DISTILAREA PLAMEZILOR FERMENTATE

DISTILAREA PLAMEZILOR FERMENTATE

Plamada fermentata este un amestec apos de diferite substante aflate in solutie sau in suspensie, unele dintre ele fiind substante nefermentescibile provenite din materiile prime si auxiliare, iar altele produse ale fermentatiei alcoolice.

Din materiile prime raman in solutie in plamada fermentata cantitati mici de zahar rezidual, dextrine nezaharificate, acizi organici, grasimi, substante azotoase neasimilate de drojdie, saruri minerale, iar in suspensie coji si proteine coagulate.

In timpul fermentatiei alcoolice se formeaza ca produse principale alcoolul etilic si dioxidul de carbon, iar ca produse secundare aldehide, esteri, alcooli superiori, alcool metilic, glicerina, s.a. De asemenea, plamada fermentata mai contine drojdii si eventual microorganisme de contaminare.

Concentratia alcoolica a plamezii fermentate variaza in limite largi cuprinse intre 6 si 12% in functie de felul materiei prime si procesul tehnologic aplicat.

Alcoolul etilic si alti componenti volatili din plamada ca: aldehide, esteri, alcooli superiori, furfural, acizi volatili, se separa din plamada prin operatia de distilare.

Distilarea se realizeaza prin incalzirea pana la fierbere si fierberea plamezilor fermentate in instalatii speciale, prin care alcoolul etilic si alti componenti volatili trec in faza de vapori si sunt apoi condensati prin racire cu apa.

Pentru a intelege mai bine procesul de separare a alcoolului din plamada prin distilare se poate asimila plamada fermentata cu un amestec binar miscibil format din alcool etilic si apa, avand o concentratie alcoolica egala cu a plamezii fermentate.

Separarea alcoolului etilic din acest amestec se bazeaza pe diferenta de volatilitate dintre acesta si apa. Astfel, alcoolul etilic este mai volatil decat apa, avand o temperatura de fierbere de 78,39⁰C, in timp ce temperatura de fierbere a apei este de 100⁰C, la presiunea atmosferica.

Intrucat separarea componentilor din amestec prin distilare se face in ordinea volatilitatii lor, distiland mai intai cei cu volatilitate mai ridicata, deci cu temperatura de fierbere mai scazuta, inseamna ca vaporii rezultati prin fierberea amestecului de alcool si apa vor fi mai bogati in alcool etilic, iar amestecul supus distilarii se va epuiza treptat in alcool.

Pentru a obtine un produs cu un continut ridicat in alcool sunt necesare distilari repetate si odata cu cresterea continutului in alcool al lichidului supus distilarii se realizeaza o concentrare din ce in ce mai redusa pana in momentul in care se ajunge la asa numitul punct azeotropic, din care nu se mai poate realiza in continuare o concentrare prin distilare. Pentru amestecul de alcool etilic si apa acest punct azeotropic corespunde unei concentratii alcoolice de 97,17%vol. sau 95,57% masic.

Din acest motiv, pe calea distilarii repetate se poate obtine un alcool cu concentratia maxima in alcool de 97,2% vol.

In afara de alcool si apa prin distilarea plamezii fermentate trec in distilat si alte substante volatile continute, cum ar aldehide, esteri, alcooli superiori, acizi volatili, alcool metilic, s.a., care ii confera un gust si un miros neplacut, astfel incat se obtine asa numitul alcool brut, care trebuie purificat in continuare prin operatia de rafinare. Reziduul fara alcool rezultat de la distilare este denumit borhot.

1. Instalatii de distilare a plamezii fermentate

Distilarea plamezilor fermentate in vederea obtinerii alcoolului brut este de fapt o distilare repetata a unor condensate alcoolice, cu scopul obtinerii unei concentratii ridicate in alcool, proces care este denumit rectificare.

