Этиловый спирт (винный спирт, этанол) широко использу­ется в различных отраслях народного хозяйства. В технических отраслях используется технический этиловый спирт, получаемый і(з этиленсодержаших газов, древесины и отходов производства целлюлозы. В отраслях пищевой промышленности (консервная и витаминная, виноделие, производство ликеро-водочных изде­лий), а также в медицинской промышленности используется пи­щевой спирт, получаемый из пищевого сырья.

Этиловый спирт представляет собой бесцветную, прозрачную жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом. Он смеши­вается с водой в любых соотношениях. Температура кипения спирта при нормальном давлении 78,3°С, температура замерза­ния минус 117°С. Этиловый спирт гигроскопичен, поглощает влагу из воздуха, из растительных и животных тканей, вызывая их разрушение. Химически чистый этиловый спирт имеет ней­тральную реакцию; спирт, вырабатываемый пищевой промыш­ленностью, имеет слабокислую реакцию, обусловленную при­сутствием органических кислот. Спирт и его крепкие водные растворы легко воспламеняются и горят пекоптящим пламенем. Пары спирта вредны для человека, предельно допустимая их концентрация в воздухе I мг/л. Спирт взрывоопасен.

Существует два способа получения спирта: биохимический (микробиологический) и химический. В основе первого способа лежит сбраживание Сахаров дрожжами. По второму спирт по­лучают из этилена путем его гидратации.

Биохимическим путем спирт получают из растительного сырья, содержащего большие количества углеводов.

Технология производства спирта (рис. 6.1) состоит из сле­дующих стадий:

1) подготовка крахмалсодержащего сырья и осахаривающих материалов;

2) разваривание крахмалсодержащего сырья;

3) осахаривание крахмалсодержащего сырья;

4) культивирование дрожжей;

5) сбраживание осахапенной массы (на рис. 6.1 эта стадия обозначена «Возбраживание сусла»);

6) извлечение спирта из бражки и его очистка.

Сырье спиртового производства

Основным видом сырья в производстве пищевого спирта яв­ляется растительное сырье, богатое крахмалом (зерновые куль­туры, картофель), сахаром (меласса, сахарная свекла) и клет­чаткой ().

Картофель - лучший вид сырья для спирта. С единицы посевной площади из картофеля можно получить в среднем в 3 раза больше крахмала, чем из зерновых культур, а, следовательно, и больше спирта. Кроме того, картофельный крахмал дает более высокий выход спирта. На спиртовых заво­дах перерабатывают технические сорта картофеля, удовлетво­ряющие следующим требованиям: высокая крахмалистость, вы­сокая урожайность, стойкость к заболеваниям, устойчивость при хранении. К основным сортам, перерабатываемым на спирт, от­носятся Лохвицкий, Немешаевский юбилейный, Остботе, Вольт - ман и другие. Картофель, поступающий на спиртовые заводы, сортируют на полноценные клубни, закладываемые на хранение, и поврежденные, отправляемые на переработку. Хранят карто­фель преимущественно в буртах.

Зерновые культуры используются в спиртовом производстве, во-первых, для получения солода, необходимого для осахарива - ния крахмала, и во-вторых, непосредственно перерабатываются на спирт. Для приготовления солода используют ячмень, овес, просо, рожь, удовлетворяющие целому ряду требований (влаж­ность, содержание сора и зерновой примеси, способность и энер­гия прорастания). Качество зерна, поступающего на непосред­ственное получение спирта, не регламентируется, но желательно, чтобы оно имело высокую крахмалистость. Для получения спир­та используются рожь, пшеница, ячмень, кукуруза, овес и просо.

Химический состав зерновых злаков зависит от их сорта, почвенно-клнматических условий выращивания и других фак­торов. В среднем зерно злаков содержит 14-15% воды и 85-- 86% сухого вещества. Содержание крахмала в зерне пшеницы может изменяться в пределах 49-73%, ржи - 55-73%, ячме­ня - 45-68%, овса -24-64%, кукурузы - 61-83%, проса - 51-70%, риса - 48-68%. Общее содержание Сахаров в зрелом зерне 2-5%.

В спиртовом производстве суммарное содержание в перера­батываемом сырье крахмала и Сахаров называют крахмали­стое тыо.

Как сырье для производства спирта, хлебопекарных дрожжей и других продуктов бродильных производств используется ме­ласса, являющаяся побочным продуктом свеклосахарного про­изводства. Она представляет собой темно-коричневую вязкую жидкость. Химический состав мелассы зависит от качества свек­лы и условий ее переработки на сахарных заводах. Средний химический состав мелассы следующий (в %): вода-18-25; сахароза - 45-50; инвертный сахар - 0,5; рафиноза - 2; не - сбраживаемые вещества (несахара) -35-40. .

Предприятия спиртовой промышленности потребляют значи­тельное количество воды. Источниками водоснабжения спирто­вых заводов являются реки, пруды, артезианские скважины. Качество воды оказывает большое влияние на технологические процессы. Важным показателем качества воды является жест­кость, окисляемость, ."бактериальная чистота. Различают жест­кость общую, карбонатную и некарбонатную. Общая жесткость

Воды обусловлена присутствием в ней солей кальция и магния* Карбонатная жесткость (временная) обусловлена наличием гид-;! рокарбоиатов кальция и магния, которые при кипячении воды превращаются в карбонаты и выпадают в осадок. Некарбонат­ная (постоянная) жесткость обусловлена наличием в воде хло­ридов, сульфатов и других солей кальция и магния, которые при кипячении не выпадают в осадок. Общая жесткость равна сумме карбонатной и некарбонатной жесткости.

