Производство спирта - многовековое ремесло, без которого невозможно представить современную алкогольную индустрию. В этой статье мы подробно разберем весь процесс от выбора сырья до получения готового продукта.
История производства спирта
Впервые получение этилового спирта из виноградного вина осуществил алхимик Арнальдо де Вилланова в Италии в XI веке. Он применил метод перегонки, позволивший выделить спирт из бродящего виноградного сусла. Этот процесс положил начало промышленному производству спирта.
В России спиртоварение берет свое начало в XII веке и первоначально было сосредоточено в монастырях и на помещичьих винокурнях. При Иване Грозном в XVI веке водка становится предметом государственной монополии и важным источником дохода казны.
К XIX веку алкогольное производство в России приобретает промышленные масштабы. Появляются крупные винокуренные и ликероводочные предприятия. Происходит разделение спиртового и ликероводочного производств. Спиртзаводы концентрируются преимущественно в сельской местности, а ликеро-водочные - в городах.
В советский период спиртовая отрасль получает мощное развитие. К началу 1980-х годов СССР выходит на первое место в мире по производству спирта. Однако в 1985 году в результате антиалкогольной кампании многие спиртзаводы закрываются.
Основное сырье для производства спирта
В качестве сырья для получения этилового спирта используются различные сельскохозяйственные культуры, содержащие крахмал или сахара:
- Зерновые культуры (пшеница, рожь, ячмень, кукуруза, овес)
- Картофель
- Свекла
- Меласса
- Виноград
- Различные фрукты
- Отходы виноделия и сахарного производства
Наиболее распространенным сырьем в России традиционно являются зерновые культуры и картофель. Преимущества этих видов сырья:
- Высокое содержание крахмала
- Длительные сроки хранения
- Доступность и низкая стоимость
Пшеница, рожь и ячмень содержат около 60-70% крахмала, а картофель - до 20%. Из 1 кг крахмала теоретически можно получить до 1,1 кг спирта. Однако на практике реальный выход спирта не превышает 85-95% от расчетного.
Подготовка сырья к переработке
Перед использованием для спиртового производства сырье проходит специальную подготовку.
Зерно очищают от примесей, дробят, замачивают и подвергают проращиванию. Эти процессы улучшают доступность зерна для последующего ферментативного гидролиза.
Картофель и другие корнеплоды измельчают и промывают водой для удаления почвенных частиц.
На следующем этапе проводят осахаривание крахмала - превращение его в сахара с помощью ферментных препаратов. Этот процесс называется ферментативным гидролизом. В результате получается сусло, готовое для спиртового брожения.
Таким образом, подготовленное сырье представляет собой жидкую среду, богатую сахарами, необходимыми для дальнейшего получения спирта методом брожения.
Далее рассмотрим основные этапы спиртового брожения и процесса производства готового спирта.
Получение бражки
Для получения бражки готовое сусло смешивают с дрожжами и помещают в сбраживатели. Происходит процесс спиртового брожения.
В зависимости от типа используемых дрожжей и температурного режима брожение длится от 2 до 7 суток. За это время сахара сусла превращаются в этиловый спирт и углекислый газ.
По мере накопления спирта активность дрожжей замедляется, и в конечной стадии брожение практически прекращается. Образовавшаяся бражка содержит около 8-10% спирта.
Перегонка бражки
Следующий важный этап производства спирта - перегонка полученной бражки в специальных перегонных кубах или колоннах. Цель этого процесса - выделение спирта из водного раствора.
Бражку нагревают до кипения, при этом спирт и вода испаряются вместе. Пары поступают в верхнюю часть колонны, где происходит их частичная конденсация и фракционирование.
Более легкие пары спирта поднимаются выше, а пары воды конденсируются в нижней секции. Готовый дистиллят, содержащий около 50-60% спирта, выводится из верхней части колонны.
Ректификация спирта
Делают спирт нужной концентрации с помощью процесса ректификации - многократной перегонки с разделением на фракции. Для этих целей служат ректификационные колонны особой конструкции.
Полученный после перегонки бражки дистиллят направляют в центральную часть колонны и нагревают. Происходит интенсивный тепло- и массообмен между жидкостью и парами.
Легкие фракции спирта поднимаются наверх, где частично конденсируются и возвращаются обратно. Таким образом достигается очень эффективное разделение смеси на отдельные компоненты.
В итоге сверху колонны выводится готовый ректификат - чистый этиловый спирт нужной концентрации.
Дополнительная очистка
После ректификации спирт подвергают дополнительной очистке от остаточных примесей с помощью различных методов:
- Фильтрование через активированный уголь
- Обесцвечивание с использованием сорбентов
- Обезвоживание с помощью цеолитов
Таким образом удаляются следовые количества fusel (сивушных масел), альдегидов, эфиров и других веществ.
Контроль качества спирта
Делают контроль готовой продукции по органолептическим показателям и соответствию нормативным документам - ГОСТ и ТУ. Определяют концентрацию спирта, наличие вредных примесей, цветность, прозрачность и другие параметры.
При положительных результатах всех испытаний спирт считается готовым к использованию в производстве алкогольной и другой продукции или для технических целей.
Использование спирта
Полученный в результате производства этиловый спирт находит широкое применение в различных отраслях:
- Производство алкогольных напитков - водки, ликеров, настоек
- Изготовление биоэтанола как моторного топлива
- Химическая и фармацевтическая промышленность
- Парфюмерно-косметическая продукция
- Медицина и ветеринария
Технологическая схема производства
Процесс получения спирта включает следующие основные технологические переделы:
Оборудование и аппаратура
Для производства спирта применяют разнообразное технологическое оборудование:
- Дробилки, измельчители, промыватели сырья
- Гидролизно-сбраживающие чаны
- Перегонные кубы, колонны, холодильники-конденсаторы
- Ректификационные колонны
- Емкости и резервуары для сбора и хранения
Все оборудование изготавливается из нержавеющей стали и отличается высокой степенью автоматизации.
Экономические аспекты
Производство этилового спирта является рентабельным бизнесом благодаря низкой себестоимости конечного продукта и высокому спросу на него.
Основная доля затрат в цене спирта приходится на сырье и энергоресурсы для технологических нужд. Производительность труда на современных предприятиях очень высокая.
Таким образом, несмотря на капиталоемкость отрасли, срок окупаемости спиртовых производств сравнительно невелик.
Экологические аспекты
Спиртовое производство имеет определенную экологическую нагрузку, связанную в первую очередь с образованием отходов:
- Барда - отработанный зернопаточный субстрат
- Диоксид углерода
- Промышленные стоки
Для минимизации воздействия на окружающую среду предусмотрено использование барды на корм скоту, а также очистные сооружения для стоков и выбросов.
