektyfikatu wypada w aparacie o działaniu bezpośrednim. Z tego aparatu trudno jest otrzymać dobry spirytus rektyfikowany, dlatego w gorzelniach najczęściej instaluje się aparaty o działaniu półpośrednim lub pośrednim.

    up Góra

    Technologia rektyfikacji spirytusu

    Chemiczne oczyszczanie spirytusu surowego ma na celu zmniejszenie ilości kwasów i estrów w surówce oraz utlenienie niektórych znajdujących się w niej związków wywierających ujemny wpływ na właściwości degustacyjne spirytusu. Zmniejszenie ilości kwasów i estrów osiąga się przez dodanie do spirytusu roztworu ługu sodowego. Wolne kwasy zawarte w spirytusie surowym tworzą wtedy sole, które nie są lotne, a więc łatwo je usunąć w procesie rektyfikacji zgodnie z równaniem

    CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O

    Estry pod wpływem ługów ulegają zmydleniu. Powstają wówczas sole kwasów i uwalnia się alkohol. Reakcję chemiczną zachodzącą przy zmydlaniu estrów przedstawimy na przykładzie octanu etylu, który w spirytusie surowym występuje w największej ilości

    CH3COOC2H5 + NaOH = CH3COONa + C2H5OH

    W celu Utlenienia niektórych związków chemicznych zawartych w spirytusie surowym dodaje się roztworu nadmanganianu potasowego. Związek ten jest silnym utleniaczem, szczególnie w środowisku kwaśnym. Aby osłabić to działanie i nie dopuścić do utleniania również alkoholu etylowego, reakcję przeprowadza się w środowisku słabo alkalicznym. Utlenianie aldehydu octowego za pomocą nadmanganianu potasowego przebiega według równania

    2KMnO4 + 3CH3CHO + NaOH = 2CH3COOK + CH3COONa + 2MnO2 + 2H2O

    Ług i nadmanganian potasowy dodane do spirytusu w nadmiarze mogą wywołać ujemne skutki. Należy zatem ściśle wyliczać ilość potrzebnych chemikaliów. Ilość ługu oblicza się na podstawie analizy spirytusu na zawartość kwasów i estrów, a ilość KMnO4 — na podstawie próby, w której określoną ilość roztworu nadmanganianu (1 cm3 zawierający 0,0002 g KMnO4) miareczkuje się badanym spirytusem do momentu uzyskania określonego zabarwienia. W tabeli XIX-6 są podane wyniki analiz spirytusu surowego przed i po dodaniu ługu oraz nadmanganianu potasowego.

    Tabela XIX-6
    Analiza spirytusu surowego prze i po chemicznym oczyszczaniu
    WskaźnikPrzed wstępnym oczyszczaniemPo wstępnym oczyszczaniu
    Właściwości organoleptycznenormalnenormalne
    Moc w % obj.88,989,2
    Zawartość kwasów w mg/l40,913,5
    Zawartość estrów w mg/l509,659,2

    up Góra

    Rektyfikacja spirytusu w aparatach do pracy ciągłej

    Proces ciągły w porównaniu z okresowym ma wiele zalet, do których należą:

    • a) równomierne zasilanie aparatu i równomierny odpływ poszczególnych frakcji,
    • b) równomierne zapotrzebowanie pary i wody,
    • c) możliwość otrzymania jednorodnych produktów, wyeliminowanie odbioru gatunków pośrednich,
    • d) wyższa wydajność spirytusu rektyfikowanego z przerabianego surowca,
    • e) zmniejszenie strat spirytusu podczas procesu oczyszczania,
    • f) możliwość automatycznej regulacji procesu.

    Wymienione zalety procesu ciągłego mają duże znaczenie gospodarcze i dlatego prawie wszystkie aparaty rektyfikacyjne do pracy okresowej zostały wyeliminowane i zastąpione przez aparaty do pracy ciągłej. W wyniku wieloletniego doświadczenia oraz szerokich prac badawczych w kraju instaluje się wyłącznie typowe dwukolumnowe aparaty do pracy ciągłej produkowane przez zakłady Spomasz w Pleszewie. Urządzenia regulacyjne zostały opracowane i są instalowane przy współpracy z odpowiednimi placówkami przez Ośrodek Badawczo Rozwojowy Przemysłu Spirytusowego w Koninie.

    Rysunek XIX-5 przedstawia schemat dwukolumnowego aparatu rektyfikacyjnego do pracy ciągłej.

    Dwukolumnowy apatad rektyfikacyjny do pracy ciągłej

    Dane techniczne tego aparatu są następujące:

    • średnica kolumny epiuracyjnej - 1600 mm
    • ilość półek kolumny epiuracyjnej - 36
    • wysokość półek kolumny epiuracyjnej - 7500 mm
    • średnica kolumny rektyfikacyjnej -2100 mm
    • ilość półek kolumny rektyfikacyjnej - 64
    • wysokość kolumny rektyfikacyjnej13380 mm
    • masa aparatu wraz z deflegmatorami i chłodnicami - ok. 60 t
    • produkcja spirytusu rektyfikowanego zwykłego na godzinę - 2200 l
    • zużycie pary grzejnej na 1000 l spirytusu rektyfikowanego zwykłego - 2250 kg
    • zużycie wody o temp. 20°C na 1000 1 spirytusu rektyfikowanego zwykłego - 30000 l
    • straty po oczyszczeniu spirytusu surowego - 0,41%
    • wydajność spirytusu rektyfikowanego zwykłego w stosunku do spirytusu surowego - 95%

    up Góra

    Uruchomienie aparatu

    Jeżeli uruchomienie aparatu następuje bezpośrednio po próbie wodnej, kiedy aparat jest rozgrzany do temp. ok. 100°C i woda w nim wrze, a dopływ pary do aparatu i wody chłodzącej do deflegmatorów oraz chłodnic trwa bez przerwy, to uruchomienie polega na doprowadzeniu rozcieńczonego spirytusu ze zbiornika ciśnieniowego do kolumny epiuracyjnej. Jeżeli po próbie wodnej aparat był przez pewien czas nieczynny, należy najpierw nagrzać wodę w obu kolumnach do stanu wrzenia i doprowadzić ciśnienie do normalnego poziomu. Gdy w obydwu kolumnach płyn wrze i cały aparat pracuje pod ciśnieniem, wtedy doprowadza się ze zbiornika ciśnieniowego surówkę do kolumny epiuracyjnej, początkowo bardzo wolno, następnie stopniowo zwiększając jej przepływ. Obniżenie się temperatury na termometrze umieszczonym w dolnej części (ok. 10 półki od dołu) kolumny rektyfikacyjnej wskazuje, że woda jest już wypierana i zastępowana spirytusem. Jeżeli temperatura obniży się do ok. 85-83°C, można przystąpić do odbierania spirytusu. Przy chwilowym zatrzymaniu aparatu, gdy znajdujący się w nim spirytus nie został odpędzony, należy najpierw zawartość rozgrzać do wrzenia, upewnić się, że z wodą odwarową nie wchodzi spirytus i dopiero potem można puścić do aparatu ponownie rozcieńczoną surówkę.

    Spirytus surowy przeznaczony do oczyszczania rozcieńcza się wodą do mocy ok. 60% i ulepsza za pomocą sody kaustycznej i nadmanganianu potasowego. Ulepszoną surówkę przetłacza się z rozcieńczalnika do zbiornika ciśnieniowego. Po drodze surówka przechodzi przez filtr i uwalnia się od mechanicznych zanieczyszczeń. Ze zbiornika ciśnieniowego spirytus spływa przez regulator ciśnienia i podgrzewacz PS do środkowej części kolumny epiuracyjnej. Zadaniem kolumny epiuracyjnej jest oddzielenie lekko wrzących zanieczyszczeń spirytusu surowego. Kolumna ta jest ogrzewana za pomocą cyrkulatora. Moc płynu na półkach powyżej miejsca zasilania jest coraz wyższa, ale ponieważ i w tych warunkach współczynniki rektyfikacji dla przedgonów są większe od jedności, zanieczyszczenia te zbierają się w górnej części kolumny, natomiast niedogony opadają w dół.

    Pary spirytusowe wraz z zanieczyszczeniem po opuszczeniu kolumny epiuracyjnej dostają się do deflegmatora DW (rys. XIX-5), gdzie pod wpływem chłodzącego działania wody zostają skroplone prawie całkowicie; tylko niewielka ich część przechodzi do skraplacza S1. Pary idące do skraplacza zawierają więcej lekko wrzących związków niż pary dochodzące do deflegmatora. Po skropleniu płyn jest kierowany do chłodnicy CP, gdzie oziębia się wodą, następnie spływa przez klosz do odpowiedniego odbieralnika. Frakcja ta jest ubocznym produktem przy oczyszczaniu spirytusu surowego i nazywa się przedgonem albo spirytusem porektyfikacyjnym. Płyn spirytusowy spływający do kociołka kolumny epiuracyjnej nazywa się epiuratem i ma moc ok. 55%, a zawartość w nim aldehydów nie przekracza 0,004%.

    up Góra

    Przebieg oczyszczania

    Epiurat jest kierowany do dolnej części kolumny rektyfikacyjnej. Kolumna ta jest ogrzewana parą wodną za pomocą bełkotki lub za pomocą cyrkulatora. Na półkach spotykają się w przeciwprądzie ciecz i para. Stosownie do praw rektyfikacji moc spirytusu na dolnych półkach jest niska, a na górnych - coraz wyższa i osiąga na półkach najwyższych moc ponad 96%.

    Wraz ze spirytusem do górnych części kolumny dostają się pozostałe w epiuracie lekko wrzące zanieczyszczenia. Badając pary spirytusu na górnych półkach kolumny oraz pary przechodzące do deflegmatora DW2 można stwierdzić, że są one bardziej zanieczyszczone niż płyn znajdujący się na tych półkach, przy czym najlepszy spirytus jest na 4 i 5 półce, licząc od góry. Dlatego spirytus rektyfikowany nie jest odbierany przez deflegmator, lecz z górnych półek kolumny rektyfikacyjnej w postaci cieczy.