Окисляемостью воды называют способность веществ, содер­жащихся в воде, реагировать с окислителями. Ее выражают количеством миллиграммов кислорода, необходимого для окис­ления веществ, содержащихся в 1 л воды. Окнсляемость харак­теризует степень загрязнения воды органическими веществами.

Бактериальная чистота воды характеризуется общим числом микроорганизмов в I мл воды и числом бактерий кишечной группы.

Вода, используемая в спиртовом производстве, должна удов­летворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде, кроме того, нежелательно использовать воду с высокой карбонатной жесткостью и щелочностью.

Этиловый спирт можно узнать по запаху. Впрочем, отличить его таким образом можно лишь от весьма далеких по структуре веществ. Что же касается соединений одной с ним группы, все сложнее. Но это и интереснее.

Состав и формула

Этанол - а именно так звучит одно из его официальных названий - относится к простым спиртам. Он знаком практически всем под теми или иными наименованиями. Часто его называют просто спиртом, иногда прибавляют прилагательные "этиловый" или "винный", химики могут также назвать его метилкарбинолом. Но суть одна - С 2 Н 5 ОН. Эта формула знакома, пожалуй, практически всем еще со школьных времен. И очень многие помнят, насколько это вещество подобно своему ближайшему родственнику - метанолу. Проблема лишь в том, что последний крайне токсичен. Но об этом позже, сначала стоит рассмотреть подробнее этанол.

Кстати, в химии есть много похожих терминов, так что не стоит путать этиловый спирт, например, с этиленом. Последний является бесцветным горючим газом и совсем не похож на прозрачную жидкость с характерным запахом. А еще есть газ этан, и его название тоже созвучно с наименованием "этанол". Но это тоже совсем разные вещества.

Метиловый и этиловый

Уже долгие годы остается актуальной проблема массовых отравлений в связи с невозжностью отличить в домашних условиях два спирта. Контрафактный алкоголь, подпольное или просто некачественное производство - все это повышает риск плохой очистки и пренебрежения технологическими условиями.

Все это усложняется тем, что по своим основным свойствам метиловый и этиловый спирты - практически идентичные вещества, и неспециалист без нужного оборудования просто не сможет отличить один от другого. При этом смертельная доза метанола - 30 граммов, тогда как в случае с обычным спиртом такой объем совершенно безопасен для взрослого человека. Именно поэтому, если нет уверенности в происхождении напитка, лучше его не употреблять.

Что любопытно, антидотом для технического спирта является как раз чистый метанол. Так что, заметив признаки острого отравления, необходимо ввести раствор последнего внутривенно или принять перорально. Важно при этом не перепутать состояние интоксикации метанолом с обычным сильным алкогольным опьянением или отравлением. В этом случае, а также при отравлении некоторыми другими веществами ни в коем случае нельзя принимать дополнительно спирт этиловый. Цена ошибки может быть очень высокой.

Физические и химические свойства

Этанолу присущи все общие характеристики и реакции спиртов. Он бесцветный, обладает характерными вкусом и запахом. В нормальных условиях он жидкий, переходит в твердую форму при температуре -114 о С, а кипит при +78 градусах. Плотность спирта этилового составляет 0,79. Хорошо смешивается с водой, глицерином, бензолом и многими другими веществами. Легко улетучивается, так что хранить его нужно в хорошо закрывающихся емкостях. Сам является прекрасным растворителем, а также обладает отличными антисептическими свойствами. Очень огнеопасен как в жидком, так и в парообразном состоянии.

Этанол является психоактивным и наркотическим веществом, входит в состав всех спиртных напитков. Смертельной дозой для взрослого человека является 300-400 миллилитров 96 % раствора спирта, употребленного в течение часа. Эта цифра довольно условна, поскольку зависит от большого количества факторов. Для детей достаточно уже 6-30 миллилитров. Так что этанол является и достаточно эффективным ядом. Тем не менее, он широко используется, поскольку обладает рядом уникальных свойств, делающих его универсальным.

Разновидности

Существует несколько видов этилового спирта, используемых для разных целей. В основном они отражают способы получения вещества, но часто говорят и о различных методах обработки.

Так, надпись на упаковке "Спирт этиловый ректификованный" говорит о том, что содержимое прошло специальную очистку от примесей. Полностью очистить, например, от воды его довольно сложно, но можно максимально уменьшить ее присутствие.

Еще спирт может быть денатурированным. В этом случае все наоборот: к этанолу добавляют трудноустранимые примеси, делающие его непригодным для употребления внутрь, но не усложняющие применение по основному назначению. Как правило, в роли денатурата выступает керосин, ацетон, метанол и т. д.

Кроме того, различают спирт этиловый медицинский, технический, пищевой. Для каждой из этих разновидностей существует строгий стандарт, предусматривающий определенные критерии. Но о них поговорим чуть позже.

Кроме всего прочего, на упаковке часто указывается процент содержания. Это актуально, опять же, в связи с тем, что этанол сложно полностью очистить от воды, да и обычно в этом нет серьезной необходимости.

Получение

Производство этилового спирта предусматривает использование одного из трех основных способов: микробиологического, синтетического или гидролизного. В первом случае имеем дело с процессом брожения, во втором, как правило, задействуются химические реакции с применением ацетилена или этилена, ну а третий говорит сам за себя. Каждый из способов имеет свои плюсы и минусы, сложности и преимущества.

Для начала расмотрим этиловый спирт, который производится только для пищевых целей. Для его производства используется только метод брожения. В ходе этого процесса виноградный сахар распадается на этанол и двуокись углерода. Этот метод известен с глубокой древности и является наиболее естественным. Но он требует и большего количества времени. Кроме того, полученное вещество не является чистым спиртом и требует достаточного большого количества операций по обработке и очистке.

