Принципиальные схемы коньячных перегонных установок.

В коньячном производстве СССР используют коньячные уста­новки как периодического, так и непрерывного действия. На первых получают примерно 64%, на вторых —34% коньячного спирта. Считается, что для марочных коньяков лучшими явля­ются спирты, получаемые на аппаратах периодического дей­ствия двойной сгонки. На их долю приходится примерно 4 % вырабатываемого спирта. Другие системы коньячных аппаратов не всегда обеспечивают получение высококачественных коньяч­ных спиртов. Это объясняется тем, что их конструкции не поз­воляют достаточно полно воспроизвести режимы, принятые для классического (шарантского) способа. Главным при этом яв­ляется фракционирование коньячного спирта от летучих ве­ществ по мере снижения спиртуозности перегоняемой жидко­сти, а также прохождение процессов новообразования летучих примесей при дистилляции.

Принципиальные схемы основных коньячных установок, ис­
пользуемых в Советском Союзе и за рубежом, показаны на
рис. 72.;

В установке шарантского типа (рис. 72, а) ча­стичная очистка коньячного спирта от хвостовых и головных 412

примесей осуществляется при сгонке спирта-сырца. Эта сгонка является второй. Перегонка виноматериала (первая перегонка) сопровождается не только отгонкой в дистиллят основной массы летучих веществ вина, но и прохождением процессов но­вообразования веществ. Новые вещества также подвергаются фракционированию при второй перегонке.

Аппараты однократной сгонки периодиче­ского действия (рис. 72, б) объединяют в единый процесс две простые перегонки с дефлегмацией. Это приводит к сокра­щению промежуточной операции — получения спирта-сырца. Фракционирование коньячного спирта от головных и хвостовых примесей также осуществляется на этом аппарате. Поскольку фракционирование новообразующихся примесей здесь проте­кает одновременно с их новообразованием, то часть подлежа­щих удалению с головной фракцией веществ будет поступать в коньячный спирт.

В аппарате К-5 непрерывного действия (рис.72, в) две простые перегонки воспроизводятся в потоке путем от­гонки этилового спирта и летучих примесей в специальной та­рельчатой колонне с последующим укреплением спиртовых па­ров до кондиций коньячного спирта в двух дефлегматорах. Коньячный спирт в этом случае не фракционируется от голов­ных и хвостовых примесей. С другой стороны, кратковремен­ность пребывания виноматериала в аппарате (0, 03—0, 04 ч) не обеспечивает прохождения процессов новообразования летучих веществ. Неблагоприятными следует также считать условия обогащения коньячного спирта летучими примесями. Поступле­ние летучих примесей в дистиллят при перегонке вина и спирта-сырца на аппаратах периодического действия, как известно, протекает при непрерывном снижении спиртуозности кубовой жидкости, что ведет к изменению коэффициентов испарения примесей, а следовательно, и к изменению распределения самой примеси в той или иной части погона. При дистилляции вина на аппарате К-5 непрерывного действия в зоне отбора основ­ного погона не обеспечиваются аналогичные условия для на­копления примесей в коньячном спирте. Это объясняется тем, что Кп примесей в связи с практически неизмененными при ус­тановившемся режиме работы аппарата условиями (спиртуоз-ность смеси на тарелке питания, соотношение между паром и жидкостью) остаются постоянными. Следовательно, переход ле­тучих примесей в дистиллят здесь лимитирован, что не может не сказаться на их количестве, а также соотношении в основ­ном погоне. Этот недостаток обнаруживается и в других аппа­ратах непрерывного действия, показанных на рис. 72 (г, д, е, ж). К достоинствам аппарата К-5 следует отнести высокую про­изводительность, экономичность по эксплуатационным показа­телям, простоту в управлении. По классификационной характе­ристике, принятой в спиртовой промышленности, подобные

установки можно отнести к разряду сырцовых ректификацион­ных установок для получения спирта-сырца из бражки. Послед­ние отличаются от коньячных большим числом укрепляющих элементов (теоретических тарелок). Так, если в коньячных ус­тановках укрепляющая часть состоит из двух теоретических та­релок (т. т.) и укрепляющий эффект достигается за счет де­флегмации, то в сырцовых ректификационных установках число т. т. возрастает до шести и укрепление происходит в тарельча­той колонне.

