Спиртовая промышленность

Технологическая схема водочного производства

Водкой называется крепкий алкогольный напиток, приготовленный смешиванием этилового ректификованного спирта и воды с последующей обработкой водно-спиртовой смеси.

Сорта водки отличаются друг от друга крепостью, т.е. содержанием этилового спирта, качеством применяемого сырого материала — ректификованного спирта и применяемых некоторых добавок (сахар, уксуснокислый натрий), вносимых для смягчения вкуса и улучшения запаха. 40%-ная водка готовится на спирте-ректификате, все остальные сорта водки — на спирте-ректификате высшей очистки. При приготовлении “московской особой” водки добавляют уксусную кислоту и двууглекислый натрий, из которых образуется уксуснокислый натрий; при приготовлении “столичной” водки вносят сахар.

Производство водки состоит из следующих операций: приемки спирта, подготовки (исправления) воды, приготовление водно-спиртовой смеси (сортировки), фильтрации водно-спиртовой смеси, обработки водно-спиртовой смеси активным углем и повторной фильтрации, доведения водки до стандартной крепости, розлива водки (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема производства водки
Рисунок 1 — Схема производства водки

Приемка спирта

Спирт-ректификат принимают по объему, который измеряют коническими ( от 250 до 1000 дал) и цилиндрическими (75 дал) мерниками. Одновременно с измерением объема измеряют и крепость спирта, как и в спиртовом производстве. Для приемки спирта на заводах оборудуют спиртоприемные отделения (цехи). Спирт из автоцистерн сливают через нижний штуцер по резиновому шлангу Из железнодорожных цистерн спирт сливают с помощью насоса или самотеком. Первым способом пользуются только в случае расположения приемных мерников выше уровня железнодорожных цистерн. При расположении приемных мерников ниже уровня железнодорожных цистерн спирт сливают с помощью сифонной установки (рисунок 2), состоящей из резинового гофрированного шланга, ручного насоса и воронки. Один конец трубы 1, снабженной трубчатым наконечником, погружают в в цистерну 2 до дна, а другой соединяют со сливной коммуникацией 3. Открывают краны 4 и 5 и при закрытых кранах 6 и 7 и всех кранах, соединяющих эту коммуникацию с коническим 8 и цилиндрическим 9 мерниками, при помощи насоса 10 или вакуума засасывают спирт из цистерны. Как только в сливной воронке 11 появится спирт, насос останавливают, открывают кран 7 и кран перед коническим мерником, в который должен поступать спирт.

Использование установки из трех мерников дает возможность оперативно производить приемку спирта с необходимыми замерами и расчетами. Во время заполнения одного из мерников, со второго спирт скачивают через приемную емкость 12 с помощью спиртового насоса 13 в цистерны спиртохранилища.

Рисунок 2 - Схема спиртоприемного отделения с сифонной установкой для слива спирта
Рисунок 2 — Схема спиртоприемного отделения с сифонной установкой для слива спирта

Вода и ее подготовка

Вода должна удовлетворять требованиям питьевой воды, не содержать вредных примесей, должна быть бесцветной, прозрачной, без запаха и быть приятной на вкус. Общая жесткость воды не должна превышать 1,60483 мг-экв/л (4,5°) и временная — 0,35663 мг-экв/л (10). Если жесткость воды превышает установленные пределы, то ее исправляют, т.е. умягчают натрийкатионитовым или содово-известковым методом.

Содово-известковый метод применяется редко из-за значительного расхода реагентов и громоздкого оборудования. Натрийкатионитовый метод позволяет получать исправленную воду с минимальной жесткостью 0,07132-0,178-30 мг-экв/л (0,2-0,5°). Катионитовая установка проста по устройству, компактна и удобна в обслуживании. При поступлении воды с большой временной жесткостью применяют комбинированный способ. Обработку сначала ведут содо-известковым методом, а затем натрийкатионированием. Вместо комбинированного метода можно применять метод Na — Н-катионирования или, пользуясь только натрий катионитовым методом, производить нейтрализацию исправленной воды минеральными кислотами (HCl или H2SO4).

Приготовление водно-спиртовой смеси

Приготовление сортировки производят следующим образом. В герметически закрытый чан, называемый сортировочным чаном, набирают из мерников рассчитанное количество спирта соответственно требуемой крепости сортировки, а затем добавляют воду до получения заданного объема сортировки. После добавления в чан воды производят тщательное перемешивание с помощью мешалки или способом перекачивания насосом, или барботированием сжатым воздухом (рисунок 3).