    Około 80% par idących do deflegmatorów DW2 i DK2 skrapla się tam i wraca jako flegma z powrotem do kolumny rektyfikacyjnej. Nie skroplona część par spirytusu, bogatsza w zanieczyszczenia o charakterze przedgonów niż flegma, skrapla się w skraplaczu S2, skąd spływa do kolumny epiuracyjnej lub do chłodnicy CN i do odbieralnika. Skropliny ze skraplacza S2 nazywają się spirytusem nie pasteryzowanym. Strumień niepastaryzatu przepływającego do kolumny epiuracyjnej można obserwować w latarce umieszczonej na przewodzie prowadzącym płyn ze skraplacza do kolumny. Fuzle zawarte w oczyszczanym spirytusie przechodzą z epiuratem do kolumny rektyfikacyjnej i tu największa ich część gromadzi się na półkach, gdzie moc płynu wynosi ok. 50%. Z półek tych fuzle są odbierane w postaci pary i kierowane do chłodnicy, gdzie zostają skroplone, a płyn przepływa przez klosz obserwacyjny do oddzielacza fuzli, mieszając się po drodze z wodą (na schemacie nie pokazano). Górna warstwa z oddzielacza, stanowiąca wysoko skoncentrowane fuzle, idzie do odpowiedniego zbiornika, a dolna, zawierająca alkohol etylowy, wodę i nieco rozpuszczonych fuzli wraca do kolumny rektyfikacyjnej. Zanieczyszczenia surówki o charakterze pośrednim gromadzą się wyżej niż fuzle i dlatego są odbierane z półek kolumny położonych w pobliżu miejsca zasilania epiuratu. Pary tego spirytusu również są kierowane do chłodnicy i po skropleniu ciecz płynie przez klosz do odbieralnika. Frakcja ta nazywa się spirytusem porektyfikacyjnym.

    Płyn spływający do dolnego kociołka kolumny rektyfikacyjnej nie powinien zawierać alkoholu; jest to tzw. woda odwarowa. Ponieważ woda odwarowa ma temperaturę ponad 100°C, jest ona kierowana do podgrzewacza surówki PS, gdzie oddaje część swego ciepła spirytusowi surowemu, po czym spływa do kanału.

    up Góra

    Pomiary i sterowanie automatyczne

    Sterowanie pracą aparatu rektyfikacyjnego polega na nastawieniu przepływów w rurociągach parowych, wodnych i spirytusowych. Do nastawienia tych przepływów służy 10 zaworów regulacyjnych sterowanych zdalnie przez pneumatyczne układy automatycznej regulacji zabudowane we wspólnej szafie sterowniczej. Zawory te regulują:

    • dopływ pary do kolumny epiuracyjnej i rektyfikacyjnej,
    • dopływ wody do deflegmatorów DW1 i DW2 (przy kolumnie epiuracyjnej i rektyfikacyjnej),
    • dopływ spirytusu surowego,
    • przepływ epiuratu,
    • odbiór spirytusu rektyfikowanego,
    • dopływ gorącej wody odwarowej do podgrzewacza surówki PS,
    • odpływ wody odwarowej,
    • kierowanie wody odwarowej do zbiornika,
    • dopływ pary zasilającej z kotłowni.

    W celu zwiększenia szybkości i dokładności nastawiania - wszystkie, zawory wyposażone są w pneumatyczne ustawniki pozycyjne. Działanie zaworów regulacyjnych uzależnione jest od 13 obwodów regulacyjnych utrzymujących nastawiane przez obsługę zadane wartości ciśnienia, temperatury, pomiarów i przepływów w najważniejszych strefach aparatu rektyfikacyjnego. Wartości rzeczywiste regulowanych parametrów technologicznych (tj. ciśnienia, temperatury, przepływów, poziomów) zamieniane są w przetwornikach pneumatycznych na znormalizowane sygnały pneumatyczne 0,2...1 kG/cm2.

    Stabilizację ciśnienia dolnego w obu kolumnach zabezpieczają dwa układy regulacyjne, które w zależności od wielkości tego ciśnienia nastawiają zawory dopływu pary do kolumn. Identycznie działają obwody regulacji ciśnienia w górnych częściach kolumn nastawiające odpowiednie dopływy wody do deflegmatorów DW1 i DW2 kolumn KE i KR. Stały zapas epiuratu w kociołku oraz równomierne zalanie półek kolumny epiuracyjnej zabezpieczone są przez układ kaskadowej regulacji dopływu surówki składający się z dwóch obwodów. Następny obwód stabilizuje temperaturę spirytusu surowego przez zmianę nastawienia trójdrożnego zaworu regulującego dopływ gorącej wody odwarowej do podgrzewacza PS. Układ kaskadowej regulacji dopływu epiuratu do kolumny rektyfikacyjnej KR uzależnia ten dopływ od ciśnienia na półce kontrolnej KR.

    W przypadku przedostania się alkoholu do wody odwarowej odpowiedni obwód regulacyjny powoduje następujące konsekwencje:

    • przestawienie zaworu regulacyjnego, kierując wodę odwarową do zbiornika,
    • zmniejszenie dopływu epiuratu do kolumny KR na czas trwania zakłócenia.

    Odbiór spirytusu rektyfikowanego (mierzony analogicznie jak dopływ surówki i przepływ epiuratu przez rotametr z przetwornikiem pneumatycznym) stabilizowany jest kolejnym obwodem regulacyjnym. W celu zmniejszenia zakłóceń wywołanych wahaniami ciśnienia pary zasilającej aparat, na kolektorze doprowadzającym parę z kotłowni zainstalowany jest zawór regulacyjny nastawiany przez obwód stabilizujący ciśnienie pary w kolektorze.

    Bieżącą i całodobową kontrolę pracy aparatu rektyfikacyjnego zapewnia system zdalnych rejestracji i pomiarów parametrów technologicznych. Mierniki zabudowane w szafie bezpośrednio nad stacyjkami sterowniczymi danych regulatorów wskazują wyniki następujących zdalnych pomiarów:

    • poziomu epiuratu nad dnem kolumny KE,
    • temperatury surówki na wylocie podgrzewacza PS,
    • poziomu wody odwarowej w kolumnie rektyfikacyjnej KR,
    • ciśnienia na półce kontrolnej KR,
    • odbioru rektyfikatu,
    • ciśnienia w rozdzielaczu pary zasilającej.

    Oddzielnie zabudowane są dwa pojedyncze wskaźniki pomiaru odbioru frakcji przedgonowej i odpływu niepasteryzatu. Niezależnie od wymienionych pomiarów na rejestratorach pneumatycznych dokonywany jest zapis następujących wielkości:

    • poziomu epiuratu,
    • ciśnienia dolnego w kolumnach KE i KR,
    • dopływu spirytusu do kolumny KE,
    • dopływu epiuratu do kolumny KR,
    • ciśnienia na półce kontrolnej KR,
    • ciśnienia górnego w kolumnach KE i KR,
    • temperatury strefy fuzli w kolumnie KR,
    • stanu otwarcia zaworu blokady odpływu wody odwarowej,
    • temperatury spływającej flegmy na kolumny KE i KR,
    • ciśnienia na półce kontrolnej,
    • ilości odbieranego spirytusu rektyfikowanego,
    • ciśnienia pary doprowadzanej z kotłowni.

    Zatrzymanie aparatu z całkowitym odpędzeniem alkoholu

    Przy końcu kampanii lub w razie konieczności remontu należy odpędzić z obu kolumn całkowitą ilość spirytusu i zatrzymać aparat. W celu zatrzymania aparatu należy wykonać następujące czynności:

    1. wstrzymać dopływ surówki do aparatu;
    2. przerwać spływ niepasteryzatu z kolumny rektyfikacyjnej do kolumny epiuracyjnej;
    3. przez klosz przepływowy do przedgonów odpędzić do 0% całą zawartość alkoholu w kolumnie epiuracyjnej, przy czym płyn do mocy 80% kierujemy do odbieralnika na spirytus porektyfikacyjny, a poniżej tej mocy, aż do 0% - do odbieralnika na II gatunek z przeznaczeniem tego spirytusu do ponownego przerobu razem z surówką;
    4. gdy w kloszu przepływowym przedgonów alkoholomierz wykaże moc 0% - zamknąć dopływ pary do kolumny epiuracyjnej;
    5. gdy w kloszu przepływowym spirytusu rektyfikowanego moc obniży się do 96%, a właściwości degustacyjne płynu są gorsze niż ustalone dla rektyfikatu zwykłego - skierować spirytus rektyfikowany do odbieralnika na II gatunek;
    6. gdy moc płynów przepływających przez klosze dla spirytusu porektyfikacyjnego i dla fuzli będzie wynosiła 0% - zamknąć zawory przepływowe na przewodzie obu płynów;
    7. przez klosz przepływowy dla spirytusu rektyfikowanego odpędzić do 0 całą ilość spirytusu znajdującego się w kolumnie rektyfikacyjnej, kierując go do odbieralnika na II gatunek;
    8. gdy przez klosz przepływowy dla spirytusu rektyfikowanego przepływa woda bez alkoholu - zamknąć zawór parowy przy regulatorze pary kolumny rektyfikacyjnej;
    9. gdy ciśnienie w kolumnie opadnie do 0 - zamknąć dopływ wody do wszystkich deflegmatorów, skraplaczy i chłodnic.

    up Góra

    Odwadnianie spirytusu

    Spirytusem odwodnionym jest produkt zawierający powyżej 99,5% alkoholu etylowego. W okresie powojennym (do 1955 r.) produkcja tego spirytusu w Polsce była wysoka i wynosiła ok. 80 mln l rocznie. Był on stosowany głównie jako domieszka do benzyny w ilości ok. 15-20%. Dodatek spirytusu do benzyny polepsza właściwości benzyny, jako paliwa dla silników, gdyż powoduje podwyższenie tzw. liczby oktanowej (im wyższa liczba oktanowa, tym większe można stosować sprężenie w cylindrach i tym sprawniej silnik pracuje). Do przygotowania mieszanek z benzyną nie można stosować spirytusu rektyfikowanego lub surowego, ponieważ woda zawarta w tych produktach powoduje rozwarstwienie się mieszanki oraz korozję części silnika.

    Stosowanie spirytusu do celów napędowych jest jednak nieekonomiczne ze względu na jego wysoką cenę. Na rynkach międzynarodowych cena 1 t spirytusu jest prawie 2-krotnie wyższa od ceny benzyny. Ponadto w technologii oczyszczania ropy naftowej zastosowano wiele zabiegów chemicznych i tą drogą otrzymuje się benzyny wysokooktanowe. W celu podwyższenia liczby oktanowej stosuje się również dodatek znacznie tańszych środków chemicznych niż alkohol, np. czteroetylek ołowiu.

    Jednak produkcja spirytusu odwodnionego nie została całkowicie zahamowana, gdyż znajduje on zastosowanie również w innych dziedzinach poza motoryzacją. Jako dobry rozpuszczalnik jest stosowany do wyrobu wszelkiego rodzaju szybko schnących lakierów i politur, dermatoidu, błon i klisz fotograficznych oraz kollodium. Przemysł farmaceutyczny stosuje spirytus odwodniony do przemywania wielu produktów otrzymywanych przy syntezie, wykorzystując trudną rozpuszczalność wielu związków w bezwodnym alkoholu. Obecnie produkcja spirytusu odwodnionego w Polsce wynosi kilka milionów litrów rocznie. Za pomocą zwykłej rektyfikacji można otrzymać spirytus o mocy najwyżej 97,2% obj. Pozostałą ilość wody można odebrać np. za pomocą stałych środków odwadniających, jak potaż, wapno i gips.