На установке К-5м непрерывного действия, изображен­ной на рис. 72, г, для очистки коньячного спирта от головных примесей предусмотрена эпюрационная колонна. Эта колонна работает по принципу обратного холодильника. В конденсаторе эпюрационной колонны предусмотрен отбор дистиллята в ко­личестве 1—5 % ^в пересчете на безводный спирт, поступающий с перегоняемой жидкостью. С этим дистиллятом (головная фракция) отбирается и часть сконцентрированных летучих при­месей вина, избыточное количество которых в коньячном спирте ухудшает его качество. После освобождения от головных приме­сей виноматериал подвергается дальнейшей дистилляции с целью получения коньячного спирта. Дополнительно уста­новка оборудована перегревателем вина и кубом для задержки барды в кипящем состоянии с целью обеспечения прохождения процессов новообразования летучих веществ. Процесс укрепле­ния спиртовых паров до кондиций коньячного спирта основан на том же принципе, что и в установке, изображенной на рис. 72, в.

Укрепление спиртовых паров до кондиций коньячного спирта осуществляют также в установках с тарельчатыми колоннами. На рис. 72, д представлена схема установки с промежу­точным отбором фракции. Процесс укрепления спир­товых паров в тарельчатой колонне сопряжен с отбором фрак­ций. В этом случае головная, средняя (коньячный спирт) и хвостовая фракции отбираются с промежуточных тарелок ук­репляющей колонны. На этой установке также предусмотрены условия для прохождения процессов новообразования летучих веществ путем перегрева виноматериала в специальной емкости и задержки кипящей барды в кубе.

В установках брагоректификационного типа (рис. 72, е) используются укрепляющие колонны с большим числом тарелок. Они нашли широкое распространение в США, Австралии, Канаде при производстве бренди, виски, спирта. В таких установках в единый процесс непрерывной перегонки объединено до 15 простых перегонок. В зависимости от условий перегонки с промежуточных тарелок укрепляющей колонны та­кого аппарата могут быть отобраны: коньячный спирт и голов­ная фракция; спирт-сырец; эфироальдегидная фракция, спирт этиловый и сивушное масло. Подобные установки не обеспечи-

вают получения коньячного спирта требуемого состава, по­скольку в зоне его отбора при постоянной крепости исходной жидкости в дистиллят будут переходить летучие примеси, коли­чество которых ограничивается постоянной крепостью этилового спирта в зоне отбора.

Помимо установок, воспроизводящих в непрерывном потоке две простые перегонки на одноколонных аппаратах с отгонной и укрепляющей частями, в практике производства коньячного спирта нашли широкое применение двух- и трехколонные ап­параты непрерывного действия. На рис. 72, ж представлена схема двухколонного аппарата непрерывного действия с эпюрацией крепкого спиртопро-дукта. В первой колонне происходит укрепление спиртовых паров до кондиций коньячного спирта, во второй — очистка по­лученного дистиллята от примесей головного характера. Вторая колонна работает по принципу эпюрационной. Она обеспечи­вает очистку коньячного спирта от головных примесей. В этой установке сделана попытка воспроизвести в потоке два цикла простых перегонок, с которыми связан процесс получения конь­ячного спирта по классической (шарантской) технологии. Од­нако здесь, как и в предыдущих случаях, предусмотрен отбор основной фракции в одной точке, в которой не могут быть обес­печены условия перегонки, предусматривающие обогащение ди­стиллята летучими примесями по мере снижения спиртуозности перегоняемой жидкости.

Направленное регулирование химического состава получае­мого коньячного спирта может быть достигнуто на установке непрерывного действия с раздельным отбором фракций, представленной на рис. 72, з. В отгонной колонне такого аппарата предусмотрен максимальный отбор летучих примесей и этилового спирта. Такой отбор достигается за счет вывода спиртовых паров отгонной колонны, при различных кре­постях перегоняемого виноматериала. Спиртовые пары посту­пают в эпюрационную колонну, в которой происходит их сме­шение. Основная масса паров после смешения и конденсации отводится в виде жидкости (эпюрата) в окончательную ко­лонну. Меньшая часть (1—5 % в пересчете на безводный спирт) образует головную фракцию и отбирается через конденсатор или с промежуточных тарелок концентрационной части эпюрацион­ной колонны. Эпюрат, близкий по своему составу спирту-сырцу, получаемому на аппаратах периодического действия, дистилли­руется затем в окончательной колонне, в которой производится отбор спиртовых паров в нескольких точках при различной кре­пости эпюрата. После конденсации спиртовых паров получае­мые дистилляты смешиваются. Такое их смешение обеспечивает обогащение коньячного спирта летучими примесями, переходя­щими в дистиллят при различной крепости эпюрата. Следова­тельно, в этом случае, как и во время перегонки на аппаратах

