Файл: Технология гидролизных производств учебник..pdf

обходимой коммуникацией. В верхней части чана или в его крышке находится штуцер для подачи сусла, в нижней части, на высоте 0,9— 1,2 м от дна, штуцер для отвода бражки. Для исполь­ зования углекислоты бродильные чаны делают герметически за­ крытыми. Они представляют собой цилиндрические емкости с ко­ ническим дном и сферической или плоской крышкой. Внутри в центре чана установлен вертикальный вал, который приводится во вращение электродвигателем с редуктором (размещаются на крышке чана). Внизу вал снабжен мешалкой со скребками. При его движении шлам, состоящий из лигнина, гуминовых коллоидных веществ, мертвых дрожжей и кристаллического гипса, передвига­ ется к центру дна и через штуцер спускается в канализацию. Бро­ дильные чаны изготовляются из листовой стали или из железобе­ тона. Внутренняя поверхность чйна должна быть гладкой, без трещин, легко поддаваться чистке, мойке и противостоять корро­ зии. Для этого чаны изнутри покрывают кислотоупорными лаками (этинолем) или покрытиями (асбовинилом, эпоксидной смолой), а железобетонные чаны футеруют керамическими плитками.

Аналогично бродильным чанам изготовляются и дрожжанки, сборники сусла, бражки.

Дрожжанки представляют собой емкости 100—200 м3. Они снаб­ жены мешалкой для принудительного перемешивания жидкости и барботером для подачи воздуха в случае ослабления бродильной активности дрожжей. Дрожжанка служит также для хранения дрожжей и консервации их на период планово-предупредительного или капитального ремонта. Описание устройства и работы сепара­ торов приведено на стр. 282. Производительность их 35—50 м31ч.

При спиртовом брожении происходит следующая реакция:

С6Н120 6= 2 С 2Н50Н + 2С02+ 5 6 ккал.

гексоза этиловый спирт углекислота

Как видно из этого уравнения, теоретический выход этилового спирта из 100 кг сбраживаемых моносахаридов составляет 51,14 кг, или 64,794 л, и 48,86 кг углекислоты. Однако часть сахара тратится на процессы жизнедеятельности дрожжевых клеток, размножение, дыхание, на образование побочных продуктов брожения. Поэтому практический выход спирта из 100 кг сбраживаемых сахаров гид­ ролизного сусла составляет 56—59 л. Для получения хороших вы­ ходов спирта необходимо поддерживать дрожжи в активном со­ стоянии. Для этого следует строго соблюдать технологический режим процесса брожения — температуру, pH, чистоту сусла, а также оставлять в бражке, идущей на сепараторы, небольшое количество гексоз (0,1 %) •

2.ХАРАКТЕРИСТИКА СПИРТОВОЙ БРАЖКИ

Взависимости от происхождения спиртовая бражка, полученная из гидролизатов растительного сырья, содержит от 0,5 до 1,5% этилового спирта. Например, бражка из гидролизного сусла со­ держит от 1 до 1,5%, а из сульфитных щелоков от 0,5 до 1%

247

этилового спирта. При переработке гидролизатов, полученных с применением концентрированных минеральных кислот, концен­ трация этилового спирта в бражке достигает 6% и более.

Отделение этилового спирта от бражки основано на его лету­ чести с водяным паром. Однако необходимо учитывать, что при постепенном повышении концентрации спирта в растворе давление паров над ним будет непрерывно возрастать до тех пор, пока в жидкости концентрация спирта не достигнет 95,57%. При даль­ нейшем повышении концентрации спирта упругость паров начнет падать. Точке наибольшей упругости пара отвечает наиболее низ­ кая температура кипения жидкости, равная 78,15° С при парциаль­ ном давлении. Чистый этиловый спирт в этих условиях кипит при 78,3° С.

В точке наибольшей упругости пара состав смеси в парах и в жидкости одинаков. При перегонке такой жидкости состав кон­ денсата не будет отличаться от состава жидкости, и дальнейшее укрепление спирта ректификацией становится невозможным. Такая смесь получила название нераздельнокипящей, или азеотропной. Это свойство спиртовых растворов необходимо учитывать при их укреплении методом ректификации. Одновременно с этиловым спиртом водяным паром уносится ряд других веществ, также об­ ладающих летучестью в этих условиях.

Для получения чистого этилового спирта его приходится отде­ лять от воды и других летучих веществ. Состав последних зависит от происхождения бражки и характера брожения. Так, при отде­ лении этилового спирта из гидролизной бражки с ним отгоняются содержавшиеся в исходном гидролизате метанол, фурфурол, тер­ пеновые углеводороды, ацетон, акролеин и, частично, уксусная и масляная кислоты. При перегонке сульфитной бражки к этим при­ месям присоединяются еще сернистый ангидрид и сероводород.

Кроме этих соединений, в бражке присутствуют некоторые ле­ тучие органические вещества, образовавшиеся в процессе броже­ ния. К числу их относится фурфуриловый спирт, получающийся из фурфурола, уксусный альдегид, являющийся промежуточным про­ дуктом спиртового брожения, а также высшие спирты (н-пропило- вый, бутиловый, изобутиловый, амиловые), образующиеся при брожении из аминокислот при отнятии у них дрожжами атомов азота, а также масляная, валериановая и изовалериановая кис­ лоты. При кипячении бражки, содержащей взвешенные дрожжи, от присутствующих в них азотистых веществ в небольших количе­ ствах отщепляется аммиак и другие летучие азотистые вещества, которые также попадают в этиловый спирт.