    Potaż (K2CO3) jest to biały, krystaliczny proszek, który otrzymuje się z wodorotlenku potasowego lub z węgla wywarowego, tj. produktu otrzymanego po spaleniu zagęszczonego wywaru melasowego. Po dodaniu do spirytusu potaż przyłącza do każdej swej cząsteczki dwie cząsteczki wody. Płyn rozwarstwia się, przy czym warstwę górną stanowi spirytus o mocy 98-99%. Sposób ten nie jest obecnie stosowany, gdyż potaż jest drogi. Wspominamy o tym jednak ze względów historycznych, gdyż już alchemikom arabskim znany był fakt, że roztwór spirytusowy zmieszany z popiołem drzewnym podwyższa swoją moc. Popiół drzewny zawiera między innymi potaż, było to więc wykorzystanie właściwości przyłączania wody przez ten związek.

    Proces odwadniania za pomocą wapna polega na wiązaniu wody w myśl równania:

    CaO + H2O -> Ca(OH)2

    Do związania 1 kg wody potrzeba teoretycznie 3,11 kg wapna palonego (CaO), zatem do odwodnienia 1000 l spirytusu surowego 92-procentowego potrzeba 363 kg. Praktycznie zużycie wapna jest 1,5-2 razy większe, gdyż dla dobrego odwodnienia trzeba dać nadmiar wapna. Prowadzenie tego procesu nie jest tak proste, jakby wynikało z równania chemicznego. Wodorotlenek wapnia pod koniec destylacji tworzy ciężką do poruszenia masę, która zawiera jeszcze znaczne ilości alkoholu.

    Odwadnianie spirytusu za pomocą wapna pozwala więc uzyskać tylko część zużytego spirytusu w postaci odwodnionej, a reszta, stanowiąca ok. 25%, może być odpędzana dopiero po rozcieńczeniu wapna wodą. Straty spirytusu są wysokie i wynoszą 5-8%. Z tego powodu metoda nie znajduje szerszego zastosowania.

    W 1929 r. została opracowana metoda odwadniania za pomocą gipsu. Opiera się ona na zjawisku, że otrzymany z gipsu przez ogrzewanie do temp. ok. 180°C bezwodny siarczan wapnia wiąże wodę, niezbędną do utworzenia semihydratu: CaSO4. 1/2H2O, z bardzo dużą prędkością, nie powodując twardnienia masy.

    Semihydrat jest solą trwałą, gdyż wodę krystalizacyjną zaczyna tracić dopiero w temp. ok. 110°C. Pary spirytusu surowego są przepuszczane w przeciwprądzie przez drobno zmielony gips i w czasie krótkiego czasu zetknięcia tracą całkowicie wodę. Proces prowadzi się tak, aby nie dopuścić do utworzenia się soli bardziej uwodnionej niż semihydrat, npj CaSO4H2O, gdyż wtedy masa szybko twardnieje. Semihydrat nie zmienia swej struktury fizycznej i po ogrzaniu go za pomocą gorącego powietrza do temp. 175-185°C traci wodę i może być znów użyty do odwadniania spirytusu.

    Najbardziej rozpowszechnione na świecie są metody azeotropowego odwadniania spirytusu. Zasada metody polega na dodaniu do spirytusu takiego związku, który w czasie destylacji tworzy z wodą mieszaninę azeotropową o znacznie większej lotności niż spirytus. W ten sposób woda jest porywana ze spirytusu, a produkt odwodniony zbiera się u dołu kolumny. Czynnikami porywającymi wodę, czyli tzw. czynnikami azeotropującymi, mogą być: heptan, oktan, benzen, toluen, octan etylu, chloroform, czterochlorek węgla, chlorek metylenu, trójchloroetylen (drawinol), eter etylowy i inne. W Polsce stosuje się do odwadniania spirytusu mieszaninę benzyny wąskofrakcyjnej i benzenu. Benzyna wąskofrakeyjna zawiera głównie węglowodory: heptan i oktan. Benzen, etanol,, heptan (lub oktan) tworzą z wodą azeotropy o zawartości ok. 7% wody i temperaturze wrzenia ok. 65°C. Azeotrop po skropleniu tworzy dwie warstwy: górną, zawierającą głównie benzen, heptan (lub oktan), który zawraca się do obiegu, i dolną - wodną, którą odprowadza się z rozdzielacza.

    Postępem w technologii odwadniania było opracowanie metody otrzymywania spirytusu odwodnionego bezpośrednio z brzeczki. Duży sukces na tym odcinku osiągnął inż. A. Herman, który w r. 1952 otrzymał patent na sposób odwadniania spirytusu bezpośrednio z brzeczki za pomocą benzenu i benzyny. Metoda została zastosowana w Żyrardowskich Zakładach Przemysłu Spirytusowego i dlatego jest nazwana metodą żyrardowską. Schemat aparatu do odwadniania spirytusu tą metodą jest pokazany na rysunku XIX-6.

    Urządzenie działa w następujący sposób. Odfermentowany zacier o mocy ok. 10%, podgrzany w wymienniku ciepła do temp. ok. 70°C, dostaje się przewodem 1 na górną półkę kolumny odpędowej 2 ogrzewanej bezpośrednio za pomocą bełkotki 3. Wywar wolny od alkoholu odpływa z kolumny przewodem 4. Spirytus w postaci pary o mocy ok. 50%, uwolniony od przedgonów w stopniu dostatecznym dla spirytusu odwodnionego, przechodzi do kolumny wzmacniającej 15 przewodem 5, który jest regulowany zaworem 6. Kolumienka przedgonów 7 wzmacniająca przedgony służy jednocześnie do ich usunięcia na zewnątrz. Przedgony w postaci pary, których ilość jest regulowana zaworem 8, przechodzą przewodem 9 do deflegmatora 10, z którego flegma przewodem 11 spływa do kolumny 7. Stężone przedgony w postaci pary przechodzą o przewodem 12 do skraplacza 13, z którego przewodem 14 odpływają do odbiornika. Kolumna wzmacniająca 15 jest ogrzewana za pomocą bełkotki 16. Pozostałość odpływa przewodem 17. Wstępnie odwodniony spirytus o mocy 96-98% z zawartością około 30% środka azeotropującego wzmocniony z górnej części kolumny 15 przechodzi przewodem 29 regulowanym za pomocą zaworu 30 do kolumny odwadniającej 32 w celu ostatecznego odwodnienia. Pary aezotropu dostają się przewodem 18 do deflegmatora 29, z którego w postaci pary przechodzą przewodem 21 do skraplacza 22. Flegma spływa przewodem 20 na najwyższą półkę kolumny wzmacniającej 15. Skroplmy o zawartości ok. 6% wody spływają przewodem 23 poprzez latarkę 24 do rozdzielacza 25, gdzie zostają rozdzielone na dwie warstwy:

    1. górną, stanowiącą ok. 85% całości cieczy, zawierającą ok. 82% środka azeotropującego, 15% alkoholu i 3% wody, która wraca przewodem 26 do kolumny obiegu,
    2. dolną, stanowiącą ok. 15% skroplin, o zawartości 17% środka azeotropującego, 58% alkoholu i 25% wody, która przewodem 27 spływa do dolnej części kolumny wzmacniającej.

    Kolumna odwadniająca 32 jest ogrzewana przeponowo podgrzewaczem 33, do którego para wchodzi przewodem 34, skrop-liny zaś opuszczają podgrzewacz przewodem 35. Mieszanina azeotropowa w postaci pary dostaje się przewodem 36 do deflegmatora 37, skąd flegma przewodem 38 wraca do kolumny 32, a nie skroplony azeotrop przechodzi przewodem 39 do skraplacza 40, gdzie ulega skropleniu i przewodem 41 przez latarkę 42 dostaje się do rozdzielacza 43, skąd górna warstwa przewodem 44, dolna zaś przewodem 45 (warstwy mają skład taki sam jak w rozdzielaczu 25), przechodzą przewodem 28 na górę i dół kolumny wzmacniającej 15. Spirytus odwodniony w postaci cieczy odbiera się z najniższej półki kolumny przewodem 46. Tuzie odbiera się, jak w kolumnie rektyfikacyjnej, w postaci pary jednym z króćców: 48, 49 lub 50. Załadowanie aparatu środkiem azeotropującym i uzupełnienie strat odbywa się za pomocą przewodu 47.

    W razie gdyby gorzelnia nie dostarczyła w ogóle lub dostarczyła brzeczkę w niedostatecznej ilości, aparat może być zasilany przewodem 31 częściowo lub wyłącznie obcym spirytusem surowym. W przypadku zasilania kolumny wzmacniającej 15 wyłącznie obcym spirytusem surowym zamyka się zawór włączony w przewód 5.

    up Góra

    Produkcja wyższych alkoholi z olejów fuzlowych

    Poszczególne składniki olejów fuzlowych znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle.

    • Alkohol amylowy jest stosowany w mleczarstwie do oznaczania tłuszczu w mleku. Przemysł farmaceutyczny produkuje z tego alkoholu kwas izowalerianowy - znany środek uspokajający, a przemysł kosmetyczny produkuje różne estry alkoholu amylowego, które są substancjami zapachowymi. Alkohol ten jest stosowany również w przemyśle hutniczym w postaci ksantogenianu amylu do flotacji (wzbogacania) rud nieżelaznych. Przemysł lakierniczy stosuje alkohol amylowy jako rozpuszczalnik. Octan amylowy jest stosowany przy ekstrakcji penicyliny z przefermentowanego płynu.
    • Alkohol izobutylowy jest używany głównie przy produkcji lakierów. Z tego surowca produkuje się również pantotenian wapnia, który znajduje zastosowanie między innymi jako korzystny dodatek do pasz dla zwierząt, a szczególnie dla drobiu.
    • Alkohol n-propylowy jest wykorzystywany do produkcji niektórych leków, np. meprobamat (lek uspokajający), a estry tego alkoholu służą jako rozpuszczalniki. Różnorodne zastosowanie wyższych alkoholi otrzymywanych z fuzli powoduje, że cena olejów fuzlowych na rynkach międzynarodowych jest około trzykrotnie wyższa niż, cena spirytusu. Fuzle można rozdzielać w aparatach rektyfikacyjnych do pracy okresowej lub ciągłej.

    Aparat do frakcjonowania fuzli

    Na rysunku XIX-7 jest pokazany schemat aparatu do frakcjonowania fuzli stosowany w jednej z krajowych rektyfikacji. Do kotła 1 doprowadza się rurociągiem 2 porcję olejów fuzlowych wstępnie odwodnionych za pomocą soli kuchennej. Do fuzli dodaje się również roztwór ługu sodowego w celu zobojętnienia kwasów i zmydlenia estrów. Następnie ogrzewa się ciecz, doprowadzając parę wodną do wężownicy 3. Po osiągnięciu stanu równowagi w kolumnie rektyfikacyjnej 4 rozpoczyna się odbieranie pierwszej frakcji, tj. mieszaniny alkoholu etylowego i wody. W tym celu zmniejsza się ilość wody chłodzącej kierowanej do deflegmatora 5. Część nie skroplonych par przedostaje się przewodem 6 do chłodnicy 7. Płyn z chłodnicy jest kierowany do klosza przepływowego 8, a stąd przewodem 9 -do odpowiedniego zbiornika w magazynie. Po pewnym czasie moc spirytusu mierzona w kloszu przepływowym spada, a temperatura cieczy w kotle oraz w kolumnie rektyfikacyjnej wzrasta. Zwiększa się wtedy stopień deflegmacji i pobiera co kilka minut próbkę z klosza przepływowego badając, czy płyn rozwarstwia się po dodaniu nasyconego roztworu soli kuchennej. Stwierdzenie tego zjawiska dowodzi, że destyluje azeotrop propanol-woda; frakcja ta jest kierowana do oddzielnego odbieralnika.