Воздух для перемешивания подается от компрессора или воздуходувки через лучевой барботер с отверстиями диаметром 1,5 мм. Расход воздуха около 1 м3 на 1 м2 поперечного сечения чана в минуту. Для улавливания спирта из воздуха, выходящего из сортировочных чанов, должны быть установлены спиртоловушки.

В спиртовом отделении выше чана-смесителя на площадке устанавливают конический и цилиндрический мерники, чанки возвратных продуктов, мерник умягченной воды, чанокдля раствора гидрокарбонатанатрия (соды), несколько ниже-насос (во взрывобезопасном исполнении) для перекачки сортировки в напорный чан перед фильтрами.

1 - мерник умягченной воды; 2 - чанок раствора соды; 3 - сборник возвратных продуктов; 4, 5 - мерники спирта; 6 - чан-смеситель; 7 - насос Рисунок 3 - Схема приготовления сортировки периодическим способом
1 — мерник умягченной воды; 2 — чанок раствора соды; 3 — сборник возвратных продуктов; 4, 5 — мерники спирта; 6 — чан-смеситель; 7 — насос
Рисунок 3 — Схема приготовления сортировки периодическим способом

Известен способ непрерывного приготовления сортировки. Для этого используют смеситель, в который непрерывно через барботеры вводят воду и спирт при постоянной температуре и напоре, регулируя подачу с помощью кранов. Ниже приведена схема установки для непрерывного автоматизированного приготовления сортировки.

Спирт и умягченная вода соответственно из емкостей 1 и 2 поступают в напорные баки 3 и 4, снабженные поплавковыми регуляторами уровня (рисунок 4). Потоки спирта и воды измеряются стеклянными ротаметрами (типа Рс-2,5Ж и РС-4Ж), регулируются вентилями 23 и 25 и смешиваются в смесителе 9, снабженном коллектором 8, который служит для распределения воды. Соотношение потоков спирта и воды принимают таким, чтобы крепость сортировки после смесителя была на 0,5-1,5% об. выше 40%-ной (1:1,38-1,44). Окончательно ее доводят водой, поступающей из напорного бачка 4 через ротаметр 7 (РС-0.63Ж) и исполнительный механизм 16 в продуктовый трубопровод перед насосом 11. Контроль за работой насоса осуществляется с помощью технического мановакууметра 10, а производительность регулируется вентилем 29.

Для определения крепости сортировки и отработки соответствующего пневматического сигнала служит проточный пневматический датчик 14. Отбор сортировки на датчик после насоса производится вентилями 26 и 27 через фильтр-газоотделитель 13. Скорость протекания сортировки измеряется ротаметром 17. Отработанный датчиком плотности суммарный пневматический сигнал поступает в блок контроля и регулирования 15, состоящий из вторичного прибора и пропорционально-интегрального регулятора, и далее на исполнительный механизм 16.

Вторичный прибор снабжен кнопочным устройством для управления работой установки в ручном и автоматическом режиме.

1 - емкость спирта; 2 - емкость умягченной воды; 3 - напорный бак с регулятором уровня спирта; 4 - напорный бак с регулятором уровня воды; 5 - расходомер спирта; 6 - расходомер воды; 7 - расходомер добавочный воды; 8 - коллектор; 9 - смеситель; 10 - мановакуумметр; 11 - центробежный насос; 12, 34, 35 - манометр; 13 - фильтр-газоотделитель; 14 - датчик плотности; 15 - блок контроля и регулирования плотности; 16 - пневматический исполнительный механизм; 17 - расходомер раствора, отбираемого на датчик; 18, 30, 33 - вентили запорные и регулирующие; 19, 20, 21, 22 - запорные вентили; 23, 24, 25 - вентили, регулирующие расход компонентов; 26-29 - вентили, регулирующие отбор газа из сортировки и подачи ее на датчик плотности; 31 - панель дистанционного управления; 32 - фильтр для очистки воздуха. Рисунок 4 - Схема непрерывно действующей установки для приготовления сортировок
1 — емкость спирта; 2 — емкость умягченной воды; 3 — напорный бак с регулятором уровня спирта; 4 — напорный бак с регулятором уровня воды; 5 — расходомер спирта; 6 — расходомер воды; 7 — расходомер добавочный воды; 8 — коллектор; 9 — смеситель; 10 — мановакуумметр; 11 — центробежный насос; 12, 34, 35 — манометр; 13 — фильтр-газоотделитель; 14 — датчик плотности; 15 — блок контроля и регулирования плотности; 16 — пневматический исполнительный механизм; 17 — расходомер раствора, отбираемого на датчик; 18, 30, 33 — вентили запорные и регулирующие; 19, 20, 21, 22 — запорные вентили; 23, 24, 25 — вентили, регулирующие расход компонентов; 26-29 — вентили, регулирующие отбор газа из сортировки и подачи ее на датчик плотности; 31 — панель дистанционного управления; 32 — фильтр для очистки воздуха.
Рисунок 4 — Схема непрерывно действующей установки для приготовления сортировок