Для получения технического этанола брожение нецелесообразно, так что производители прибегают к одному из двух вариантов. Первый из них - сернокислая гидратация этилена. Она выполняется в несколько этапов, но есть и более простой метод. Второй вариант - прямая гидратация этилена в присутствии фосфорной кислоты. Эта реакция обратима. Впрочем, оба этих способа также несовершенны, и полученное вещество требует дальнейшей обработки.

Гидролиз - относительно новый метод, позволяющий получать этиловый спирт из древесины. Для этого сырье измельчается и обрабатывается 2-5 % серной кислотой при температуре 100-170 градусов по Цельсию. Этот метод позволяет получать до 200 литров этанола из 1 тонны древесины. По разным причинам гидролизный способ не слишком популярен в Европе, в отличие от США, где открывают все новые и новые заводы, работающие по этому принципу.

Стандарты

Весь этанол, который производится на предприятиях, должен соответствовать определенным стандартам. Для каждого способа получения и обработки есть свой, в котором указываются основные характеристики, которыми должен обладать конечный продукт. Рассматривается очень много свойств, например, содержание примесей, плотность спирта этилового, предназначение. Для каждой разновидности есть свой стандарт.

Так, например, синтетический технический спирт этиловый - ГОСТ Р 51999-2002 - делится на два сорта: первый и высший. Очевидное различие между ними - объемная доля этанола, которая составляет 96 % и 96,2 % соответственно. В стандарте под этим номером указывается как ректификованный, так и денатурированный этиловый спирт, предназначенный для использования в парфюмерной промышленности.

Для более прозаичной цели - применения в качестве растворителя - существует свой ГОСТ: Р 52574-2006. Здесь речь идет только о денатурате с разной объемной долей этанола - 92,5 % и 99 %.

Что же касается такого вида, как пищевой этиловый спирт, то для него действует ГОСТ Р 51652-2000, и у него есть целых 6 сортов: первый (96 %), высшей очистки (96,2 %), "Базис" (96 %), "Экстра" (96,3 %), "Люкс" (96,3 %) и "Альфа" (96,3 %). Здесь уже речь идет в первую очередь о сырье и некоторых других сложных показателях. Например, продукт марки "Альфа" вырабатывается только из пшеницы, ржи или их смеси.

До сих пор многие проводят, так сказать, параллели между двумя понятиями: спирт этиловый - ГОСТ 18300-87, который был принят еще в СССР. Этот стандарт давно утратил силу, что, однако, не мешает строить производство в соответствии с ним до сих пор.

Использование

Пожалуй, затруднительно найти вещество, которое имеет столь же широкое применение. Этиловый спирт так или иначе используется в очень многих отраслях производства.

Прежде всего, это пищевая промышленность. Самые разные алкогольные напитки - от вин и ликеров до виски, водки и коньяка - соджержат в своем составе упомянутый спирт. Но сам по себе в чистом виде этанол не используется. Технология предусматривает закладку сырья, например, виноградного сока и инициацию процесса брожения, а на выходе получается уже готовый продукт.

Еще одна область широкого применения - это медицина. Этиловый спирт 95 % в данном случае используется чаще всего, ведь он обладает прекрасными антисептическими свойствами, а также растворяет многие вещества, что позволяет с его помощью делать эффективные настойки, микстуры и прочие препараты. Кроме того, при разных видах наружного применения он способен как эффективно согревать, так и охлаждать организм. Нанеся его на кожу, можно быстро сбить высокую температуру тела на градус-полтора. И наоборот, энергичные растирания помогут согреться. Кроме того, при хранении анатомических препаратов также используется спирт этиловый медицинский.

Разумеется, еще одна область применения - это техника, химия и все, что с этим связано. Речь идет о лакокрасочных покрытиях, растворителях, очистителях и пр. Кроме того, этанол используется в промышленном производстве многих веществ или является сырьем для них (диэтиловый эфир, тетраэтилсвинен, уксусная кислота, хлороформ, этилен, каучук и многие другие). Спирт этиловый технический, естественно, совершенно непригоден в пищу, даже если он очищен.

Разумеется, во всех этих случаях речь идет о совершенно разные разновидности, каждая из которых имеет свои особенности. Так, пищевой спирт этиловый ректификованный вряд ли будут использовать для технических целей, тем более, что он облагается акцизом, а значит, его стоимость гораздо выше по сравнению с неочищенным. Впрочем, о ценообразовании речь пойдет отдельно.

Применение в новых технологиях

Все чаще в последние годы говорят об использовании этанола в качестве топлива. Этот подход имеет своих противников и сторонников, особенно часто речь об этом заходит в США. Дело в том, что американские фермеры традиционно выращивают много кукурузы, которая теоретически может служить прекрасным сырьем для того, чтобы получить спирт этиловый. Цена такого топлива однозначно будет ниже стоимости бензина. Этот вариант снимает вопрос зависимости многих стран от поставок нефти и цен на энергоносители, ведь производство спирта может располагаться где угодно. Кроме того, это безопаснее с точки зрения экологии. Впрочем, уже сейчас можно заметить использование этанола в этом качестве, но в гораздо меньших масштабах. Это спиртовки - специальные химические нагреватели, домашние мини-камины, а также многие другие приборы.

Это может быть действительно перспективным направлением работы в поисках альтернативных, возобновляемых и достаточно дешевых источников энергии. Проблема для России здесь состоит в менталитете. Достаточно сказать, что спиртовые фонари в Москве продержались недолго - работники, которые занимались их работой, просто выпивали сырье. И даже если топливо будет содержать различные примеси, совсем избежать отравлений вряд ли удастся. Впрочем, для РФ есть и другие поводы не стремиться к таким изменениям, поскольку переход на такой вид энергии грозит для страны серьезным снижением объема экспорта энергоносителей.