    Następną frakcją jest azeotrop izobutanol-woda. Stwierdzenie jego obecności jest proste, gdyż z powodu ograniczonej rozpuszczalności obydwu składników azeotrop po skropleniu rozwarstwia się. Przez klosz przepływowy płynie więc ciecz o wyglądzie mlecznej emulsji. Azeotrop izobutanol-woda jest kierowany przewodem 10 do rozdzielacza 11. Górna warstwa w rozdzielaczu 11 zawiera izobutanol oraz kilka procent wody 1 jest kierowana przewodem 12 z powrotem do kotła rektyfikacyjnego, a dolna, zawierająca wodę oraz ok. 10% izobutanolu, przewodem 13 - do oddzielnego zbiornika. Z tego płynu wy dzieła się następnie izobutanol za pomocą wysalania solą kuchenną lub za pomocą destylacji. Zawracanie izobutanolu do kotła ma na celu otrzymanie tego alkoholu w postaci bezwodnej.

    Całkowite oddestylowanie wody i fuzli jest sygnalizowane przez szybki wzrost temperatur w kolumnie rektyfikacyjnej. Osiąga ona w górnej części kolumny 107-108°C. Wtedy odbiera się frakcję alkoholu izobutylowego bezwodnego. Po alkoholu izobutylowym destylują alkohole amylowe. Fuzle ziemniaczane, melasowe i zbożowe zawierają prawie wyłącznie optycznie nieczynny alkohol izoamylowy (temp. wrzenia 132°C) oraz optycznie czynny izomer alkoholu amylowego (temp. wrzenia 128°C). Zawartość alkoholu amylowego optycznie czynnego wynosi 13-30% ogólnej zawartości pentanoli, przy czym największe ilości tego alkoholu znajdują się w fuzlach melasowych. W procesie frakcjonowania fuzli obydwa alkohole amylowe są odbierane jako jedna frakcja, przy czym alkohole te można odprowadzać do chłodnicy z niższych półek kolumny 4 za pomocą przewodu 25. Gdy w kotle rektyfikacyjnym pozostanie kilkaset litrów płynu, frakcjonowanie przerywa się, a po ostygnięciu kotła wprowadza się nową partię fuzli i rozpoczyna nowy cykl.

    W pozostałości podestylacyjnej znajduje się pentanol i wyższe alkohole oraz sole różnych kwasów. Aby oddestylować pozostały alkohol (głównie alkohol amylowy), do pozostałości dodaje się wodę i oddestylowuje alkohol w postaci azeotropu wodnego. Azeotrop po ochłodzeniu rozwarstwia się. Warstwę wodną, znajdującą się na dole, usuwa się; pozostaje wtedy technicznie czysty alkohol amylowy. W celu otrzymania bezwodnego propanolu, azeotrop propanol-woda poddaje się odwadnianiu za pomocą benzenu. Proces ten prowadzi się w podobny sposób jak odwadnianie spirytusu.

    up Góra

    Produkcja wódek

    Produkcja wódek czystych

    Wódki czyste są mieszaniną spirytusu rektyfikowanego z destylowaną lub zmiękczoną wodą. Ze spirytusu ziemniaczanego lub melasowego produkuje się wódki czyste zwykłe, np. stołową, ze zbożowego - wódki żytnie, a z rektyfikatu wyborowego wódki wyborowe, np. krakus.

    Przy mieszaniu spirytusu z wodą zachodzi zjawisko tzw. kontrakcji, która polega na przenikaniu cząsteczek wody między cząsteczki alkoholu. Następuje tarcie tych cząsteczek, wskutek czego temperatura cieczy wzrasta tym bardziej, im niższa była temperatura wody i spirytusu przed zmieszaniem. Wzrost temperatury waha się w granicach 9-12°C.

    Równocześnie ze wzrostem temperatury następuje zmniejszenie objętości, które w praktyce wynosi 3-3,5°/o. Na przykład w celu otrzymania 100 1 wódki o stężeniu 40%, należy wziąć 41,667 1 spirytusu o stężeniu 96% i 61,336 1 wody. Jakość wody użytej do produkcji wódek ma pierwszorzędne znaczenie. Musi to być woda pozbawiona wszelkich zapachów i smaku oraz powinna zawierać jak najmniej rozpuszczonych związków chemicznych. Ponieważ nawet najlepsza woda pitna zawiera sole wapnia i magnezu, dlatego musi być od-mineralizowana. Do tego celu służą wymieniacze jonowe, które muszą się znajdować w każdej wytwórni wódek. Substancją absorbującą sole wapnia i magnezu jest jonit, przy czym w zależności od działania rozróżnia się kationity oraz anionity. Do wstępnego przygotowania wody do produkcji wódek służą odżelaziacze, filtry piaskowe i wymienniki absorpcyjne. Odżelaziacz (rys. XXI-1) jest zbiornikiem wypełnionym żwirem. Od dołu przez żwir tłoczy się powietrze pod ciśnieniem 0,5 MPa, a z góry spływa woda. Tlen zawarty w powietrzu utlenia związki żelaza dwuwartościowego na nierozpuszczalne w wodzie związki żelaza trójwartościowego. Zostają one zatrzymane w filtrze zawierającym kilka warstw żwiru i piasku. Następnie wymiennik adsorpcyjny obniża zawartość substancji organicznych w wodzie. Znajduje się w nim ok. 600 1 jonitu Imac-A-529, który odznacza się dobrymi właściwościami adsorpcyjnymi.

    Następnie woda przechodzi do wymienników kationitowych. Są one wypełnione kationitem Imac-C-112, który służy dc wymiany jonów Ca i Mg. Powoduje to zmiękczenie wody dc twardości nie przekraczającej 0,l°n. Stosuje się również kationity krajowe o symbolach MK-2 i MK-3.

    Do usunięcia rozpuszczonego w wodzie CO2 służy desorber. Jest to zbiornik wypełniony pierścieniami Rashinga (najczęściej porcelanowymi), do którego wtłacza się od dołu zimne lub ciepłe powietrze. Wypiera ono CO2, a woda przechodzi dalej do wymienników wypełnionych anionitami zasadowymi Imac-A-17 i Imac -A-27.

    Odżelaziacz zamknięty

    Zamiast oddzielnych wymienników amonitowych i kationitowych stosuje się wymienniki dwujonitowe, w których jedna część zawiera jonit kwaśny, a druga zasadowy. Wreszcie na końcu woda przechodzi jeszcze przez filtr siatkowy. Tak przygotowana woda jest gotowa do produkcji wódki.

    Do mieszalnika wlewa się najpierw odmierzoną ilość rektyfikatu. Pomiaru dokonuje się w mierniku o kształcie ściętego stożka nazywanym foką. Następnie dolewa się wyliczoną ilość wody zmiękczonej i sypie drobnoziarnisty węgiel drzewny w ilości 100 g na 1000 1 wódki. Przez bełkotkę umieszczoną na dnie mieszalnika wtłacza się przez 20 min powietrze. W tym czasie następuje dokładne wymieszanie wszystkich składników. Teraz pozostawia się wódkę w spokoju na kilka godzin, aby węgiel osiadł na dnie. Następnie pompuje się wódkę do zbiornika ciśnieniowego i znów pozostawia w spokoju na 2-3 godziny, po czym ściąga się wódkę znad osadu i filtruje kolejno przez filtry woreczkowe Prokscha oraz przez filtr piaskowy lub płytowy. Ten ostatni jest wyposażony w płyty filtracyjne celulozowo - azbestowe.

    Po filtracji kieruje się wódkę do zbiornika zwanego wyrównywaczem, podobnego do mieszalnika. Tu sprawdza się moc wódki i jeżeli odchylenie wynosi 0,5% lub więcej w stosunku do mocy nominalnej, dolewa się spirytus lub wodę. W wyrównywaczu odbywa się ponowne wymieszanie płynu, który zostaje jeszcze raz przefiltrowany przez filtr tkaninowy i skierowany do rozlewu. Pozostałe na dnie mieszalnika i zbiornika ciśnieniowego resztki wódki z osadem węgla drzewnego kieruje się do zbiornika, z którego w miarę napełniania przekazuje się ciecz do destylacji, a pozostały węgiel usuwa lub spala. Można również mieszaninę węgla z wódką wypłukać czystą wodą i tę słabą wódkę przepompować do rozcieńczalnika.

    up Góra

    Produkcja wódek gatunkowych

    Surowce stosowane przy produkcji wódek gatunkowych

    W polskich wytwórniach wódek gatunkowych stosuje się ponad 60 rodzajów surowców, jak owoce świeże i suszone, kora i drewno, korzenie i kłącza, zioła i trawy, kwiaty, nasiona, olejki eteryczne, esencje, używki, barwniki. Do najważniejszych surowców stosowanych do produkcji wódek gatunkowych należy zaliczyć owoce. Ogólne wymagania dotyczące jakości owoców świeżych są następujące:

    1. należy stosować właściwą odmianę owoców, o dużej zawartości ekstraktu oraz charakterystycznym smaku, zapachu i kolorze,
    2. owoce nie mogą być uszkodzone, nadgniłe lub pokryte plamami, ani nie mogą być robaczywe,
    3. owoce muszą być czyste, bez ziemi, liści i szypułek,
    4. owoce muszą być świeże i dojrzałe, o właściwym dla nich kolorze i zapachu,
    5. owoce nie mogą być zaparzone, spleśniałe ani zafermentowane.

    Najczęściej stosowanymi owocami są: wiśnie, truskawki, maliny, śliwki, tarnina, jabłka, czarne jagody, porzeczki, jarzębina i jałowiec. Niektóre z nich, np. śliwki, tarninę, jałowiec, stosuje się w postaci suszonej. Wymagania jakościowe dotyczące suchych surowców roślinnych są następujące:

    1. zawartość wody w korzeniach i kłączach najwyżej 15%, w liściach, trawach i nasionach - 12%;
    2. zanieczyszczenia bezużytecznymi częściami roślin lub innymi roślinami oraz ziemią i piaskiem nie mogą przekraczać 2%;
    3. kora nie może być zanieczyszczona gałązkami i drewnem;
    4. liście nie mogą być zszarzałe ani pokryte rdzą, kwiaty zaś muszą mieć barwę jednolitą, a zawartość zblakłych - maks. 8%;
    5. surowce powinny być magazynowane w pomieszczeniach suchych, czystych i chłodnych, przewiewnych, niesłonecznych i zabezpieczonych przed szkodnikami;
    6. czas przechowywania nie może przekraczać 1 roku.