При возникновении разбалансировки между текущим значением плотности и заданным регулятор блока 15 изменяет выходной пневматический сигнал, обеспечивающий соответствующее изменение положения клапана в исполнительном механизме в сторону выравнивания получаемой крепости с заданной.

Установка для непрерывного приготовления сортировки полностью герметизирована, что снижает потери спирта по сравнению с периодическим способом на 0,03%. Ее компактность позволяет снизить производственную площадь.

Расчет количества спирта и воды для приготовления водно-спиртовой смеси

Количество спирта, необходимое для приготовления сортировки, рассчитывают по формуле:

Количество спирта, необходимое для приготовления сортировки,

 Vсп  и  Vсорт — соответственно объемы спирта и сортировки;
асп и асорт— крепости спирта и сортировки

Фильтрация водно-спиртовой смеси

Для освобождения от взвешенных частиц водно-спиртовую смесь фильтруют два раза: до обработки и после обработки активным углем.

В качестве фильтрующего материала используют кварцевый песок. Фильтрацию производят под давлением столба жидкости с помощью песочных фильтров, в которых на сетчатой перегородке, покрытой фильтрующей тканью из фланели или сукна, помещают кварцевый песок.

Фильтрация водно-спиртовой смеси происходит под давлением столба жидкости, сортировка поступает на фильтр самотеком из напорного бака, распложенного выше фильтров. По мере увеличения количества профильтрованной жидкости высота слоя осадка на фильтрующем материале увеличивается. Увеличивается сопротивление потоку и снижается скорость фильтрации. Для устранения этого фильтр периодически очищают. Фильтрацию водно-спиртовой смеси через кварцевый песок производят на песочных фильтрах (рисунок 5).

1 - корпус; 2 - днище; 3 - крышка; 4 - штуцер подачи; 5 - патрубок выхода; 6 - фонарь; 7 - кран - воздушник; 8 - штуцер спуска Рисунок 5 - Песочный фильтр с контрольным фонарем
1 — корпус; 2 — днище; 3 — крышка; 4 — штуцер подачи; 5 — патрубок выхода; 6 — фонарь; 7 — кран — воздушник; 8 — штуцер спуска
Рисунок 5 — Песочный фильтр с контрольным фонарем

Песочный фильтр изготавливают из листовой меди в виде цилиндрического корпуса 1, луженного внутри, со сферическими днищем 2 и съемной крышкой 3, прикрепленной к фланцу корпуса болтами. Высота фильтра 1100 мм, диаметр 700 мм. С помощью двух съемных луженых перфорированных дисков, покоящихся на прикрепленных к корпусу кольцах, фильтр разделен на три камеры: верхняя и нижняя камеры свободные, средняя заполнена кварцевым песком в два слоя общей высотой 700 мм. В нижнем слое зерна имеют размер от 1 до 3,5 мм, в верхнем — 3,5-5 мм. Перед заполнением песком на нижний диск кладут медный луженый или деревянный обруч, обтянутый фланелью или шинельным сукном. Такие же обручи размещают между слоями песка и над верхним диском. Зазоры между обручами и корпусом фильтра забивают ватным жгутом.

Подлежащая фильтрации сортировка поступает по штуцеру 4 с краном, проходит фильтрующую камеру и по патрубку 5 отводится на обработку активным углем.

Песочные фильтры для фильтрации водки отличаются тем, чтизготавливаются из нержавеющей стали, снабжены ротаметром и стеклянным фонарем 6 на выходной трубе. Ротаметром контролируют скорость фильтрации, посредством фонаря — прозрачность водки.