периодического действия, обогащение коньячного спирта лету­чими веществами происходит по мере снижения крепости спирта-сырца. Таким образом, в этой установке благодаря на­личию промежуточных зон отбора дистиллята создаются благо­приятные условия для получения коньячных, а также плодовых спиртов регулируемого состава.

Аналитические исследования коньячных установок. Их целью является установление оптимальных режимов перегонки виноматериалов на аппара­тах различных систем. Они включают определение выходов продуктов пе­регонки, расхода пара и охлаждающей воды в теплообменниках, условий накопления летучих веществ в дистиллятах. Определение выходов продук­тов и расхода пара и воды (эксплуатационных показателей) проводится од­новременно по специальным формулам и начинается, как правило, с состав­ления материальных и тепловых балансов продуктов перегонки.

Для определения условий накопления летучих веществ вина в коньяч­ном спирте используют аналитические (расчетные) методы исследований. Эти методы базируются на использовании усредненных данных состава ле­тучих веществ вина, а также результатов продуктовых расчетов. На их ос­нове определяют по специальным уравнениям, включающим коэффициенты испарения летучих примесей, условия накопления этих примесей в коньяч­ном спирте при дистилляции вина на установках различных систем без учета их новообразования.

Аналитический метод исследования позволяет выявить не только пре­имущества и недостатки той или иной конструкции коньячных установок при оптимальных режимах дистилляции, но и найти стабильные показатели оценки их дистиллирующей способности. Так, с помощью аналитического ме­тода нетрудно установить степень перехода абсолютных количеств летучих веществ из вина в коньячный спирт. В качестве групповых тестов летучих веществ используют этиловый спирт, высшие спирты, летучие кислоты. Вы­бор этих соединений обусловлен их малым новообразованием в процессе дистилляции виноматериалов, а также возможностью характеризовать с оп­ределенной условностью летучесть других соединений вина. Так, легколету­чие вещества и вещества средней летучести вина будут вести себя при перегонке, как этиловый спирт и высшие спирты, труднолетучие — как ле­тучие кислоты.

Как показали исследования, проведенные для шарантских аппаратов, а также аппаратов, воспроизводящих классический режим перегонки, отно­шения абсолютных количеств летучих веществ, принятых в качестве тес­тов, содержащихся в коньячном спирте С_КД_К, к абсолютным их количе­ствам в исходном виноматериале С_вДл (где Д_к, Дв — количества соответ­ственно коньячного спирта и виноматериала, л; С„, С_в — концентрация веществ соответственно в коньячном спирте и виноматериале, г/л) сохраняют определенное постоянство. Для этилового спирта, высших спиртов, летучих кислот они соответственно равны 0, 85—0, 9; 0, 8—0, 85; 0, 02—0, 036. Выражая эти показатели в процентах, можно характеризовать степень обогащения коньячного спирта тем или иным летучим веществом вина. В данном случае в составе коньячного спирта будет 85—90 % этилового спирта, 80—85 % высших спиртов, 2—3, 6 % летучих кислот, содержавшихся в исходном вине. Примерно в таких же соотношениях будут находиться в коньячном спирте и другие соединения, летучесть которых близка к летучести этилового спирта, высших спиртов, летучих кислот.

Аналитические исследования ряда коньячных установок показали це­лесообразность очистки коньячных спиртов, получаемых на аппаратах не­прерывного действия, от хвостовых примесей. Их содержание в дистил­лятах коньячного спирта может значительно превышать оптимальные. Так, спирт, полученный на установке, изображенной на рис. 72, е, переобогаща­ется уксусной кислотой на 12—40 %.

-II—Ci—1X1---- ч

I^r

г -------- в

~1

Л

t

Гтг

Г

U

я—^^л?.