    Najczęściej stosowanymi surowcami suszonymi Są: korzeń arcydzięgla, ziele piołunu, majeranku, tymianku i żubrówki, kwiaty bzu czarnego, lipy i lawendy, nasiona anyżku, kminku, pieprzu, kopru, suszone owoce niedojrzałych pomarańczy, rodzynki i wanilia, kora dębowa i cynamonowa oraz drewno limuzynowe. Z używek stosuje się kawę i kakao, a z barwników karmel, czyli palony cukier, i sok z czarnych jagód. Do produkcji wódek gatunkowych można stosować cukier w postaci normalnego, białego kryształu, natomiast do wódek bezbarwnych należy stosować wyłącznie rafinadę. Jakość wody i jej uzdatnianie zostały już opisane.

    up Góra

    Rodzaje wódek gatunkowych

    Wódki gatunkowe są przygotowywane ze spirytusu rektyfikowanego, wody oraz składników zapachowo smakowych w takich ilościach, aby napój różnił się wyraźnie od wódki czystej. Wódki gatunkowe dzieli się w zależności od zawartości ekstraktu na 4 grupy:

    1. wódki wytrawne, zawierające do 50 g ekstraktu w 1 l,
    2. wódki półsłodkie, zawierające 51-229 g ekstraktu w. 1 l,
    3. wódki słodkie, zawierające 221-320 g ekstraktu w 1 l,
    4. likiery, zawierające ponad 320 g ekstraktu w 1 l.

    Spośród likierów wyróżnia się jeszcze podgrupę kremów. Są to wódki gatunkowe zawierające powyżej 400 g ekstraktu w 1 1. W zależności od rodzaju składnika podstawowego wódki gatunkowe można podzielić na: naturalne, owocowe i inne.

    Za wódkę naturalną uważa się taką, której podstawowym składnikiem jest spirytus surowy np. owocowy lub zbożowy. Najbardziej znanymi wódkami naturalnymi są winiaki i koniaki. Produkuje się je z wina gronowego, którym napełnia się kubeł aparatu destylacyjnego i odpędza destylat winny. W czasie destylacji usuwa się część przed-gonów i niedogonów. Następnie destylat o mocy nieco wyższej od gotowego produktu poddaje się leżakowaniu (starzeniu) w beczkach dębowych w ciągu co najmniej 3 lat. Poszczególne fabryki dodają jeszcze różne dodatkowe składniki smakowe i zapachowe, których receptura stanowi tajemnicę zakładu. Po przefiltrowaniu i wyrównaniu mocy otrzymuje się gotowy winiak o charakterystycznym smaku i zapachu.

    Winiaki produkowane w departamencie Charente we Francji mają prawnie zastrzeżoną nazwę Cognac (koniak) i są najbardziej poszukiwane przez znawców. Produkowane gdzie indziej mają inne nazwy, jak winiak, brandy, armaniak, wein-brand. Winiaki mieszane, np. klubowy, są mieszaniną destylatu winnego z wódką czystą.

    Rum jest bardzo aromatyczną wódką produkowaną z melasy trzcinowej rozcieńczonej wywarem z rumu, miażdżonej trzciny cukrowej i dodatków. Destylat z tego zacieru poddaje się starzeniu. Podobnie produkuje się arak z tym, że głównym surowcem jest niełuszczony ryż.

    Niektóre wódki naturalne produkuje się z owoców. Ze śliwek produkuje się śliwowicę, z wiśni - kirsch, z jabłek - calvados, a z jagód jałowca - gin (dżin). Z jęczmienia, ściślej z wędzonego słodu jęczmiennego, produkuje się whisky szkocką, a z kukurydzy lub ryżu whisky amerykańską, a także japońską.

    Z żyta produkuje się w Polsce starkę. Jest to rodzaj żytniówki poddawany starzeniu przez co najmniej 2 lata, ale naprawdę dobry produkt otrzymuje się po 5-letnim lub dłuższym leżakowaniu. Proces estryfikacji zachodzący w wódce można przyspieszyć przez podwyższenie temperatury leżakowania.

    Wódki owocowe, w skład których wchodzą soki kilku owoców, prawie w równych ilościach, nazywają się ratafiami. Z innych wódek znane są jeszcze wódki sporządzone na nalewkach korzenno-ziołowych i olejkach, jak miętówka, angielska gorzka.

    up Góra

    Technologia produkcji wódek sokowych obejmuje następujące czynności: przyjęcie i zważenie surowca, sortowanie i mycie, miażdżenie owoców, macerację miazgi, tłoczenie, dodawanie spirytusu do soków. Duże znaczenie dla jakości soków ma jakość owoców, dlatego ich wybór jest dokonywany przez doświadczonych pracowników wytwórni. Owoce są następnie sortowane, myte w razie potrzeby i kierowane do rozdrabniania w młynach o różnej konstrukcji. Przy rozdrabnianiu ulega rozerwaniu pewna ilość komórek miąższu i skórki, co ułatwia wyciskanie i odciek soku. Należy jednak zaznaczyć, że zbyt duże rozdrobnienie owoców może utrudnić uzyskanie dobrego soku. Rozdrabnianie owoców pestkowych prowadzi się w ten sposób, aby tylko część 20-25% pestek została zmiażdżona, gdyż w przeciwnym przypadku sok uzyska niepożądany migdałowy posmak.

    Tłoczenie miazgi może następować niezwłocznie lub po uprzednim jej przygotowaniu. Zależy to od rodzaju owoców. Wiśnie, truskawki, czarne jagody i jabłka poddaje się tłuczeniu zaraz po miażdżeniu, natomiast miazga z malin, śliwek, moreli lub brzoskwiń wymaga przygotowania przed tłoczeniem. Przygotowanie polega na przetrzymaniu miazgi przez kilka godzin, w czasie których zachodzi samorzutne zafermentowanie wskutek obecności drożdży na skórkach owoców, lub na dodaniu preparatów enzymatycznych powodujących rozkład pektyny obecnej w owocach, która utrudnia wyciskanie soku. Soki otrzymane przy zastosowaniu preparatów enzymatycznych mają lepszą jakość, a ponadto otrzymuje się o 5-10% wyższą wydajność soku w porównaniu z tłoczeniem bez dodatku preparatów.

    Tłoczenie miazgi odbywa się w prasach. Dawniej stosowano prasy typu koszowego. Obecnie stosuje się prasy kopertowe pracujące pod ciśnieniem 30-35 MPa. Miazga jest ładowana do kopert płóciennych układanych warstwami jedna na drugiej w ilości 10-20 sztuk. Grubość warstwy miazgi w jednej kopercie wynosi 3,5 cm, co pozwala na lepsze wyciśnięcie soku.

    W tabeli XXI-1 są podane wydajności soków z różnych owoców uzyskanych w dobrze wyposażonych tłoczniach.

    Tabela XXI-1
    Wydajność soku z owoców
    Rodzaj owocówWydajność soku w % stosunku do masy owoców
    Czarne jagody i jeżyny80-81
    Maliny i truskawki77
    Wiśnie i jabłka70
    Porzeczki74
    Czeresnie62
    Śliwki66-71

    W celu zakonserwowania soku dodaje się do niego niezwłocznie po wyciśnięciu spirytus rektyfikowany w takiej ilości, aby zawartość alkoholu wynosiła co najmniej 15°/o, a nie więcej jak 20%. Alkoholizowany sok nazywa się morsem i jest zabezpieczony przed rozwojem mikroorganizmów.

    up Góra

    Mors przechowuje się w zbiornikach metalowych pokrytych wewnątrz specjalnym lakierem kwasoodpornym, np. epoksydowym. Niektóre wytwórnie wódek nie mają oddziałów tłoczni owoców, lecz kupują gotowe soki w przedsiębiorstwach przemysłu owocowo-warzywnego. Dobre wyposażenie techniczne tych zakładów oraz stosowana tam nowoczesna technologia gwarantuje otrzymanie wysokiej jakości półproduktów do produkcji wódek gatunkowych.

    Ważną grupę półproduktów stanowią nalewy na owoce świeże i suszone. Produkcja nalewów polega na ekstrakcji surowców roślinnych spirytusem o mocy 40-85%), przy czym następuje wyługowanie z komórek roślinnych swoistych substancji zapachowo-smakowych. W celu pełnego wykorzystania surowca stosuje się dwukrotne nalewanie spirytusu na tę samą partię owoców. Postępowanie technologiczne przy produkcji nalewów obejmuje następujące czynności:

    1. przyjęcie, odważenie i przesortowanie surowca,
    2. rozdrobnienie surowca i załadowanie go do kadzi nalewowej,
    3. przygotowanie płynu spirytusowego o określonej mocy i w określonej ilości oraz zalanie tym płynem surowca w kadzi,
    4. prowadzenie procesu maceracji w określonym czasie przy jednoczesnym mieszaniu zawartości kadzi,
    5. zlanie I nalewu do zbiornika,
    6. ponowne zalanie surowca płynem spirytusowym o określonej mocy i ilości,
    7. prowadzenie procesu maceracji przez określony czas,
    8. zlanie II nalewu i połączenie go z nalewem I,
    9. odciśnięcie w prasie płynu z surowca i połączenie odcieku z nalewami I i II,
    10. pomiar łącznej ilości płynu, który nazywa się nalewem produkcyjnym, oraz wyrównanie ilości cieczy do objętości podanej w tabeli przez dodatek spirytusu o mocy ok. 50%,
    11. przekazanie wytłoków surowca odciśniętych w prasie do oddziału destylacji w celu odzyskania resztek spirytusu.

    Płyn spirytusowy nalany na owoce powinien je całkowicie pokrywać. Zwykle na 1 kg owoców jagodowych daje się przy pierwszym nalewie 0,8-1,2 1 spirytusu, a przy drugim nalewie 0,7-1,1 1. Na 1 kg suszonych owoców jagodowych daje się przy I nalewie 2,0 1, a przy II nalewie 1,5-1,75 l spirytusu.

    W celu ujednolicenia technologii sporządzania nalewów przeprowadzono szereg badań w Instytucie Przemysłu Fermentacyjnego. Wynikiem tych badań było opracowanie wytycznych dla sporządzania nalewów na owoce świeże i suszone, najczęściej używane w wytwórniach wódek gatunkowych. Wytyczne te są zamieszczone poniżej.

    Przy przerobie innych owoców należy stosować wskazania z tabel, biorąc pod uwagę zbliżone właściwości fizykochemiczne owoców. Na przykład jagody czarne i jeżyny należy przerabiać jak wiśnie; mirabelki, morele, renklody i brzoskwinie - jak śliwki węgierki; jarzębinę suszoną - jak śliwki suszone; suszone owoce dzikiej róży - jak owoce tarniny suszonej; figi i daktyle - jak rodzynki.