Действие на человеческий организм

В классификации СанПин этанол относится к 4 классу, то есть малоопасным веществам. Сюда же, кстати, относятся керосин, аммиак, метан и некоторые другие элементы. Но это не значит, что не стоит относиться к алкоголю несерьезно.

Этиловый спирт при употреблении внутрьсерьезно влияет на центральную нервную систему всех животных. Он вызывает состояние, называемое алкогольным опьянением, характеризующееся неадекватным поведением, заторможенностью реакций, снижением восприимчивости к различного рода раздражителям и т. д. При этом все сосуды расширяются, увеличивается теплоотдача, учащается сердцебиение и дыхание. В состоянии небольшого опьянения ясно видно характерное возбуждение, при повышении дозы сменяющееся угнетением центральной нервной системы. Как правило, после этого появляется сонливость.

В более высоких дозах может наступить алкогольная интоксикация, серьезно отличающая от картины, описанной ранее. Дело в том, что этанол является наркотическим веществом, но не используется в этом качестве, поскольку для эффективного усыпления нужны дозы, крайне близкие к тем, при которым наступает паралич жизненно важных центров. Состояние алкогольной интоксикации - как раз та грань, когда без оказания экстренной помощи человек может умереть, поэтому так важно отличать это от опьянения. При этом наблюдается что-то вроде комы, дыхание редкое и пахнет спиртом, пульс учащенный, кожа бледная и влажная, температура тела понижена. Необходимо немедленно обратиться за медицинской помощью, а также попробовать промыть желудок.

Регулярное употребление этанола может вызвать пагубное пристрастие - алкоголизм. Оно характеризуется изменением и деградацией личности, также страдают различные системы органов, прежде всего это касается печени. Существует даже характерное для алкоголиков "со стажем" заболевание - цирроз. В некоторых случаях оно даже приводит к необходимости пересадки.

Что касается наружного применения, этиловый спирт раздражает кожу, одновременно являясь эффективным антисептиком. Он также уплотняет эпидермис, поэтому его используют для обработки пролежней и других повреждений.

Реализация и ее особенности

Стандарты - это не единственное, с чем имеют дело те, кто производят спирт этиловый. Цена на разные сорта, марки и разновидности очень разнится. И это неспроста, ведь то, что предназначего для употребления в пищу - подакцизный товар. Обложение этим дополнительным налогом делает стоимость соответствующего ректификата заметно выше. Это позволяет в известной степени контролировать оборот спирта этилового в продаже, а также стоимость алкогольной продукции.

Кстати, это еще и вещество, подлежащее строгому учету. Поскольку этанол используется при производстве лекарств, медицинских манипуляциях и т. д., он в той или иной форме хранится в аптеках, больницах, поликлиниках и прочих учреждениях. Впрочем, это не означает, что устроившись на работу по соответствующей специальности, можно легко и незаметно получить в пользование хоть какое-то количество вещества. Учет этилового спирта производится с помощью специального журнала, а нарушение процедур является административным правонарушением и наказывается штрафом. Что пропажу заметят в самые короткие сроки.

Этиловый спирт активно используется во многих народнохозяйственных сферах: пищевой, химико-фармацевтической, парфюмерной, микробиологической, где он представляет собой первооснову многих видов продукции. Требования к качеству спирта значительно разнятся, что обусловлено спецификой его использования, а также характеристиками и режимами технологических операций в процессе производства.

Наиболее популярны два метода его получения: микробиологический и химический. Первый предусматривает процедуру сбраживания сахаров дрожжами-сахаромицетами. Эта технология широко используется в случае мини производства спирта. По второму методу его получают из этилена путем каталитической гидратации - данная технология тесно связана с применением биологических ферментов-катализаторов. В результате химического синтеза осуществляется производство технического спирта, а при биологическом - пищевого и врачебного.

Главное сырье для производства спирта - растительная масса с высоким содержанием крахмала, сахара и клетчатки. В соответствии с этим сырье делят на 3 основных класса: крахмалсодержащее (зерновые культуры, картофель); сахаросодержащее (свекловица, меласса, виноград, фрукты) и клетковиносодержащее (ксилема, солома, отходы сульфит-целюлозной отрасли). Самым популярным и экономичным видом является картофель. Входящий в его состав крахмал обладает быстрой развариваемостью, клейстеризацией и осахариванием. На спиртовую переработку идет любое зерно, в т. ч. и негодное для пищевого и кормового направления.

Технологический процесс производства спирта

Производство этилового спирта состоит из обязательных технологичных операций, которые условно можно объединить в три этапа: предварительный (мойка, очищение сырья, подготовка солодового экстракта и культур микроорганизмов); основной (разварка сырьевой массы, сахарификация - переход крахмала в сахар, сбраживание, дистилляция браги и сбор спирта-сырца); заключительный - ректификационная очистка.

При производстве спирта из зерна сырьевая масса должна отличаться высоким содержанием крахмала и влажностью менее 17 %. Подготовительный этап технологии состоит в предварительной очистке сырья от механических, органических и сорных примесей. Для этого используют различное технологическое оборудование: воздушно-ситовые, магнитные сепараторы, триеры.

Процесс разваривания состоит в том, что сырье для производства этилового спирта обрабатывают парообразной фазой раствора под давлением 0,5 МПа с целью размягчения клеточной структуры, набухания крахмала, извлечения и преобразования его в растворимое состояние для ускорения этапа сахарификации ферментами. При этом осуществляется усиленный рост объема сахаров вследствие распада крахмала.

На сегодняшний момент варка крахмалсодержащего материала осуществляется 3-мя методами: периодичным, полунепрерывным и постоянным. Наиболее распространен последний вариант с использованием 2-х схем. Согласно 1-й операция проходит при невысокой температуре (около 140°С), но продолжительное время (1 час). По 2-й - температура варки около 170°С на протяжении 3 мин. При таком виде варки сырьевая среда сплошной массой передвигается через выпаривальный аппарат для производства спирта. С целью осуществления однородности потока массу дробят.

