Теория ректификации

Теоретический расчет ректификационного процесса.

Ректификация —  это тепломассообменный процесс, применяемый для разделения жидких смесей, компоненты которых различаются по температурам кипения. Процесс осуществляется при контактировании потоков пара и жидкости, имеющих разные составы и температуры.

Задача ректификации является четкое разделение жидких смесей на отдельные чистые компоненты за счет разной температуры кипения.

При ректификации спирта основная цель - из 50%-го спирта сырца (СС) получить спирт ректификат (СР) с концентрацией в нем этилового спирта (ЭС) не менее 96% при минимальным содержании посторонних примесей. Для этого процесс ректификации СС проводят на специальном ректификационном оборудовании. Это оборудование позволяет разделять водно спиртовую смесь на отдельные азеотропные фракции, отличающиеся температурами кипения. Одной из таких фракций является пищевой спирт-ректификат.

Этиловый спирт (этанол, винный спирт) - С2Н5ОН — бесцветная жидкость с характерным запахом. Получается сбраживанием пищевого сырья, гидролизом растительных материалов и синтетически - гидратацией этилена. Очищается ректификацией.
Путь получения спирта связан с технологией сбраживания простых сахаров дрожжами. Именно так получается обычное вино и именно поэтому первое имя этилового спирта — винный спирт. Химическая формула этого превращения в очень упрощенном виде выглядит так:

C6H12O6 = 2 C2H5OH + 2 СО2 + ТЕПЛО.

Т.е. из одной молекулы сахара с помощью дрожжевых клеток образуется две молекулы этилового спирта, две молекулы углекислого газа и выделяется приличное количество тепла.
Для определения соотношения массовых превращений достаточно подставить в предыдущую химическую формулу мольные массы атомов: водорода Н=1, углерода С=12 и кислорода O=16:

(12*6+1*12+16*6) = 2*(12*2+1*5+16+1) + 2*(12+ 16*2), или 180 = 92 + 88;

и тогда можно сделать вывод, что из 180 кг сахара получается 92 кг спирта и 88 кг углекислого газа. Таким образом, теоретический выход спирта из сахара составляет 0.511кг/кг, а учитывая плотность этилового спирта (р = 0,8кг/л), будет равен 0,64л/кг.
Если спирт получают не из сахара, а из сахаросодержащего сырья (виноград, сахарная свекла, топинамбур и т.д.), тогда, зная сахаристость продукта, легко определить выход из него спирта. 

Так, например, если яблоки содержат 12% сахара, то теоретический выход спирта из сока этого сырья (выход сока из яблок составляет 70%) будет равен 54 мл/кг

(0,7*0,12%)=0,084*0,64=0,054 л.

1 кг (яблоки) = 0,7 кг (сок) = 0,084кг (сахар) => 0,054л (спирт).
Чаще всего спирт получают из крахмалосодержащего сырья (картофель, зерно и  т.д.). Тогда в технологической цепочке приготовления спирта появляется процесс осахаривания крахмала — превращение (гидролиз) крахмала сырья под воздействием определенных ферментов в сахар

(C6H10O5)n+ n*Н2О+ ФЕРМЕНТ = n*С6 Н12О6, 

а затем производится его сбраживание.

Как и в предыдущем случае можно рассчитать, что из 1 кг крахмала теоретически получается 1,11кг сахара. Зная содержание крахмала в сырье можно легко  определить выход спирта из того или иного продукта. 

Так, например, если в  пшенице содержится 60% крахмала, то теоретический выход спирта из такого зерна составит 0,426л/кг:

0,6кг (крахмал) *1,11=0,666 (сахар) *0,64=0,426 (спирт)
1 кг (пшеница) => 0,6 кг (крахмал) => О,666кг (сахар) => 0,426л (спирт).

Практический выход спирта всегда на 10...15% меньше теоретического. Такие потери считаются нормальными и, главным образом, связаны с:

• недобродом, то есть с ситуацией, когда часть сахара остается в бражке и не превращается в спирт;
• неправильным брожением, то есть когда часть сахара превращается не в спирт, а в некоторые другие вещества примеси;

прямыми потерями, когда часть спирта просто улетучивается вместе с углекислым газом в процессе брожения, или теряется при перегонке и ректификации.