    Ilość nalewu produkcyjnego, jaką powinno się uzyskać z 1 kg owoców, oraz przeciętna zawartość ekstraktu jest po dana w tabeli XXI-2.

    Tabela XXI-2
    Ilość nalewu produkcyjnego oraz przeciętna zawartość i uzysk ekstraktu
    Rodzaj owocówZawartość ekstraktu w owocach
    g/kg
    Ilość nalewu produkcyjnego
    1 kg/l
    Zawartość ekstraktu w nalewie produkcyjnym
    g/l
    Uzysk ekstraktu z surowca w %
    Wiśnie świeże1252,04570
    Śliwki świeże2002,06060
    Porzeczki czarne świeże1602,05060
    Tarnina świeża1602,05060
    Orzechy włoskie zielone702,02770
    Wanilia35020,02365
    Rodzynki8105,011070
    Śliwki suszone6203,013065
    Tarnina suszona3502,510070

    Wyługowania substancji aromatycznych z ziół i korzeni dokonuje się stosując jedną z następujących metod:

    1. ekstrakcję na zimno, czyli macerację,
    2. ekstrakcję na gorąco, czyli dygestię,
    3. perkolację,
    4. destylację.

    Maceracja polega na ekstrakcji substancji aromatycznych z surowców za pomocą rozcieńczonego alkoholu według opisanego sposobu dla owoców suszonych. Aby skrócić okres maceracji, można stosować płyn alkoholowy o temp. 50-60°C. Taki proces nazywa się dygestią i wtedy gotowy nalew uzyskuje się w ciągu kilku do kilkunastu godzin. Ten proces prowadzi się w maceratorze obiegowym.

    up Góra

    Perkolacja jest to ulepszona metoda maceracji polegająca na tym, że surowiec zostaje poddany ekstrakcji płynem alkoholowym będącym stale w ruchu. Przy sporządzaniu destylatów porcję surowca wprowadza się do kotła aparatu odpędowego. Stosuje się aparaty kubłowe wykonane z pobielanej blachy miedzianej lub ze stali kwasoodpornej. Są to aparaty o działaniu okresowym. Następnie porcję surowca zalewa się rozcieńczonym spirytusem rektyfikowanym o mocy 40-50°/o i destyluje. W tym czasie aromatyczne substancje z surowca ulatniają się z parą wodną i alkoholem i są odbierane do odpowiednich naczyń składowych. Podział otrzymanego destylatu na różne jakościowo frakcje-odbywa się za pomocą oceny organoleptycznej i badań chemicznych. W niektórych przypadkach najlepszy produkt otrzymuje się na początku destylacji (destylat ze skórek pomarańczy i cytryny), natomiast w innych - w środku lub na końcu destylacji (destylat kakaowy).

    W skład wielu wódek wchodzi spirytus owocowy, np. jarzębinowy, wiśniowy, jabłkowy, jałowcowy. Są to destylaty otrzymane z wymienionych surowców poddanych fermentacji alkoholowej.

    Cukier niezbędny przy produkcji wódek słodkich rozpuszcza się w kotłach płaszczowych o poj. ok. 600 1. Kotły są ogrzewane parą doprowadzoną do płaszcza zewnętrznego. Do kotła wlewa się około 170 1 wody i podgrzewa do temp. 60°C, po czym sypie się 400 kg cukru, uruchamia mieszadło i ogrzewa do stanu wrzenia. Następnie zdejmuje się pianę i dodaje 200 g krystalicznego kwasu cytrynowego lub winowego, po czym gotuje się jeszcze przez 10-15 min i zlewa gotowy syrop do zbiornika.

    Tak sporządzony syrop zawiera 100 kg cukru w 100 1 roztworu, czyli jest roztworem 72-73 procentowym. Dzięki dodatkowi kwasu zachodzi częściowa inwersja sacharozy, która przeciwdziała krystalizacji syropu po jego ochłodzeniu. Karmel sporządza się w stalowych kotłach ogrzewanych gazem i zaopatrzonych w mieszadło (rys. XXI-3). Do kotła sypie się cukier z niewielkim dodatkiem wody ułatwiającej mieszanie i ogrzewa, utrzymując temp. 180-200°C. Po skarmelizowaniu do masy dolewa się wodę w ilości ok. 40 1 na 100 kg cukru i miesza aż do rozpuszczenia i otrzymania jednolitej, brązowej masy, o gęstości 42-43°Be.

    Z półproduktów, a więc soków, nalewów, destylatów oraz spirytusu rektyfikowanego zestawia się określone gatunki wódek. Dla każdego gatunku wódki jest opracowany przepis (recepta) ustalający ilość i jakość półproduktów, które należy wziąć na 1000 1 wódki. W Polsce produkuje się ponad 100 różnych gatunków wódek.

    Przy produkcji wódek półsłodkich, słodkich i likierów w skład zestawu wchodzi również odpowiednia ilość syropu przygotowanego z białego cukru. Zestawianie odbywa się w mieszalnikach o poj. 5-10 tys. l. Zwykle stosuje się następującą kolejność wlewania poszczególnych półproduktów: spirytus rektyfikowany, olejki, nalewy, soki, syrop cukrowy, woda. Do niektórych wódek dodaje się - w celu ich zabarwienia - roztworu cukru palonego, czyli karmelu.

    Kremy sporządza się w mieszalnikach z ogrzewaniem płaszczowym, np. syrop, żółtka, spirytus i substancje zapachowe, będące składnikami likieru jajowego, muszą być wymieszane na jednolitą emulsję w temp. ok. 40°C w ciągu kilku godzin, a następnie skierowane do leżakowni. Leżakowanie poszczególnych zestawów trwa od kilku dni do kilku miesięcy. W tym czasie wódka nabiera zharmonizowanego zapachu i smaku. Produkcja wódek naturalnych polega na wieloletnim leżakowaniu spirytusu surowego w beczkach dębowych.

    W beczkach stosowanych do leżakowania spirytusu żytniego uprzednio przez dłuższy czas było przechowywane wino. W czasie 10-letniego okresu dojrzewania w przechowywanym płynie zachodzą różne zmiany fizyczne i chemiczne. Do zmian fizycznych zalicza się rozpuszczanie w spirytusie substancji zawartych w drewnie beczki oraz parowanie bardziej lotnych substancji, w wyniku czego zachodzi koncentracja składników mniej lotnych. Do zmian chemicznych zalicza się powstawanie estrów, acetali i innych związków oraz utlenianie się garbników, alkoholi, aldehydów i innych substancji. Te skomplikowane i mało dotychczas znane procesy powodują wytworzenie się po kilku latach charakterystycznego bukietu i smaku napoju cenionego przez znawców.

    up Góra

    Gorzelnictwo przemysłowe

    Gorzelnie przemysłowe produkują spirytus z melasy, która jest produktem ubocznym przemysłu cukrowniczego. GORZELNICTWO PRZEMYSŁOWE W odróżnieniu od cukrowni nie pracują one sezonowo, lecz w ciągu 10-11 miesięcy w roku w systemie 3-zmianowym. Roczna produkcja gorzelni melasowych nie ulega takim wahaniom jak produkcja gorzelni rolniczych, która jest związana z urodzajem ziemniaków. Gorzelnie melasowe produkują rocznie 70-75 mln 1 spirytusu.

    Ponadto do gorzelni przemysłowych zalicza się zakłady przerabiające na spirytus ługi posiarczynowe. Produkują one rocznie kilka milionów litrów spirytusu gorszej jakości, nadającego się wyłącznie do celów przemysłowych. W gorzelniach melasowych przy produkcji spirytusu otrzymuje się również produkty uboczne wyszczególnione w tabeli XII-1.

    Tabela XII-1
    Produkty otrzymywane z 1 tony melasy
    Nazwa produktuIlość
    Spirytus rektyfikowany 100%286,0 l
    Spirytus porektyfikacyjny 100%20,5 l
    Fuzle1,5 l
    Drożdże fermentacyjne suszone20,0 kg
    Drożdże paszowe z wywaru (suszone)60,0 kg
    Popiół wywarowy zawierający ok. 60% związków potasowych 80,0 kg

    Wartość produktów ubocznych wynosi ok. 40% wartości otrzymanego spirytusu. Dlatego gorzelnie przemysłowe rozbudowują oddziały produkcji ubocznej, a szczególnie oddziały zdrożdżowania wywaru i fabryki suchego lodu. Wykorzystanie melasy w gorzelni do produkcji różnych wyrobów nazywane jest również kompleksowym wykorzystaniem surowca.

    Pożywki mineralne i ich przygotowanie

    Fermentację alkoholową melasy prowadzi się za pomocą drożdży. Rozmnażanie drożdży jest więc ważnym stadium w procesie technologicznym gorzelni. Do prawidłowego przebiegu procesu rozmnażania drożdży konieczne jest, aby brzeczka, w której hoduje się drożdże, zawierała źródła węgla, azotu, fosforu i mikroelementy. W brzeczce melasowej źródłem węgla jest cukier. Melasa zawiera również mikroelementy oraz związki azotowe (np. aminokwasy) i związki fosforowe. Związków azotowych i fosforowych jest jednak za mało i dlatego do brzeczki melasowej dodaje się roztwór siarczanu amonowego jako źródło azotu oraz wyciąg z superfosfatu jako źródło fosforu. Na jedną tonę melasy przerabianej w gorzelni zużywa się 10-12 kg superfosfatu oraz ok. 1 kg siarczanu amonowego. Zamiast tego można stosować 0,2 kg mocznika i 1 kg fosforanu amonowego.

    up Góra

    Przygotowanie brzeczki melasowej

    Melasę rozcieńczoną wodą nazywa się w gorzelnictwie brzeczką. Fermentacja melasy nie rozcieńczonej nie jest możliwa, ponieważ w melasie jest zbyt duże stężenie cukrów i soli nieorganicznych. Najlepsze warunki dla rozmnażania drożdży są wtedy, gdy melasa jest rozcieńczona dwudziestokrotnie, a nawet trzydziestokrotnie, do gęstości brzeczki 2-4°Blg. Jednak i przy mniejszym rozcieńczeniu drożdże mogą się rozmnażać. Jednym z czynników hamujących wzrost drożdży przy wyższych stężeniach brzeczki jest powstający alkohol etylowy, który już w stężeniu 0,7% może mieć ujemny wpływ na rozmnażanie komórek. Przez odpowiednią adaptację niektórych szczepów drożdży otrzymano rasy rozmnażające się również w trudnych warunkach, tj. w brzeczkach melasowych o gęstości 10, a nawet 25°Blg.