Следующей операцией технологии производства пищевого спирта является остывание подготовленной среды и её сахарификация в результате взаимодействия с солодовым раствором или ферментами при 58°С. Традиционно сахарификация проходит непрерывным способом с использованием вакуумного охлаждения. Остывание в вакуум-аппарате предупреждает тепловое инактивирование катализаторов-ферментов сахарифицирующих веществ. Принцип его состоит в уменьшении давления, что обуславливает резкое остывание разваренной массы из-за расхода тепловой энергии на испарение влаги.

Непрерывный тип сахарификации осуществляют по 1- или 2-поточному методу. В первом случае в осахариватель (цилиндрообразный агрегат с конусовидным основанием и мешателем) поступает разваренная смесь и осахаривающие вещества, которые выдерживают на протяжении четверти часа. При 2-поточном методе разваренную массу делят на 2 одинаковых потока и направляют в осахариватели. В 1-й осахариватель идет 66% осахаривающих веществ, во 2-й - наполовину осахаренное сусло. Их остужают и направляют на сбраживание в 1-й и 2-й основные агрегаты бродильной батареи. На выходе сусло имеет около 17% сухого вещества, в т. ч. 15% сбраживаемых сахаров.

Бродильные процессы в сусле происходят за счет активизации дрожжевых ферментов, при этом мальтоза распадается до глюкозы и перебраживается в спиртовую фазу и углекислоту. В ходе этого процесса просматриваются 3 этапа: сбраживание, основное брожение и конечное дображивание. В начальном моменте наблюдается активизация жизнедеятельности дрожжей. Последующий отличается стремительным сбраживанием сахарной фракции и сильным образованием углекислоты. В завершающем этапе происходит остаточное дображивание сахаров, которые образуются при досахаривании углеводов сусла.

Процесс брожения бывает периодичным, циклическим и поточным. Максимальная эффективность достигается при использовании последнего, который осуществляют на оборудовании из последовательно соединенных дрожжанок, сбраживателя и 10 бродильных агрегатов. Дрожжанки и сбраживатель применяют для подготовки требуемого объема производственных дрожжей. В ходе работы дрожжанки наполняются суслом, проводится его пастеризация при 80°С на протяжении получаса, далее его остужают до 30°С, кислотность регулируют до уровня 3,6-3,8 рН серной кислотой и, наконец, вносят из другой дрожжанки дрожжи для засева (30% от объема). Дрожжи размножаются до уровня сухого вещества в сусле 5%. После этого 3/4 объема дрожжей переходит во сбраживатель, куда параллельно заправляется остывшее сусло, всю массу подкисляют до нормативной кислотности. Последняя четверть дрожжей направляется в другой агрегат для размножения.

Оборудование, необходимое для производства

Среди оборудования для производства спирта следует выделить бродильные агрегаты цилиндрического типа, имеющие герметичный люк для предотвращения испарения спирта и выделения углекислоты в помещение завода. В общей сложности этап брожения продолжается 60 ч. На заводах по производству спирта, выпускающих исключительно спирт, введение пробирочной культуры дрожжей производится 1 раз/мес., а полностью меняют их в бродильной батарее еженедельно. На заводах, оснащенных вспомогательными цехами хлебобулочных дрожжей, получаемых из бражки, число замен возрастает до 2-3 раз в неделю.

Затем зрелая бражка направляется на дистилляцию. Этот этап технологии производства спирта является обязательным в связи со сложным компонентным составом бражки: помимо воды и спирта сюда входят сахара, минеральные элементы, различные летучие компоненты в зависимости от типа и качественных особенностей сырья, параметров переработки.

В ходе дистилляции осуществляется расщепление смеси - при кипячении более летучие элементы преобразуются в парообразное состояние. В спиртово-водном комплексе летучесть спиртовых паров независимо от температуры существенно превышает этот показатель у водяного пара, из-за чего количество спирта в спиртово-водном комплексе ниже, чем в парах.

На современных заводах по производству спирта предусматривается обязательное очищение спирта-сырца от примесей. Для этого используют специальные ректификационные аппараты постоянного действия, обуславливающие разделение смеси из нескольких элементов, температура кипения которых разнится. Очищение спирта способом дистиллирования предусматривает разность между коэффициентами ректификации (отношение объема данного компонента в парообразной фазе к объему в жидкой).

Данные коэффициенты у разнообразных примесей колеблются и тесно зависят от концентрации спирта. Для анализа необходимости очищения спирта от примесей следует сопоставить их коэффициенты испарения. В случае, когда коэффициент равен одному, дистилляция не эффективна, поскольку дистиллят в конечном результате не изменится. Когда коэффициент превышает единицу, то в объем примесей в дистилляте превышает этот показатель в начальной смеси. Когда коэффициент ниже единицы, то уровень примесей, содержащихся в дистилляте, ниже, чем первоначально.

Очищение спирта происходит в большей степени на ректификационных аппаратах непрерывного действия, где он ректификуется согласно уровням коэффициентов испарения. Данный вид оборудования применяется на таких заводах, в которых основополагающей сырьевой продукцией выступает спирт-сырец. На предприятиях ректификованный спирт производят напрямую из бражистой фазы на брагоректификационных аппаратах косвенного действия, которые включают 3 колонны: бражническую, эпюрационную и ректификационную. В 1-й из бражки получают этиловый спирт и летучие вещества, во 2-й - убирают головные примеси, в 3-й непосредственно собирают ректификованный спирт. Кроме основных аппаратов в составе присутствуют вспомогательные аппараты - сивушный и заключительный (для контрольного очищения спирта).

