3. Теоретические основы обработки сортировки активным углем

ТЕХНОЛОГИЯ ВОДОК
ПЛАН:
1. Доставка, приемка, хранение спирта
и подача его в производство.
2. Способы приготовления
сортировок.
3. Теоретические основы обработки
сортировки активным углем.
4. Фильтрование и обработка
сортировок активным углем.
5. Контроль качества водок.
1. Доставка, приемка, хранение спирта
и подача его в производство
Этиловый спирт поступает на ликероводочные заводы
(ЛВЗ) в специальных автомобильных или железнодорожных
цистернах, герметично закрытых, оборудованных люками.
Вместимость - ж/д цистерн - 50, 20, 25 и 12,5 т;
- а/м цистерн - 240, 360 и 370 дал.
Приемка спирта осуществляется в спиртоприемные отделения, оборудованные
сливными устройствами, мерниками и насосами.
Из ж/д цистерны спирт сливают центробежным или поршневым насосом через
колпак люка, из а/м цистерн - самотеком или насосом через нижнюю трубу.
Для измерения объема поступившего спирта спиртоприемное отделение завода
должно быть оборудовано двумя коническими и одним цилиндрическим мерником
1 класса точности с погрешностью в измерении объема спирта не более ±0,2%.
Принятый спирт из мерников передают в промежуточную емкость, а
оттуда перекачивают в спиртохранилище. Хранят спирт в цистернах
вместимостью от 5000 до 50000 дал и более. Суммарная вместимость
сборников спирта рассчитывается на 30-ти суточный запас.
Спирт в производство поступает самотеком по спиртопроводу,
проложенному в подземном туннеле, в мерники, установленные в
сортировочном отделении.
При работе со спиртом следует строго соблюдать правила техники
безопасности и пожарной защиты. Принятый на заводе спирт
учитывают в декалитрах (дал), приведенных к температуре 20 °С, в
пересчете на безводный спирт. Крепость спирта (объемную долю)
определяют с помощью металлических или стеклянных спиртомеров.
2. Способы приготовления сортировок
Сортировка - водно-спиртовые растворы необходимой
крепости, получаемые смешиванием подготовленной воды и
спирта.
Приготовление сортировок осуществляют периодическими
и непрерывными способами.
Периодический способ.
Сортировку готовят в сортировочных чанах, перемешивают
пропеллерной мешалкой или циркуляцией. Возможно
перемешивание сжатым воздухом через барботер. Спирт из
воздуха улавливается спиртоловушками.
Расчетное количество спирта поступает из мерника,
расположенного выше сортировочного чана, кроме того,
подают исправимый брак из сборника, затем умягченную
воду из мерника, растворы ингредиентов, предусмотренных
для данного сорта водки из мерников. Спирт легче воды,
поэтому поднимается вверх, что способствует лучшему
перемешиванию смеси. Сахар вносят в виде сахарного сиропа;
соли и другие сухие добавки - в виде растворов.
Инвертированный сахарный сироп, мед задают в доводной
чан после обработки сортировки активным углем. Мед вносят
в виде раствора, приготовленного на водке, в соотношении
1:10, раствор меда фильтруют на рамном фильтр-прессе.
После перемешивания сортировки определяют крепость
спиртомером, при отклонении крепости от заданной ее
корректируют и повторно перемешивают. Истинную
крепость определяют после перегонки пробы.
Продолжительность приготовления сортировки ~1,5 часа.
Непрерывные
способы
приготовления
сортировки
основаны на непрерывном смешивании спирта и воды в
заданном соотношении для получения раствора необходимой
крепости при создании турбулентного движения смеси для ее
полного перемешивания.
Ингредиенты в сортировку вносятся с помощью
специальных мерников. Благодаря полной герметизации
установки потери спирта снижаются, экономятся площади в
сортировочном отделении, достигается стабильность качества
водки.
Разработан
способ
непрерывного
приготовления
сортировки с использованием инжекторного смесителя.
3. Теоретические основы обработки сортировки
активным углем
Спирт, используемый для приготовления водок, содержит
большое число примесей, ухудшающих качество продукта.
Смесь
спирта
с
водой
обрабатывают
различными
сорбционными материалами, которые изменяют состав
примесей, благодаря чему водка приобретает характерный
мягкий вкус.
В качестве сорбента примесей применяют активный уголь,
который получают из древесного угля-сырца, специальных
сортов каменного угля, полукокса и торфа.
В водочном производстве применяют березовый активный
уголь марки БАУ, БАУ-А, косточковый уголь КАУ-В и др.
Уголь БАУ получают из угля-сырца путем термической
обработки в токе водяного пара.
Основной компонент активного угля - углерод (до 96%), в
небольших количествах присутствуют водород, азот, сера,
минеральные вещества: железо, алюминий, кальций, магний,
калий, кремний. Некоторые минеральные вещества, особенно
окислы железа, магния, кремний, могут играть роль
катализаторов химических реакций, протекающих на угле.
Основные процессы, происходящие при обработке
сортировки, - сорбция и ОВР.
Сорбционные процессы протекают благодаря большой
поверхности пор угля. Различают три разновидности пор,
которые отличаются размерами и механизмом сорбции
веществ.
Макропоры - радиус кривизны от 100 до 200 нм; удельная
поверхность - 0,5-2,0 м2/г. Не представляют интереса для
адсорбции.
Переходные поры - радиус кривизны от 1,5 до 100 нм;
удельная поверхность - от 20 до 70 м2/г. В них может
происходить адсорбция паров в небольшом объеме.
Микропоры - радиус кривизны менее 1,5 нм, то есть,
соизмерим с размерами сорбируемых молекул, поэтому
микропорам принадлежит основная роль в сорбции молекул
примесей спирта.