    W rozcieńczonej brzeczce melasowej mogą rozmnażać się nie tylko drożdże, ale również inne mikroorganizmy, które zawsze znajdują się w melasie i wodzie służącej do jej rozcieńczania. Są to bakterie wytwarzające kwas mlekowy, octowy, propionowy, masłowy, śluz (dekstran) oraz inne produkty. Bakterie te są szkodliwe, ponieważ wytwarzane przez nie produkty utrudniają rozmnażanie drożdży i powodują mniejszą wydajność alkoholu z cukru zawartego w brzeczce. Część tego cukru jest bowiem zużywana na produkty uboczne wytwarzane przez szkodliwe mikroorganizmy.

    Jednym ze sposobów zapobiegania szybkiemu rozwojowi niepożądanych mikroorganizmów jest sterylizacja brzeczki melasowej. Zabieg ten można przeprowadzać w sposób okresowy lub ciągły. Sposób okresowy polega na podgrzaniu do wrzenia porcji brzeczki w zbiorniku za pomocą pary wodnej, utrzymaniu jej w tym stanie wrzenia przez 1/2 godziny i ochłodzeniu brzeczki do temp. ok. 20-25°C.

    Sterylizacja brzeczki jest zabiegiem kosztownym, ale najbardziej skutecznym przy niszczeniu mikroorganizmów. Dlatego stosuje się ją tylko w przypadku melasy służącej do przygotowania brzeczki do rozmnażania drożdży zarodowych. W innych przypadkach wystarczy podgrzanie rozcieńczonej melasy do temp. ok. 95°C. Zabieg ten jest dokonywany w sposób ciągły w płytkowych wymiennikach ciepła.

    Niszczenia mikroorganizmów melasy można dokonać również za pomocą różnych związków chemicznych nazywanych ogólnie środkami dezynfekcyjnymi. Można je podzielić na cztery zasadnicze grupy:

    1. kwasy i zasady,
    2. sole metali ciężkich,
    3. chlorowce i ich pochodne,
    4. kompleksowe związki organiczne.

    Spośród kwasów najszersze zastosowanie w gorzelnictwie znalazły: kwas siarkowy i kwas solny. Zakwaszanie do ok. 2°D (pH 3,6) melasy rozcieńczonej do 55-60°Blg i pozostawienie jej na kilka godzin powoduje zniszczenie większości szkodliwych mikroorganizmów. Podgrzanie zakwaszonej melasy przyspiesza dezynfekcję i wtedy zabieg ten można prowadzić w sposób ciągły, np. w płytowych wymiennikach ciepła.

    Roztwory ługu można stosować do dezynfekcji naczyń, natomiast dla melasy nie jest to środek odpowiedni, gdyż w środowisku alkalicznym giną drożdże, a zatem nie byłoby możliwe prowadzenie fermentacji alkoholowej.

    Sole metali ciężkich, np. sublimat (HgCL2) lub amoniakalne roztwory związków srebra, działają niszcząco na mikroorganizmy, nawet przy niewielkim dodatku do brzeczki (w stosunku 1 : 10 000). Nie znalazły one zastosowania do dezynfekcji melasy, gdyż działają szkodliwie również na drożdże. Stosuje się je natomiast do dezynfekcji pomieszczeń fabrycznych

    Spośród związków chloru najszersze zastosowanie w gorzelni ma wapno chlorowane. Jest to mieszanina podchlorynu wapnia i chlorku Wapniowego zawierającego do 35% czynnego chloru. Stosowanie wapna chlorowanego, w zależności od jakości melasy, jest omówione w dalszej części tego rozdziału.

    Do grupy kompleksowych związków organicznych należą czwartorzędowe związki amoniowe. Substancje te wykazują właściwości bakteriobójcze w dużych rozcieńczeniach rzędu 1:10 000 i więcej. Działanie dezynfekcyjne tych związków polega na ich adsorpcji przez powierzchnię błony komórkowej, która przestaje być wtedy przepuszczalna dla wielu związków azotowych i fosforowych, w wyniku czego komórki giną wskutek autolizy. Spośród związków tego typu wypróbowano w jednej z polskich gorzelni melasowych bromek laurylopiry-dyniowy produkowany w kraju. Preparat ten znajduje się w handlu w postaci 25-procentowego roztworu wodnego (pod nazwą Laurosept). Skuteczny w zwalczaniu niepożądanych drobnoustrojów okazał się dodatek tego preparatu handlowego w ilości 0,001% w stosunku do fermentującej brzeczki, z tym że dawki tej nie daje się w sposób ciągły, lecz porcjami - do różnych kadzi fermentacyjnych.

    W wielu placówkach naukowych badano możliwości użycia jako środków dezynfekcyjnych różnych antybiotyków, jak penicylina, auromycyna, streptomycyna, terramycyna. Również dodatek formaliny w ilości 40-60 g na 1000 1 brzeczki umożliwia prowadzenie fermentacji ciągłej bez obawy o rozwój zakażeń. Co pewien czas należy jednak zmieniać rodzaj środka dezynfekcyjnego, gdyż drobnoustroje uodporniają się na działanie danego preparatu. Skuteczność stosowanych środków powinna być kontrolowana w próbach laboratoryjnych, gdyż jakość melasy oraz wody stosowanej do przygotowania brzeczki jest zmienna i z tego powodu nie można podać ściśle ustalonych przepisów obowiązujących dla każdej gorzelni w każdym okresie czasu.

    up Góra

    Rozmnażanie drożdży

    Pracę w gorzelni rozpoczyna się od rozmnożenia czystej kultury drożdży. Czystą kulturą nazywa się drożdże wyhodowane w laboratorium z jednej komórki. Drożdże takie można otrzymać z Ośrodka Kultur Drobnoustrojów Przemysłowych Instytutu Przemysłu Fermentacyjnego w Warszawie lub też z innych placówek naukowych, rap. z Katedry Mikrobiologii Politechniki Łódzkiej.

    Placówki naukowe mają kolekcje różnych ras drożdży odznaczających się specyficznymi właściwościami. Są więc rasy drożdży browarnianych, winiarskich, piekarskich, paszowych, gorzelniczych. Wśród drożdży gorzelniczych pewne rasy są bardziej odpowiednie przy przerobie surowców skrobiowych, a inne przy przerobie melasy. W gorzelniach melasowych stosuje się rasy: Gdańsk, 0, Ja, 33, 34 i inne.

    W ostatnich latach gorzelnicy coraz częściej stosują rasy drożdży otrzymane na drodze hybrydyzacji, tj. krzyżowania różnych ras. Hybrydy wykazują korzystne właściwości ras wyjściowych. Na przykład hybryd nr 67 otrzymany przez naukowców w ZSRR ze skrzyżowania drożdży rasy Ja z drożdżami piwnymi Saccharomyces carlsbergensis całkowicie odfermentowuje rafinozę, znajdującą się w pożywce melasowej, dzięki temu, że posiada enzym a-galaktozydazę charakterystyczny dla drożdży piwnych. Hybryd ten ma również korzystne cechy drożdży rasy Ja, tj. zdolność rozmnażania się i fermentacji przy stosunkowo wysokim stężeniu cukru i soli nieorganicznych zawartych w melasie.

    Drożdże czystej kultury otrzymuje się z placówek naukowych w butelkach (zwykle o poj. 0,25 1) w postaci zawiesiny w 10-procentowym wyjałowionym roztworze cukru. W butelce znajduje się 30-50 cm3 płynu. Można też otrzymać czystą kulturę utrwaloną na skosie agarowym umieszczonym w probówce.

    Czystą kulturę drożdży otrzymaną w butelkach rozmnaża się w laboratorium gorzelni. W tym celu do każdej butelki dodaje się, w sposób zabezpieczający warunki aseptyczne, ok. 100 cm3 wysterylizowanej brzeczki melasowej o gęstości ok. 10°Blg, zakwaszonej do l,0°D i zawierającej pożywkę w ilości 0,1% fosforanu amonowego oraz kilka cm3 wyciągu z kiełków słodowych. Butelki wstawia się do termostatu na 12-15 godzin. Temperatura w termostacie powinna wynosić 28-29°C. Następnie zawartość 2 lub 3 butelek przenosi się do jednej kolby Karlsberga. Jest to naczynie cylindryczne o poj. ok. 10 1 wykonane z miedzi lub stali kwasoodpornej.

    Do kolby Karlsberga wlewa się 4-5 1 sterylnej brzeczki melasowej o podobnym składzie jak brzeczka dodawana do butelek i wstawia do termostatu na 24 godziny. Zwykle gorzelnia kupuje taką ilość butelek z czystą kulturą, aby można było przygotować drożdże co najmniej w dwu kolbach Karlsberga. Po 24 godzinach drożdże wraz z odfermentowaną brzeczką przenosi się do propagatora o poj. ok. 50 1, nazywanego również małym aparatem Lidnera.

    up Góra

    Okresowa metoda fermentacji

    Niektóre gorzelnie pobierają do fermentacji wodę z rzek lub jezior i z tego powodu nie mogą prowadzić fermentacji ciągłej bardzo wrażliwej na zakażenia. Ponieważ zarówno wyposażenie, jak i warunki technologiczne tych gorzelni są różne, dlatego opisana tu technologia będzie mieć charakter ramowy. Średnia gęstość brzeczki melasowej przeznaczonej do rozmnażania drożdży nie może być większa jak 12°Blg, a kwasowość w granicach pH 3,5-3,8. Ponadto w brzeczce powinny się znajdować pożywki mineralne w postaci roztworu, którego sposób przyrządzenia został opisany uprzednio. Temperatura rozmnażania drożdży waha się w granicach 28-30°C, a fermentacji głównej w granicach 30-33°C.

    Z propagatora małego przetłacza się brzeczkę drożdżową do dużego propagatora, w którym musi się znajdować porcja wysterylizowanej, zakwaszonej i ochłodzonej brzeczki w ilości nieco większej od ilości dodawanych drożdży. Początkowa gęstość brzeczki wynosi 10°Blg, a po odfermentowaniu ok. 5°Blg. Wówczas dodaje się nową porcję brzeczki, aż do napełnienia dużego propagatora. Następnie połowę jego zawartości przelewa się do kadzi drożdżowej o poj. 15-30 tys. 1, uzupełnia świeżą brzeczką do 1/4 objętości kadzi i zawartość napowietrza bełkotką, doprowadzając w ciągu godziny ok. 10 m3 powietrza na każdy m3 płynu. Po 4-5 godzinach, gdy brzeczka odfermentuje do gęstości ok. 5°Blg, dodaje się następną porcję brzeczki i napowietrza.

    Po całkowitym napełnieniu kadzi drożdżowej całą jej zawartość przelewa się do pustej kadzi fermentacyjnej. Tymczasem w drugiej i trzeciej kadzi drożdżowej już rozmnażają się nowe drożdże wyprowadzone tak samo jak poprzednie. Fermentację prowadzi się w dużych kadziach fermentacyjnych zawierających przeciętnie 60 m3. Ilość drożdży powinna wynosić ok. 50% objętości kadzi. Następnie dolewa się brzeczkę melasową, bez pożywek i kwasu, o gęstości ok. 40°Blg, porcjami, co kilka godzin, aż do napełnienia i odfermentowania całej zawartości kadzi. Trwa to 30-4-40 godzin. Stosuje się również zwiększoną ilość drożdży i dolewa gęściejszą brzeczkę. Ze względu na odbieranie wydzielającego się CO2 do produkcji suchego lodu nie stosuje się napowietrzania kadzi fermentacyjnych. Po zakończeniu fermentacji zawartość kadzi przepompowuje się do zbiornika pośredniczącego, a kadź myje i dezynfekuje.