Изготовление спиртосодержащей продукции производится при наличии у предприятия соответственных лицензий на производство спирта. Строгий контроль за спиртопроизводством сопровождается ужесточением узкоспециального законодательства, ростом затрат на , регламентированием норм по цельной переработке отходов.

Внимание: данная статья носит ознакомительный характер. Всегда помните о вреде алкоголя.

Производство спирта состоит из нескольких этапов, выполнять которые нужно обязательно в последовательном порядке. Для получения чистого этилового спирта (более 40%), необходима перегонка и очистка исходного сырья. Основным преимуществом данной технологии является отсутствие значительных инвестиций на приобретение оборудования и многообразия исходного сырья.

Технология получения спирта включает в себя следующие этапы:

• подготовка сырья;
• разваривание зерна водой;
• охлаждение и осахаривание;
• сбраживание;
• отгонка спирта;
• ректификация.

В качестве зерна могут быть использованы ячмень, рожь, овес и другие зерновые. Не допускается затхлый и плесенный запахи. Строгой регламентации зерна, которое будет подвергнуто развариванию, не существует. Рекомендуется выбирать сырье с влажностью до 17% и небольшой засоренностью. Зерно очищают от пыли, земли, мелких камней, семян сорных растений и других посторонних примесей. Далее его отделяют на воздушно-ситовом сепараторе.

Мелкие металлические примеси подлежат удалению посредством магнитных сепараторов.

Разваривание зерна происходит с целью разрушения их клеточных стенок. В результате этого крахмал высвобождается и переходит в растворимую форму. В таком состоянии он намного легче осахаривается ферментами. Зерно обрабатывается паром при избыточном давлении 500 кПа. Когда разваренная масса выходит из варочного аппарата , сниженное давление приводит к образованию пара (из содержащейся в клетках воды).

Подобное увеличение в объеме разрывает клеточные стенки и превращает зерно в однородную массу. На сегодняшний день разваривание крахмалосодержащего сырья производят одним из трех способов: периодическим, полунепрерывным или непрерывным. Наибольшую популярность получил непрерывный метод. Температура разваривания составляет 172°С, а продолжительность варки около 4 минут. Для получения более качественного результата исходное сырье рекомендуется измельчать.

Сам процесс разваривания включает операции:

• Строгая дозировка зерна и воды;
• Нагрев замеса до температуры варения;
• Выдержка массы при заданной температуре.

Измельченное зерно следует смешать с водой в количестве 3 литра на 1 кг. зерна. Зерновой замес нагревается паром (75°С) и подается насосом в контактное отверстие установки. Именно здесь происходит мгновенный нагрев кашицы до температуры 100°С. После этого подогретый замес помещается в варочный аппарат.

В процессе осахаривания в охлажденную массу добавляют солодовое молоко для расщепления крахмала. Активное химическое взаимодействие приводит к тому, что продукт становится абсолютно пригодным для дальнейшего процесса сбраживания. В результате получается сусло, которое содержит 18% сухого сахара с кислотностью 0,3 град. Когда из массы делается проба на йод, то окрас сусла должен оставаться неизменным.

Сбраживание сусла начинается при введении в осахаренную массу производственных дрожжей. Мальтоза расщепляется до глюкозы, которая в свою очередь сбраживается в спирт и диоксид углерода. Также начинают образовываться вторичные продукты брожения (эфирные кислоты и т.д.). Данный процесс должен проходить в закрытой бродильной установке, которая предотвратит потери спирта и выделение диоксида углерода в производственный цех.

Выделяющийся в процессе брожения диоксид углерода и пары спирта из бродильной установки поступают в специальные отсеки, где происходит отделение водно-спиртовой жидкости и диоксида углерода. Содержание этилового спирта в бражке должно равняться до 9,5 об.%.

Этиловый спирт выпускается промышленностью двух типов, пищевой и технический.

Пищевой этиловый спирт (ректификат, этанол, винный спирт) является сырьем для многих производств пищевой промышленности, химии, медицины и других отраслей. В пищевой промышленности этиловый спирт является сырьем для производства ликероводочных изделий, крепленых вин, слабоалкогольных коктейлей и парфюмерных изделий.

Этиловый спирт представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом, жгучим вкусом и легко воспламеняющуюся. Химическая формула спирта С 2 Н 5 ОН, относительная плотность 0,78927 при 20 о С, температура кипения 78,35 о С, теплота сгорания 26665 кДж\кг. Этиловый спирт очень гигроскопичен и смешивается с водой, эфиром, глицерином, бензином и другими органическими растворителями в любых соотношениях.

Химически чистый этиловый спирт имеет нейтральную реакцию. Спирт, вырабатываемый промышленностью, содержит небольшое количество карбоновых кислот, поэтому реакция его слабокислая.

Спирт и его крепкие (более 40% об.) водные растворы горят бледно-голубым слабо светящим пламенем. Спирт обладает взрывоопасными свойствами в границах от 13,7% к объему воздуха.

Впервые процесс перегонки спирта из вина был получен алхимиками Франции, которые назвали этот продукт «дух вина» что на латыни называется spiritus vini, которые в последствии получил русское название спирт.

Известно, что употребление алкоголя в ненормируемых количествах приводит к наркотическому, а затем и токсическому воздействию на организм человека. Алкоголь губительно воздействует на центральную нервную систему, печень, приводит к изменению в клеточной структуре организма. Высокие дозы алкоголя 7-8 г на 1 кг массы тела может быть смертельны для человека. Относительно безопасным может быть доза 10-20 г чистого алкоголя в день с учетом индивидуальных особенностей организма.

Технический спирт вырабатывают из древесины, тростника, сульфитных щелоков- отходов целлюлозно-бумажного производства его называют гидролизным, а также этиловый спирт синтезируют путем гидратации этилена, такой спирт называется синтетическим.

