Лекция 9 этиловый спирт. Способы получения

Этиловый спирт (этанол) – прозрачная бесцветная жидкость со жгучим вкусом и характерным запахом. ЭС гигроскопичен и поглощает влагу из воздуха и растительных тканей, в результате чего они разрушаются.

Химически чистый ЭС имеет нейтральную реакцию, а спирты, вырабатываемые промышленностью и содержащие карбоновые кислоты, - слабокислую.

ЭС можно получить двумя принципиально разными способами:

1) биохимическим, путем сбраживания гексоз или олигосахаридов дрожжами;

2) синтетическим – путем присоединения к этилену воды в присутствии катализаторов.

Получение ЭС по первому способу включает 2 основных этапа - получение спиртосодержащей бражки и ее перегонку с получением необходимого состава и качества спирта.

При использовании в качестве сырья пищевых продуктов (виноград, плоды, ягоды, меласса, сахарная свекла, зерно, картофель), получают ЭС, применяемый в медицине и пищ. пром-сти, а при использовании непищевого сырья (древесина, шелуха, початки и т.п.) – для технических целей, при этом непищевое сырье, содержащее целлюлозу, предварительно гидролизуют серной кислотой под давлением.

1.ПОЛУЧЕНИЕ ЭС из мелассы

Направляемая на переработку меласса должна содержать сухих веществ – не менее 75%, в том числе сбраживаемых – не менее 45%. При подготовке мелассы к сбраживанию производят ее антисептирование путем введения в нее серной и соляной кислот до рН 5 или антисептиков некислой природы – хлорной извести (0, 5 кг/т), формалина или сульфанола. При этом микроорганизмы прекращают жизнедеятельность. Затем мелассу разбавляют водой и добавляют фосфор- и азотсодеражщие в-ва (ортофосфорная к-та, мочевина). Полученное мелассное сусло направляют на брожение, в результате которого под действием ферментов дрожжей сахара превращаются в спирт.

Брожение осуществляют 2-мя способами – одно и двухпоточным.

Сущность однопоточного сбр-я заключается в том, что из мелассы готовят сусло концентрацией 23-24% по сахаромеру, на котором в батарее дрожжегенераторов, состоящей из 5-6 емкостей при подаче чистой культуры дрожжей (ЧКД, расы Я, В) при непрерывном культивировании размножают производственные дрожжи. При достижении концентрации сухих веществ (СВ) по сахаромеру 15-17% и концентрации дрожжей 16-18 г/л чистую культуру дрожжей из дрожжегенератора направляют в бродильную батарею, где непрерывно сбраживают мелассное сусло при температуре 28-30^оС в течение 18-20 часов. Зрелую бражку подают через фильтры на сепараторы, где получают дрожжевую суспензию, используемую для пр-ва пекарских дрожжей. Осветленную бражку с объемной долей ЭС 8, 5-9, 5% подают на перегонку

По схеме 2-хпоточного сбраж-я производят деление мелассы на 2 части: одну – анисептируют, разбавляют водой до 12 % и используют для разведения ЧКД, а другую разбавляют водой до 32-35% и получают так называемое основное сусло, которое направляют в головной аппарат бродильной батареи, где смешивают его с производственными дрожжами в соотношении 1: 1 и сбраживают.

2.ПОЛУЧЕНИЕ ЭС ИЗ КАРТОФЕЛЯ И ЗЕРНА

Крахмал под действием дрожжей не сбраж-ся.!! Поэтому для получения спирта из крахмалистого сырья необходимо его осахаривание. Для этого используют амилолитические ферменты солода. Для получения солода зерно замачивают, проращивают, измельчают и смешивают с водой для получения солодового молока. Взамен солода для осахаривания крахмала применяют также культуры плесневых грибов, продуцирующих амилазы.

Переработку картофеля и зерна ведут по схемам, включающим следующие технологические операции.

Зерно подвергают очистке на воздушно-ситовых и магнитных сепараторах, а картофель моют.

Зерно измельчают на вальцовых, молотковых и др. типах дробилок, а картофель – на молотковых др-ках или картофелетерках.

Дробленое сырье смешивают с водой и получают замес или пюре. При этом к измельченному зерну добавлют 2-3хкратное кол-во воды, а к картофелю – 15-20% с таким расчетом, чтобы концентрация СВ в замесе обеспечивала накопление ЭС в бражке не более 10%.

Затем производят разваривание сырья в аппаратах при 100-175^оС в зависимости от степени измельчения. При этом происходит растворение клеток эндосперма и выделение крахмала с последующей его клейстеризацией.

Разваренную массу охлаждают до 55-58^оС и осахаривают с использованием солодового молока или ФП. При применении солодового молока гидролиз крахмала проходит на 70-75% до мальтозы и глюкозы и на 25-30% до предельных декстринов, которые досахариваются гликолитическим ферментами солода во время спиртового брожения. Сод-е растворимых в-в в осахаренном сусле должно быть в пределах 16-18%, в т.ч. сбраживаемых 13-15%.