Первые, мутные порции фильтрата возвращают в чан-смеситель. После получения чистого фильтрата фильтрацию ведут со скоростью 0,77 м/ч (30 дал/ч), регулируя ее плавным поворотом наполнительного крана.

После работы фильтра 20-30 сут (скорость при открытом кране становится малой) его выключают для перезарядки.

Известно несколько типов песочных фильтров, которые широко применяются для фильтрации сортировок в ликеро-водочной промышленности. Они разделяются по конструкции на однопоточные и двухпоточные.

В однопоточных песочных фильтрах сортировка подается сверху, а отводится снизу (рисунок 6). Двухпоточный песочный фильтр (рисунок 7) дополнительно снабжен трубчатым дренажным устройством, трубы которого обвернуты мелкой сеткой с отверстием 0,2-,03 мм. Нижний слой песка с зернами 2-3 мм имеет высоту 50 мм, средний с размером зерен 1,5-2 мм — ту же высоту и верхний с зернами размером 0,5-1 мм -высоту 400-600 мм. Дренажное устройство находится посредине этого слоя песка. Сортировка поступает в фильтр снизу и сверху и выводится через дренажную систему. Поток сортировки, идущий снизу, фильтруется сначала через крупные, затем через средние и, наконец через мелкие зерна песка. Верхний поток сортировки фильтруется только через мелкие зерна.

1 - корпус; 2 - штуцер подачи с распределительным устройством; 3 - штуцер отвода; 4 - дренажное устройство; 5 - распределительное устройство; 6 - перегородка; 7 - верхний слой песка; 8 - средний слой; 9 - нижний слой Рисунок 6 - Однопоточный песочный фильтр
1 — корпус; 2 — штуцер подачи с распределительным устройством; 3 — штуцер отвода; 4 — дренажное устройство; 5 — распределительное устройство; 6 — перегородка; 7 — верхний слой песка; 8 — средний слой; 9 — нижний слой
Рисунок 6 — Однопоточный песочный фильтр
1 - корпус; 2 - распределительные устройства; 3 - перегородка; 4 - выводной патрубок; 5 - окно; 6 - дренажное устройство; 7 - верхний слой; 8 - средний слой; 9 - нижний слой Рисунок 7 - Двухпоточный песочный фильтр
1 — корпус; 2 — распределительные устройства; 3 — перегородка; 4 — выводной патрубок; 5 — окно; 6 — дренажное устройство; 7 — верхний слой; 8 — средний слой; 9 — нижний слой
Рисунок 7 — Двухпоточный песочный фильтр

Регенерация песка в однопоточных и двухпоточных фильтрах ведется обратным током воды: сортировки при предварительной фильтрации, водки — при окончательной фильтрации в течение 10-12 мин.

Применяются также керамические фильтры, фильтрующим органом в которых является керамические плитки. Регенерацию керамических плиток производят обработкой соляной кислотой и прокаливанием в муфельной печи при 500-600°С.

Обработка водно-спиртовой смеси активным углем

Для удаления из сортировки примесей, придающих ей неприятный вкус и запах, ее обрабатывают активным углем марки БАУ. Кроме адсорбирования некоторых примесей, активный уголь катализирует реакции окисления спирта и его примесей с образованием органических кислот и их последующую этерификацию, т.е. образование сложных эфиров. Активный уголь загружается в колонки, изготовленные из меди или нержавеющей стали. Сортировку фильтруют снизу вверх через последовательно соединенные угольные колонки.

Регенерация отработанного активного угля

Примеси спирта и воды по мере проведения фильтрации, накапливаясь в порах угля, снижают его поглотительную активность. Колонки обычно пропускают от 15000 до 100000 дал сортировки и более. Периодически необходимо восстанавливать адсорбционную и каталитическую способности отработанного угля. Для этого отработанный уголь регенерируют в колонке водяным паром при 110-130°С. В результате обработки примеси, поглощенные углем, отгоняются.

Фильтрация водки

После обработки активным углем водку фильтруют для отделения мельчайших примесей и получения прозрачного продукта с кристальным блеском. Фильтрацию водки производят в песочных или керамических фильтрах. В последних фильтрующей перегородкой служат керамические плитки с размерами пор 40μ.

Доведение водки до требуемой крепости

Профильтрованная водка поступает в доводные чаны, где ее перемешивают и проверяют крепость. При отклонении крепости водки от стандартной ее доводят до требуемой добавлением спирта или воды. После этого водку направляют на розлив.