Промышленностью вырабатывается этиловый спирт – сырец по ГОСТ 131-67, спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья по ГОСТ Р51652-2000, спирт этиловый питьевой 95%-й по ГОСТ 5963-67.

3.6.1 Классификация этилового спирта

В соответствии с требованиями национального стандарта ГОСТ Р 51652-2000 и в зависимости от степени очистки пищевой этиливый ректификованный спирт подразделяют на:

1-го сорта (для приготовления алкогольных напитков не используется);

Высшей очистки;

- «Базис»;

-«Экстра»;

- «Альфа»

3.6.2 Технология производства этилового спирта

Технология производства спирта ректификата состоит из следующих стадий: подготовка крахмалосодержащего сырья, разваривание, осахаривание разваренной массы, подготовка дрожжей, сбраживание осахаренного сусла, перегонка спирта из зрелой бражки и его ректификация.

Характеристика основного и вспомогательного сырья. Для производства спирта используют крахмалосодержащее сырье: все виды зерновых культур, картофель, а также сахаросодержащее сырье: сахарную свеклу,сахарный тростник, сахарную мелассу, сахар-сырец, в редких случаях, плоды, ягоды, продуктыих переработки. Крахмалсодержащее сырье в процессе технологии подвергается длительной многоступенчатой подготовке с целью перевода крахмала в сбраживаемые углеводы (моно и дисахариды).

Качество зернового сырья не нормируется, основная его характеристика - содержание крахмала. Чем выше эта величина, тем выше эффективность производства. Однако может перерабатываться и различное дефектное сырье (морозобойное, щуплое, подвергшееся самосогреванию, поврежденное при сушке, заплесневелое и т.д.). При использовании специальных технологических приемов из него можно получить качественный спирт.

Характеристика сырья и его вид также влияют на качество спирта, его органолептические показатели - вкус, цвет, запах.

Качество картофеля для спиртового производства определяется нормативным документом. Эти показатели являются базовыми, вместе с тем при отклонениях качественных характеристик картофеля он может перерабатываться как нестандартный. Важнейшей его характеристикой также является содержание крахмала.

Меласса является отходом сахарного производства с высоким содержанием сухих веществ (74-84 %), до 60 % которых составляет сахароза, непосредственно сбраживаемая дрожжами.

Разваривание крахмалсодержащегосырья. При разваривании происходит подготовка сырья к воздействию на него амилолитических ферментов путем разрушения клеточной структуры и растворения крахмала при высокой температуре. Разваривание крахмалсодержащего сырья осуществляется при непосредственном введении в него водяного насыщенного (острого) пара под давлением не менее 0,4-0,6 МПа. Этот процесс называется также водно-тепловой обработкой сырья. Полное растворение достигается при температуре 130-160° С в зависимости от происхождения крахмала. Небольшая егочасть разрушаетсядо продуктов распада крахмала: декстринов, мальтозы, глюкозы.

Другие вещества зерна и картофеля также претерпевают различные изменения, в частности, на качестве спирта отрицательно сказывается разрушение пектиновых веществ с образованием метилового спирта, термический распад сахаров с образованием оксиметилфурфурола и фурфурола; концентрация этих примесей нормируется в готовом продукте.

В настоящее время процесс разваривание проводят периодическим, полунепрерывным или непрерывным способом. При наиболее распространенном непрерывном разваривании замес или картофельная кашка подогревается сначала вторичным, затем острым паром до температуры разваривания и выдерживается при этой температуре, продвигаясь по варочным аппаратам.

Осахаривание разваренной массы. При осахаривании разваренного сырья крахмал с помощью ферментов, вводимых с осахаривающими материалами, гидролизуется до сбраживаемых дрожжами углеводов (глюкозы, мальтозы и т.д.), что является основной целью данной стадии. Для этого разваренную массу сначала охлаждают до температуры, оптимальной для выбранного вида осахаривающей амилазы и способа осахаривания (57- 61°С), а затем смешивают с осахаривающим препаратом - и - амилазы катализируют расщепление гликозидных связей до мальтозы Собственно осахаривание проводится периодически или по непрерывным схемам. Полноту осахаривания проверяют по йодной пробе. Осахаренный затор должен давать желтое окрашивание, а не фиолетовое. Полученное осахаренное сусло имеет массовую долю сухих веществ 16-18%, в том числе 13-15% сбраживаемых сахаров. Затем осахаренную охлаждают в теплообменниках или с помощью вакуума до температуры брожения 18-22°С.

Культивирование спиртовых дрожжей. Для сбраживания сусла применяют дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae, так называемые спиртовые дрожжи, которые в начале производственного сезона размножают из чистой культуры, хранящиеся в пробирках. Многоступенчато увеличивая объем питательной среды от пробирки до маточника (500 дм З), получают засевные дрожжи. Из маточника их передают в дрожжанки, где готовят производственные дрожжи периодическим или полунепрерывным способом на пастеризованном сусле. При устоявшемся режиме работы завода чистую культуру дрожжей не размножают, а в качестве засевных дрожжей используют часть избыточных производственных дрожжей.

Брожение сусла. На стадии брожения основным процессом является сбраживание сахаров с образованием спирта и диоксида углерода. Помимо главных продуктов брожения в заметных количествах накапливаются высшие спирты с числом углеродных атомов в молекуле больше двух, кислоты, альдегиды, эфиры, глицерин и другие примеси. Состав и количество примесей зависит от параметров брожения, вида сырья, расы дрожжей и других факторов. Так, при использовании дефектного сырья накапливаются формальдегид, пропионовый, масляный альдегиды, акролеин, диацетил, придающие спирту жгучий, горький вкус. При инфицировании среды посторонние микроорганизмы превращают сахара в кислоты, что приводит к снижению выхода спирта и ухудшению его качества.