Различают два основных типа сорбционных процессов:
физическую адсорбцию и хемосорбцию.
Физическая адсорбция происходит за счет межмолекулярных
сил. Адсорбция лучше идет из водно-спиртовых растворов
свежим углем.
Хемосорбция связана с тем, что каркас древесного угля
представляет собой мелкие кристаллиты с графитовой
решеткой, сложенные в тонкие пленки.
ОВП на угле идут благодаря как присутствию связанного
кислорода, так и молекулярного кислорода, содержащегося в
водно-спиртовых растворах.
В процессе обработки сортировки происходят реакции
окисления непредельных соединений и спиртов, образование
эфиров и их омыление.
В результате всех процессов на угле уменьшается содержание
высших спиртов за счет физической сорбции и реакции
этерификации,
несколько
увеличивается
содержание
альдегидов,
так
как
их
сорбция
восполняется
новообразованием, увеличивается концентрация сложных
эфиров, уменьшается количество непредельных соединений за
счет окислительных реакций. В целом, водно-спиртовые
растворы приобретают водочный вкус и аромат, улучшается их
качество.
4. Фильтрование и обработка сортировок
активным углем
Фильтрование сортировки проводится до и после обработки
активным углем.
Фильтрование производится через одно- и двухпоточные
песочные фильтры с кварцевым песком.
Для обработки сортировки активным углем используют
динамический
способ,
во
взвешенном
слое
угля,
двухступенчатый способ в сортировочном чане и угольной
батарее, а также в сортировочном чане для заводов с
производительностью менее 700 тыс. дал в год. Кроме того,
очистку сортировок можно проводить модифицированным
крахмалом.
Рис. 1 - Установка для обработки сортировки динамическим способом
Один из распространенных способов обработки сортировок
активным углем - динамический (по методу В.Ф. Комарова).
Установка для обработки включает песочные форфильтры,
последовательно соединенные угольные колонки и песочные
или керамические фильтры для фильтрования водок.
Сортировка подается из напорных баков в песочные фильтры,
проходит угольные колонки снизу и поступает на песочные
фильтры для очистки от частиц угля и других примесей, а
затем в доводные чаны, где при необходимости
корректируется ее крепость.
Регенерируют отработанный уголь насыщенным водяным
паром (3 - 4 раза в год) или химическим методом (после
выпаривания из угля спирта).
Недостатки способа: уголь находится в неподвижном слое; по
колонке сортировка движется вблизи корпуса колонки,
поэтому работает не вся его поверхность.
Частично устраняет недостатки динамического способа
использование установки для обработки сортировки во
взвешенном слое угля.
Основным аппаратом установки является контактор цилиндрический корпус с коническим днищем, вверху
расположена расширяющаяся часть - сепаратор. Обработку
ведут мелкодисперсным углем.
Установка из 4 последовательно соединенных колонок имеет
производительность 500 дал/час и заменяет до 10 обычных
угольных колонок.
Способ позволяет увеличить эффективность и скорость
обработки сортировки, однако, за счет истирания частиц угля в
сортировку попадает большое количество мелкодисперсного
угля. Их удаление предусматривается сначала на фильтрах с
намывным слоем, затем на песочных фильтрах.
На заводах мощностью менее 700 тыс. дал в год допускается
проводить
обработку
активным
углем
только
в
сортировочных чанах из расчета 2 кг/1000 дал водки.
Сортировку перемешивают 30 минут, отстаивают 2 часа и
декантируют. Декантат перекачивают в напорный чан,
отстаивают 2 часа и отбирают самотеком, направляя на
фильтрацию через два последовательно соединенных рамных
матерчатых фильтра. Фильтрат собирают в промежуточный
чан, откуда направляют на фильтрацию через фильтр-пресс, а
затем в доводной чан. При приготовлении очередной
сортировки добавляют активный уголь - 0,5 - 1 кг на 1000 дал
водки. Средний расход угля составляет 1,0 - 1,2 кг/1000 дал.
При обработке сортировки модифицированным крахмалом
необходимое качество водки достигается только за счет
сорбции им примесей.
Модифицированный крахмал готовят из сухого крахмала,
обрабатывая 2,5-5%-ный раствор крахмала ледяной уксусной
кислотой. Расход крахмала - 3 кг, кислоты - 320 см3 на 1000 дал
сортировки. Расход раствора модифицированного крахмала
120-60 дм3 2,5 или 5%-ной концентрации соответственно на
1000 дал сортировки.
5. Контроль качества водок
Качество водок контролируют на соответствие ГОСТ Р
51355-99 по физико-химическим и органолептическим
показателям.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Назовите основные стадии производства водок.
2. Как осуществляется доставка, приемка и хранение спирта на заводе? С
какой целью используются типовые мерники спирта?
3. Охарактеризуйте способы приготовления сортировки и дайте их
сравнительную оценку. На каких стадиях возможно внесение в сортировку
ингредиентов водок?
4. Какова цель фильтрования сортировки через активный уголь?
5. Охарактеризуйте состав, способы получения и свойства активного угля.
6. Какие процессы протекают на активном угле, которые приводят к
изменению состава примесей спирта?
7. Назовите химические реакции превращения основных примесей спирта:
альдегидов, спиртов, кислот, эфиров, какие качественные и количественные
изменения их приводят к улучшению и ухудшению качества водок?
8. Охарактеризуйте способы фильтрования сортировок через активный уголь,
дайте их сравнительную характеристику.
9. Какое оборудование и с какой целью используют для фильтрации
сортировок и водок?
10. Как оценивается качество водок?