При последующем концентрировании этилового спирта эти при­ меси частично взаимодействуют и образуют ряд вторичных летучих продуктов. К числу их относятся: диэтиловьій эфир, метил- и этилацетат, метилпропионат и др. Протеканию реакций этерификации способствует слабокислая реакция дистиллятов, обусловленная наличием в них органических кислот, а при перегонке сульфитной бражки, кроме того, и сернистой кислоты.

248

Присутствующий в дистиллятах из сульфитной бражки серово­ дород, вступая во взаимодействие с присутствующими органиче­ скими веществами, образует неприятные по запаху и вкусу веще­ ства. Например, взаимодействуя с уксусным альдегидом, серово­ дород образует тиоальдегидгидрат:

.ОН H2S + СН3СНО — СН3—С—н

\ SH

Последний легко конденсируется в эфироили сульфидоподоб­ ные соединения, которые в свою очередь участвуют в образовании гидроксимеркаптосоединений различного состава. Присутствием этих соединений объясняется наличие органически связанной серы в сульфитном спирте. Затруднения при очистке спирта от примесей вызывает также образование ацеталя из двух молекул этилового спирта и одной молекулы уксусного альдегида:

1. СН3 • CHO + C2H5OHi±CH3CH(OH) • ОС2Н5;

2. СН3СН(ОН) • ОС2Н5+ С 2Н5О Н ^С Н 3 • СН • (0С2Н5)2+ Н 20 .

ацеталь

Образующийся в начале реакции малоустойчивый полуацеталь переходит в более устойчивый ацеталь. Эта реакция катализиру­ ется ионами водорода и смещается в сторону образования ацеталя в области высоких концентраций спирта и при нагревании.

Температура кипения уксусного альдегида равна 20° С, ацеталя 102°С и этилового спирта 78,5°С. Такое распределение температур кипения затрудняет в производственных условиях отделение аце­ таля от этилового спирта. Ацеталь в бражке практически не содер­ жится, во избежание реакции его образования в ректификацион­ ных колоннах необходимо создавать на тарелках слабощелочную среду.

Присутствие всех этих примесей в товарном этиловом спирте нежелательно, при последующей его очистке они должны быть от­ делены.

Освобожденная от летучих компонентов спиртовая бражка но­ сит название барды. Гидролизная барда обычно содержит 1,5—2% сухих веществ, состоящих из пентозных сахаров, солей минераль­ ных и органических кислот и лигногуминовых веществ. Сульфитно­ спиртовая барда, кроме пентозных сахаров и солей уксусной и муравьиной кислот, содержит в значительных количествах раство­ римые лигносульфонаты и минеральные соли. Гидролизная и суль­ фитно-спиртовая барда обычно используется как источник пентоз­ ных сахаров и органических кислот при производстве кормовых дрожжей.

Этиловый спирт из бражки отгоняется водяным паром, при этом часть пара конденсируется и вследствие этого объем барды

249

увеличивается на 10—20%, соответственно разбавляются и раство­ ренные в ней вещества.

Образующаяся в процессе спиртового брожения углекислота ча­ стично растворяется в бражке. При брагоперегонке она выделяется вместе с водно-спиртовыми парами. В среднем на 1 м3 гидролизной и сульфитной бражки, имеющей температуру около 30° С, выделя­ ется при отгонке спирта около 1 м3 углекислого газа (приведен­ ного к нормальным давлению и температуре).

3.СХЕМЫ БРАГОПЕРЕГОНКИ И РЕКТИФИКАЦИИ СПИРТА

Вгидролизной и сульфитно-спиртовой промышленности для от­ гонки спирта из бражки, освобождения спирта от посторонних при­ месей и избытка воды применяются непрерывнодействующие мно­ гоколонные брагоперегонные и ректификационные аппараты. Тео­ рия ректификации спирта, конструкция применяемых аппаратов и

их расчет подробно рассматриваются в соответствующих курсах. В связи с этим в настоящей главе дается только описание специ­ альных брагоперегонных и ректификационных аппаратов, приме­ няемых на гидролизных и сульфитно-спиртовых заводах, а также излагаются специфические особенности протекающих при этом процессов.

Выбор той или иной конструкции таких аппаратов зависит от состава летучих компонентов бражки и требований, предъявляе­ мых к качеству получаемого спирта. Сульфитный спирт отличается содержанием трудноотделяемых сернистых соединений, высоким содержанием альдегидов и эфиров. Содержание метанола в нем достигает 2—8%. Гидролизный спирт не содержит сернистых сое­ динений, а содержание метанола в нем не превышает 0,7—0,8%. Степень очистки этих спиртов также различна и зависит от требо­ ваний, предъявляемых к товарному продукту. В табл. 21 приве­ дены требования к спиртам различного качества.

Содержание метанола в техническом этиловом спирте не более 0,1% определяется требованиями химической промышленности, для которой он предназначается. То же относится и к содержанию других примесей. Требования, предъявляемые к ректификату, ис­ пользуемому в медицине, а также в пищевой промышленности, зна­ чительно выше. В техническом спирте, выпускаемом на гидролиз­ ных и сульфитно-спиртовых заводах, кроме основных примесей, допускается еще содержание до 5 мгіл фурфурола, а в сульфит­ ном спирте — и сернистых соединений. Отделение последних встре­ чает большие трудности. Поэтому для получения этилового спирта высшего сорта и марки экстра пригоден только гидролизный спирт, очистка которого проще, чем спирта из сульфитных щелоков.

Простейшая схема брагоперегонного и ректификационного аппа­ рата для получения технического спирта марки А и Б из гидролиз­ ной бражки представлена на рис. 55. По этой схеме спиртовая бражка подается на питающую тарелку бражной, или исчерпываю­ щей, колонны 1. Благодаря интенсивному кипению бражки на пи-

250