Процесс брожения проводится в закрытых бродильных чанах, дрожжи вводятся в количестве 6-8 % от объема сусла, брожение длится 2-3 сут., образующийся углекислый газ уносит с собой некоторое количество спирта и примесей, которые улавливаются. В разные периоды температура брожения поддерживается на уровне 25-30°С, для чего в бродильных аппаратах установлен змеевик для охлаждения. Брожение проводят периодическим, циклическим или непрерывно-поточным способом.

По окончании процесса зрелую бражку с объемной долей спирта 8-8,5% направляютнабрагоректификацию.

Особенности производства спирта из мелассы. Меласса содержит в достаточном количестве сбраживаемые сахара, в основном сахарозу, поэтому процесс производства спирта из нее значительно упрощается. Получение спирта из мелассы включает следующие основные стадии:

приготовление мелассного сусла (рассиропка); культивирование дрожжей; сбраживание мелассного сусла; брагоректификация.

Приготовление мелассного сусла заключается в его антисептировании и разбавлении водой (рассиропливании). При антисептировании в мелассу вносят соляную или серную кислоту для подкисления, хлорную известь как антимикробный агент. При сильном инфицировании исходной мелассы проводят тепловую стерилизацию. Высокая концентрация сухих веществ (75-80 %) мелассе не позволяет сбраживать ее в исходном виде, поэтому мелассу разбавляют водой. Спиртзаводы, перерабатывающие мелассу, работают по одно- или двух поточной схемам. По однопоточной схеме готовят одну рассиропку с массовой долей сухих веществ 21-22 %, на которой размножают дрожжи, и ее же подвергают сбраживанию. По двухпоточной схеме готовят сусло 12-14%-й концентрации для размножения дрожжей, 32-34%-й концентрации для сбраживания. Более низкая концентрация дрожжевого сусла способствует получению активных дрожжей, при соединении их с основным суслом концентрация его устанавливается на уровне 21-22%, оптимальном для брожения. Культивирование дрожжей при переработке мелассы проводится практически так же, как и при получении спирта из зернового и картофельного сырья. Однако в мелассное дрожжевое сусло, как правило, вносят питательные соли (источник азота, фосфора). Размножение чистой культуры производственных дрожжей проводят при аэрации. Сбраживание мелассного сусла протекает при температуре 28-31°С в течение 18-20 ч., так как среда содержит только сбраживаемые углеводы. В зрелой бражке накапливается объемная доля спирта 8-9 %.

Перегонка и ректификация спирта. Перегонкой называется процесс разделения смеси, состоящей из двух или большего числа компонентов, кипящих при разных температурах. Бражка представляет собой многокомпонентную смесь, включающую летучие и нелетучие соединения. Количество летучих примесей составляет в среднем не более 0,5 % от объема спирта, однако число их достигает 70. Если бражку представить как двухкомпонентную смесь легколетучей фракции (спирт с летучими примесями) и труднолетучей фракции (вода с нелетучими компонентами), то разделение этой смеси будет подчиняться законам перегонки. При нагревании летучая фракция будет переходить в паровую фазу и после конденсации отводиться в виде жидкости. Труднолетучая фракция останется в перегонном кубе. В процессе разделения этой двухкомпонентной смеси получают спирт-сырец, содержащий основную массу примесей, и барду. Спирт-сырец имеет концентрацию спирта 88 %, высокую концентрацию примесей. Он не является самостоятельным продуктом, а используется для получения ректификованного спирта на ректификационных аппаратах спиртовых или ликероводочных заводов. Однако теперь спирт-ректификат получают непосредственно из бражки на брагоректификационных установках непрерывного действия, не выделяя спирт-сырец. По химическим свойствам летучие примеси спирта делят на спирты, альдегиды, эфиры, кислоты.

По степени летучести примеси делят на четыре группы: головные, хвостовые, промежуточные и концевые. Головные примеси имеют температуру кипения ниже температуры кипения спирта и испаряются в первую очередь. К ним относят уксусный и масляный альдегиды, акролеин, диэтиловый, уксусно-метиловый, уксусно-этиловый эфиры и др. Хвостовые примеси (уксусная кислота, фурфурол) всегда менее летучи, чем спирт. Промежуточные и концевые примеси имеют характер головных или хвостовых в зависимости от концентрации спирта в смеси. Промежуточные фракции более летучи при низких концентрациях спирта. Основными их представителями являются высшие спирты (изоамиловый, изобутиловый, пропиловый), изовалерианово-изоамиловый, уксусно-изоамиловый эфиры. Концевые примеси имеют большую летучесть при высоких концентрациях спирта. Типичный их представитель - метиловый спирт.

Выделение спирта из бражки и его очистка (ректификация) проводят на брагоректификационных установках, состоящих минимум из трех колонн: бражной, эпюрационой и ректификационной. В бражной колонне пары спирта с примесями отделяют от предварительно освобожденной от углекислого газа и подогретой бражки. В холодильнике водно-спиртовые пары конденсируются и поступают в виде бражного дистиллята крепостью 20-25% в эпюрационную колонну, где дистиллят освобождается от головных и части промежуточных примесей. Вместе с этиловым спиртом эти примеси конденсируются в холодильнике и отводятся как побочный продукт брагоректификации, называемый головной фракцией. Спирт-эпюрат направляется в ректификационную колонну. Здесь происходит отгонка, укрепление спирта и его отбор в верхней части колонны, а также отделение хвостовых, промежуточных примесей (сивушного масла) и дополнительная очистка от головных и концевых примесей. Побочные продукты ректификации (головная фракция, сивушное масло) содержат большое количество этилового спирта, который иногда выделяют с помощью дополнительных эпюрационных колонн.