    Metoda półciągła fermentacji

    Metoda półciągła polega na przelaniu do kadzi fermentacyjnej dojrzałej brzeczki drożdżowej w ilości 83-86% pojemności kadzi. Następnie w ciągu około 13 godzin spływa do tej kadzi melasa w sposób jednostajny i ciągły, aż do całkowitego napełnienia kadzi. W ciągu następnych 10-12 godzin melasa dofermentowuje i gdy fermentacja jest zakończona - odfermentowaną brzeczkę przepompowuje się do zbiornika pośredniczącego (naporowego), z którego spływa do wirówek drożdżowych.

    Całkowity czas przebiegu fermentacji półciągłej niewiele przekracza jedną dobę, dzięki czemu skutki zakażenia brzeczki niepożądanymi bakteriami są niewielkie. Jest to szczególnie ważne w gorzelniach wykorzystujących do rozcieńczania melasy wody powierzchniowe. Drugą korzyścią jest zwiększenie zdolności przerobowej gorzelni wskutek skrócenia fermentacji i przyspieszenia rotacji kadzi fermentacyjnych. Trzecią korzyścią jest zwiększenie ilości drożdży pofermentacyjnych przeznaczonych do produkcji drożdży paszowych.

    Metoda półciągła wymaga zainstalowania kadzi drożdżowych o pojemności ogólnej dwukrotnie większej niż pojemność poszczególnych kadzi fermentacyjnych. Dzięki niskiej koncentracji alkoholu i zastosowaniu napowietrzania w kadziach drożdżowych uzyskuje się znacznie większą populację drożdży niż byłoby to możliwe w kadziach fermentacyjnych.

    Fermentacja ciągła dwupotokowa

    Proces fermentacji ciągłej ma wiele zalet w stosunku do fermentacji okresowej. Najważniejsze z nich to:

    • lepsze wykorzystanie aparatury,
    • umożliwienie automatyzacji procesu,
    • skrócenie czasu fermentacji,
    • ułatwienie obsługi,
    • zmniejszenie korozji aparatury wskutek stałych warunków pracy poszczególnych jej elementów.

    Określenie - fermentacja dwupotokowa - pochodzi stąd, że w procesie występują dwa strumienie brzeczki melasowej. Jeden strumień brzeczki o niższej gęstości jest kierowany do kadzi drożdżowych, a drugi, o wyższej gęstości - do kadzi fermentacyjnych.

    up Góra

    Fermentacja ciągła jednopotokowa

    Drożdże gorzelnicze mogą być rozmnażane w brzeczce o wysokiej koncentracji. A. T. Małczenko i F. B. Krisztu wykorzystali tę cechę drożdży i opracowali technologię ciągłe; fermentacji alkoholowej melasy, w której stosuje się brzeczkę tylko o jednym stężeniu. Nowa technologia umożliwia uproszczenie aparatury w stosunku do fermentacji dwupotokowe, przez wyeliminowanie jednego urządzenia do rozcieńczania melasy. Fermentację jednopotokową stosuje kilka gorzelń w ZSRR.

    Przerób melasy trudno fermentującej

    Niekiedy brzeczka melasowa, pomimo zachowania niezbędnych warunków dla prawidłowego procesu w gorzelni, fermentuje bardzo wolno, drożdże rozmnażają się w niej słabo, kwasowość szybko wzrasta. Melasę, z której przygotowane taką brzeczkę, gorzelnicy nazywają trudno fermentującą, albo melasę złej jakości.

    Przyczyną gorszej fermentacji takiej melasy może być nadmiar koloidów, lotnych kwasów organicznych, produktów karmelizacji cukru, rafinozy, a szczególnie zakażenia szkodliwymi mikroorganizmami. Jeśli dostarczona melasa ma niską gęstość lub kwaśny odczyn i zawiera ponad 2% kwasów lotnych, to istnieje duże prawdopodobieństwo, że przerób tego surowca będzie trudny. W celu poprawienia jakości melasy trzeba stosować specjalne zabiegi. Najlepszy wynik daje sterylizacja polegająca na ogrzaniu do wrzenia melasy zakwaszonej kwasem siarkowym do ok. 0,5-r-l,0°D i utrzymaniu w stanie wrzenia w ciągu l-2 godzin. Sposób ten jest jednak trudny do wykonania w praktyce, gdyż gorzelnie zwykle nie są przygotowane do wyjaławiania dużych ilości melasy, a ponadto sterylizacja jest zabiegiem kosztownym.

    Dobre wyniki może dać chlorowanie melasy. Stosuje się różne dawki chloru, zależnie od stopnia zakażenia melasy. W zależności od wyników analizy stosuje się dodatek do melasy odpowiedniej ilości wapna chlorowanego. Melasa I gatunku może być przerabiana bez chlorowania. Do melasy II gatunku należy dodać tyle wapna, aby stężenie chloru aktywnego wynosiło 0,4 g na 1 kg melasy rozcieńczonej wodą -w stosunku 1:1. Świeże wapno chlorowane powinno zawierać ponad 30% aktywnego chloru, a zatem na 1 tonę rozcieńczonej melasy (w stosunku 1:1) trzeba dodać ok. 1,4 kg wapna chlorowanego. Dawka wapna chlorowanego dla melasy III gatunku powinna być co najmniej o 50% wyższa niż dla melasy II gatunku.

    Chlorowanie przeprowadza się w następujący sposób. Melasę rozcieńcza się wodą w stosunku 1:1 i zakwasza kwasem siarkowym do kwasowości 0,6°D, dodaje obliczoną ilość wapna chlorowanego, miesza i pozostawia w spokoju na ok. 2 godziny. Ponieważ nadmiar chlou jest szkodliwy również dla drożdży, w celu usunięcia części chloru z brzeczki dodaje się roztwór tiosiarczanu sodowego (Na2S2O3), który wiąże wolny chlor. Na 1 t chlorowanej melasy daje się 0,5 kg tiosiarczanu. Następnie melasę miesza się w ciągu 15 min, po czym rozcieńcza do gęstości 20-25°Blg i ogrzewa do temp. 85-90°C np. w wymienniku płytowym. Brzeczka po ochłodzeniu może być kierowana do przerobu.

    Jakość melasy można poprawić również przez dodatek innych antyseptyków, jak fluorek sodowy, formalina, pięciochlorofenolan sodowy, czwartorzędowe związki amoniowe. Optymalne dawki antyseptyków są zmienne i zależą od stopnia zakażenia melasy. Na przykład formalinę stosuje się w ilości 150-300 cm3 na 1 tonę melasy, pięciochlorofenolan sodowy w ilości 30-50 g na 1 tonę.

    up Góra

    Automatyzacja procesu fermentacji alkoholowej

    Ciągła fermentacja umożliwia wprowadzenie samoczynnej regulacji ciągłego procesu w gorzelni. Wprawdzie przy fermentacji okresowej można również zastosować automatyczne dozowanie brzeczki i regulowanie temperatury, ale z powodu częstej zmiany parametrów w tym procesie układy regulacyjne byłyby kosztowne i dlatego nie są wprowadzane.

    W gorzelni zastosowano regulację temperatury w kadziach drożdżowych i fermentacyjnych, regulację gęstości brzeczki melasowej kierowanej do kadzi drożdżowych i fermentacyjnych oraz regulację natężenia przepływu brzeczki. Ponieważ większość układów regulacji składa się z podobnych członów. Omówimy je na przykładzie stosunkowo prostego układu regulacji temperatury w kadzi. Schemat tego układu jest podany na rysunku XII-5.

    Uklad regulacji temperatury

    Proces fermentacji alkoholowej jest egzotermiczny. W celu utrzymania w kadzi stałej temperatury należy chłodzić brzeczkę, co osiąga się przepuszczając zimną wodę przez umieszczoną wewnątrz kadzi 1 wężownicę 2. Aby regulować jakąś wielkość, trzeba ją mierzyć, dlatego w kadzi jest zamontowany miernik temperatury 3. W przemyśle spirytusowym stosuje się powszechnie regulację pneumatyczną- i dlatego miernik temperatury ma tzw. wyjście pneumatyczne. Oznacza to, że każdej zmierzonej temperaturze odpowiada wypracowane przez miernik ciśnienie powietrza, które jest wprowadzone końcówką do dalszych członów układu regulacji. Regulatory pneumatyczne przetwarzają mierzone wielkości na ciśnienie powietrza w zakresie 0,2-1,0 atm. Przyrządy te są zasilane powietrzem o ciśnieniu 1,4 atm doprowadzanym od sprężarki. Ponieważ temperatura w kadzi może się zmieniać w granicach 20-40°C, miernik temperatury jest tak ustawiony, że temp. 20°C odpowiada na wyjściu 0,2 atm, 40°C - 1,0 atm, a np. 30°C - 0,6 atm.

    Jako miernik temperatury stosuje się termometr oporowy, którego wyjściem jest natężenie prądu zależne od temperatury. Prąd ten należy proporcjonalnie zamienić na ciśnienie powietrza w zakresie 0,2-1,0 atm. Dlatego obok miernika w układzie regulacji znajduje się tzw. przetwornik, którego wejściem jest prąd z miernika, a wyjściem - ciśnienie powietrza rzędu 0,2-1 atm. Do tego zakresu ciśnienia jest dostosowany następny człon układu - regulator 4. Do regulatora są doprowadzane dwie wielkości (w postaci ciśnienia rzędu 0,2-1 atm): zmierzona, odpowiadająca aktualnej temperaturze w kadzi, i tzw. zadana, czyli odpowiadająca .temperaturze, którą chcemy utrzymać w kadzi. Jeżeli w naszym przypadku jest to temp. 30°C, to wielkością zadaną będzie 0,6 atm.

    Kontrola procesu fermentacji

    Proces fermentacji alkoholowej powinien być systematycznie kontrolowany. Najlepszym sposobem kontroli jest zainstalowanie w określonych miejscach sprawnie działających urządzeń pomiarowych, jak termometry, przepływomierze i gęstościomierze. Pomiary powinny być zarejestrowane za pomocą urządzeń samopiszących umieszczonych na jednej tablicy. Na podstawie wskazań przyrządów majster zmianowy nastawia odpowiednio zadajniki i w ten sposób kieruje procesem gorzelni. Wyposażenie gorzelni w urządzenia automatycznej rejestracji odbywa się stopniowo, zastępując częściowo kontrolę wykonywaną obecnie przez personel ruchowy.

    ...część II

    up Góra

    Dzisiaj