После осах-я часть сусла охлаждают до 24-26^оС, а другую (неохлажденную) часть перекачивают в дрожжегенераторы для выращивания дрожжей.

Начальная стадия бр-я харак-ся бурным накоплением биомассы клеток. При этом масс.конц. СВ снижается на 3-5%. Затем наступает основное бр-е, в течние которой сбраж-ся большая часть СВ. При дображивании завершается процесс превращения сахаров в спирт, а также декстринов в мальтозу и далее в спирт. Продолжительность главного бр-я при 27-30^оС составляет 56-71 часа. Крепость бражки 8-10% об., остаточ. несброж. сахара – 0, 4-0, 5%.

3.ПОЛУЧЕНИЕ ЭС ИЗ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Сах свеклу перерабатывают по 2 -м способам: диффузным – путем извлечения сахаров из свеклы путем диффузии и получения диффузионного сока; развариванием, при котором свеклу разваривают, измельчают и сбраживают дрожжами в зрелую бражку.

Тех схема получения спирта из сах свеклы методом диффузии включает след процессы:

- подготовку сах свеклы к диффузии (измельчение до полосок определенной формы и размеров – стружка, нагрев до 60^оС)

- диффузия – нагретую стружку направляют в непрерывно действующую дифф батарею, где осуществляют ее перемещение противотоком к высолаживающей воде; при этом из хвостового аппарата удаляют жом, а из головного – дифф сок;

- стерилизация сока при 90^оС, подкисление сока до рН 4, 5;

- сбраж-е сока спиртовыми расами дрожжей.

Зрелая бражка имеет крепость не менее 8% об.

При использовании метода разваривания корни свеклы измельчают и загружают в разварник, куда подают горячую воду в кол-ве 300- 350 л/т, нагревают до 85-90^оС и держат 35-40 мин. Затем повышают давление до 0, 20-0, 25 МПа и выдувают разваренную свеклу в осахариватель. Для снижения вязкости и ускорения осахаривания используют ферментные препараты.

БРОЖЕНИЕ аналогично.

При перер-ке вышеперечисленного сырья в рез-те перегонки бражки получают сначала спирт этиловый сырец, который подвергают ректификации до получения СЭ высшей очистки, экстра, люкс и альфа.

4.ПОЛУЧЕНИЕ ЭС ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

(отходы лесопильного и деревообрабатывающего пр-в, подсолнечная лузга, кочерыжки кукурузы, отходы хлопчатника)

Технологическая схема включает следующие процессы:

- подготовка сырья к гидролизу – сырье измельчают до размеров стружки или щепы;

- гидролиз древесины разбавленной серной к-той (конц. 0, 7 мг-экв/л);

- подготовка гидролизата к сбраживанию;

- брожение гидролизного сусла;

- перегонка гидролизной бражки.

Гидролиз древесины ведут перколяционным способом, при котором разбавленная серная к-та протекает непрерывно ч/з всю древесину, загруженную в аппарат. Температура гидролиза 150-180^оС. Получаемый гидролизат сод-т 3, 2-3, 5% редуцирующих в-в и поступает далее в инверторы, где при 100-110^оС проводится инверсия. Этот процесс необходим для перехода олиго- и полисахаридов в сбраживаемые сахара. Для того, чтобы гидролизат стал суслом, сбраживаемым дрожжами, необходимо нейтрализовать минеральные кислоты до рН 5-6. Для этого используют известковое молоко. Нейтрализованный при 82^оС и обогащенный питательными в-вами гидролизат подают в сборники и далее в бродильную батарею. Брожение проходит при 32-35^оС в течение 5-7 часов. Зрелую бражку фильтруют и направляют на перегонку на пятиколонном ректификационном аппарате, состоящем из бражной, эпюрационной, ректификационной, метанольной и эфирной колонн. Полученный спирт должен соответствовать ГОСТ 18300-87.

5.ПОЛУЧЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКОГО СПИРТА

Наиболее распростр-м способом явл присоединение воды к этилену, которое осущ-ся при нагревании в присутствии катализатора и заканчивается образованием ЭС.

Технологическая схема включает следующие процессы:

- подготовка этилена к гидратации: этилен смешивается в эжекторе с подогретым водяным паром с образованием парогазовой смеси, которая при 280-300^оС и давлении 80 кг/см² направляется на гидратацию в контактный аппарат;

- конверсия этилена с образованием ЭС – контактный аппарат представляет собой цилиндр, заполненный катализатором – фосфорной к-той, охлажденной на специальном алюмосиликате. Газопаровая смесь проходит ч/з слой катализатора сверху вниз, при этом этилен путем химической реакции превращается в спирт.

- Отделение непрореагировашего этилена (а его снова направляют в реакцию), очистку спирта и его концентрирование проводят путем перегонки в отпарной и ректификационной колоннах.

Крепость синтетического спирта в соответствии с ТУ (38-402-62-117-90 и др.) не менее 92, 5%.

Требования к готовой продукции.