Леткі домішки спирту, їх класифікація

Леткі домішки спирту дуже різноманітні. В основному вони з'являються в процесі бродіння, проте їх вміст у бражці залежить від способу водно-теплової об­робки крохмалевмісної сировини, режиму зброджування бражки, антисепту­вання та інших факторів.

У процесі ректифікації спирту утворюються ефіри, ацеталі та альдегіди. При­близний склад і кількісний вміст домішок у спиртІ-сирці наведені в таблиці 10.2.

Важливо знати вплив на органолептичну й аналітичну оцінку спирту тих чи Інших домішок. Крім того, треба охарактеризувати домішки за їх токсичністю, тому що деякі із них, будучи сильною отрутою, істотно не змінюють органолептичні показники. Наприклад, метиловий і пропіловий спирти при невеликому вмісті не впливають на органолептичну оцінку, проте вони мають високу токсичність; мета­нол токсичніший за етанол у 80 разів, пропанол - у 4 рази.

Метиловий спирт викликає тяжкі отруєння, які супроводжуються втратою зору, можливий і летальний кінець. Фурфурол у малих концентраціях має приємний аро­мат житнього хліба, але він, як і метанол, токсичний, тому наявність цих домішок у ректифікованому спирті неприпустима. Присутність спиртів, що містять чотири і більше атомів вуглецю, погіршує смак і запах етилового спирту. Бутиловий і аміло­вий спирти мають сивушний запах та пекучий смак, гексиловий - запах і присмак згірклого масла. Усі вони отруйні.

Альдегіди (мурашиний, оцтовий, пропіоновий, масляний, валеріановий) на­дають спирту різкого присмаку та гіркоти. Особливо неприємний запах і пекучий смак викликають ненасичені сполуки - акролеїн і кротоновий альдегід.

Навпаки, енантовий альдегід сприяє появі приємного аромату. Диацетил (6 мг/дм³) в зерно-картопляному спирті вищої очистки зумовлює пекучий смак і запах, що характерний для мелясного спирту.

Табл. 10.2 Вміст домішок у перерахунку на безводний спирт

Із кислот тільки оцтова в невеликих кількостях надає спирту приємного при­смаку, вугільна кислота пом'якшує смак. Інші органічні кислоти, як правило, погі­ршують органолептичну оцінку спирту: мурашина кислота надає йому різкого при­смаку, пропіонова - гіркоти, масляна, валеріанова - неприємного запаху поту та гіркоти.

Диєтиловий ефір у невеликій кількості посилює запах спирту, мурашиноети-ловий і оцтовоетиловий ефіри пом'якшують смак спирту. Ті ж самі властивості має аміак. Ефіри з більшим числом атомів вуглецю надають спирту невластивий йому фруктовий або квітковий запахи. Метил- і етиламіни, меркаптани, діоксид сірки, сірководень викликають неприємні смак і запах, наприклад, триметиламін має оги­дний запах ворвані та риб'ячого жиру.

Характерного пекучого смаку спирту надають терпени й терпенгідрати. Деякі домішки, що не виявляються прямими аналітичними методами, можуть впливати на час окислюваності спирту і пробу з сірчаною кислотою. Мізерний вміст акроле­їну І кротонового альдегіду призводить до різкого погіршення проби спирту на оки-слюваність, а присутність 0,0005 % їх у ректифікованому спирті робить його неста­ндартним за пробою з сірчаною кислотою. Аналогічну дію виявляє і диацетил. Сірковмісні сполуки значно погіршують пробу на окислюваність.

Мета процесу очистки спирту - звільнити його від більшості домішок і одер­жати спирт стандартної концентрації. Одночасно домішки, що відбираються, пови­нні бути максимально сконцентровані та звільнені від етилового спирту. У цьому випадку втрати спирту з побічними продуктами будуть мінімальними.

Спирт-сирець і бражний дистилят - це багатокомпонентна суміш. Для розді­лення їх застосовують декілька послідовно працюючих ректифікаційних колон, кожна з яких розділяє поступаючу до неї суміш на дистилят, що складається з одно­го чи кількох легколетких компонентів, та залишок, що складається із одного чи кількох важколетких компонентів.

Розглянемо поведінку окремих груп домішок у повній ректифікаційній колоні. Оскільки вміст летких домішок у спирті-сирці невеликий, допускають, що леткість окремих домішок не залежить від наявності в ньому Інших домішок, але значною мірою вона залежить від концентрації водно-спиртового розчину (див. рис. 10.4). Якщо уявити повну спиртову колону, насичену водно-спиртовим розчином, з діапазоном зміни концентрації спирту по висоті від 0 (в нижній частині колони) до 97,2 % об. (азеотропна точка при атмосферному тиску у верхній частині колони), то домішки, що надійшли до живильної тарілки колони, разом із спиртом-сирцем будуть розподілятися по висоті колони таким чином.

Головні домішки, що мають коефіцієнт ректифікації завжди , будуть лег­ко вилучатися з водно-спиртової суміші й концентруватися у верхній точці колони. Хвостові домішки, що мають меншу леткість, ніж спирт при будь-якій конце­нтрації, будуть входити в залишок.

Проміжні домішки, що мають більшу леткість, ніж спирт при низьких конце­нтраціях, будуть вилучатися у відгінній частині колони і зміщуватись догори; на­впаки, в зоні концентрованого спирту проміжні домішки будуть зміщуватися вниз по колоні. За таких умов проміжні домішки будуть накопичуватися у середній час­тині повної колони, там, де їх коефіцієнт ректифікації К' = 1, бо нижче цієї зони проміжні домішки ведуть себе, як головні, й прагнуть рухатись уверх по колоні; вище вони ведуть себе, як хвостові, й відтісняються вниз більш летким компонен­том - етиловим спиртом.

 

Проміжні домішки відбирають звичайно із зони максимального їх накопичен­ня і, як правило, у другій знизу чверті частини повної ректифікаційної колони.

Для кожної проміжної домішки існує своя зона максимального накопичення, де К' для неї дорівнює 1. Проміжні домішки, що мають коефіцієнт ректифікації К' = 1 при концентрації етанолу 70 % об., умовно називають верхніми, при мен­шій концентрації - нижніми проміжними домішками. До числа верхніх проміжних домішок відносять ізовалеріаноетиловий та Ізомасляноетиловий ефіри, до числа нижніх - спирти сивушного масла (крім ізопропанола), ізовалеріаноізоаміловий та оцтовоізоаміловий ефіри. Такий поділ проміжних домішок умовний, проте він дає можливість деталізувати зони їх групового концентрування.

Кінцеві домішки, що мають малу леткість у зоні малих концентрацій спирту і велику леткість при високих концентраціях спирту, не накопичуються всередині колони, а в залежності від концентрації спирту зміщуються по колоні догори (як головна домішка), або вниз (як хвостова). Характерна кінцева домішка - метанол (див. криву 23 на рис. 10.4).

Рис. 10.18 Шкала зон максимальної концентрації домішок і при­близні епюри їх концентрацій у залежності від концентрації етилового спирту: 1 - головні;

2 - проміжні;

3 - хвостові;
4 - кінцеві

На рис. 10.18 наведена приблизна шкала зон максимальної концентрації окре­мих домішок по висоті повної ректифікаційної колони, насиченої спиртом, і на­прям руху окремих фракцій домішок у залежності від концентрації етанолу. Знання коефіцієнтів випаровування спирту і домішок дає можливість обгрунтовано піді­йти до створення схем ректифікаційних установок для виділення спирту з бражки та його очистки від домішок.