Operatia de distilare a plamezii fermentate se realizeaza in instalatii cu functionare continua in care procesul fizic care are loc este urmatorul:

plamada fermentata preincalzita intra pe la partea superioara a unei coloane de plamada prevazuta cu talere cu clopote si se scurge prin coloana cu viteza constanta in contracurent cu aburul care se introduce pe la baza coloanei;

pe masura ce urca in coloana vaporii se imbogatesc treptat in alcool, prin vaporizari repetate de component volatil (alcool) si condensarile repetate de component mai putin volatil (apa) rezultand pe la partea superioare a coloanei de plamada vapori alcoolici cu concentratia in alcool in echilibru cu cea a plamezii fermentate, care sunt concentrati suplimentar pana la taria necesara a alcoolului brut intr-o coloana de concentrare;

prin scurgerea plamezii de pe un taler pe altul se realizeaza epuizarea treptata a plamezii in alcool, rezultand pe la baza coloanei un reziduu dezalcoolizat - borhotul.

Instalatiile de distilare continua a plamezilor fermentate, care dateaza de peste 100 ani, se pot imparti, in functie de modul de amplasare a celor doua coloane, de plamada si de concentrare, in doua grupe:

instalatii cu doua coloane suprapuse;

instalatii cu doua coloane alaturate.

Instalatia cu doua coloane suprapuse se prezinta in figura 14.

Cu ajutorul pompei cu piston 1 plamada fermentata este introdusa in deflegmatorul 2 al coloanei de distilare 3 unde se preincalzeste pana in apropierea punctului de fierbere pe seama vaporilor alcoolici care se condenseaza partial in deflegmator. Plamada preincalzita se introduce apoi pe talerul superior al coloanei de plamada 3a, incalzita la baza cu abur direct, in care se realizeaza epuizarea plamezii in alcool, rezultand pe la partea inferioara borhot, care este evacuat din coloana cu ajutorul regulatorului de borhot 4.

Regulatorul de borhot joaca rol de zavor hidraulic, mentinand in spatiul de la baza coloanei un nivel constant de plamada si nepermitand astfel aburului sa iasa odata cu borhotul. Astfel, la scaderea nivelului plamezii la baza coloanei, flotorul regulatorului coboara si inchide evacuarea borhotului si invers.

Vaporii alcoolici rezultati din coloana de plamada, care este prevazuta cu 12-16 talere cu clopote, trec apoi in coloana de concentrare 3b, prevazuta de obicei cu talere cu site, in care se realizeaza concentrarea vaporilor de alcool brut. Vaporii de alcool brut trec apoi in deflegmatorul 2, in care se realizeaza o condensare partiala a componentului mai putin volatil, pe seama plamezii care se preincalzeste si eventual a apei de racire. In acest fel deflegmatorul realizeaza o concentrare suplimentara a vaporilor prin condensarea componentului mai putin volatil care se reintorc in coloana sub forma de reflux extern printr-o conducta speciala.

Astfel, in figura s-a prezentat un deflegmator paralelipipedic, racit cu plamada in zona 2a si cu apa in zona 2b, care se monteaza direct deasupra coloanei de concentrare.

Vaporii de alcool brut deflegmati sunt trecuti apoi in condensatorul racitor 5, in care se face condensarea in partea superioara multitubulara 5a si racirea in partea inferioara 5b, alcoolul brut circuland prin serpentina. In scopul economisirii de apa de racire, aceasta trece in continuare la racirea deflegmatorului 2a.

Alcoolul brut obtinut, cu o concentratie alcoolica de 80÷85% vol., este trecut apoi la felinarul de control 6, unde se poate citi taria alcoolica si temperatura cu ajutorul unui termoalcoolmetru si in continuare in filtrul de alcool 7, unde se separa pe baza de diferenta de densitate impuritatile mecanice din alcool. Separarea acestor impuritati cat si omogenizarea care se realizeaza in filtru sunt necesare pentru operatia urmatoare de masurare a cantitatii si concentratiei alcoolului brut, care se realizeaza cu ajutorul unui aparat special de control numit Siemens. Acesta inregistreaza cu ajutorul a doua contoare atat cantitatea de alcool trecuta (in litri) cat si gradele dal (1⁰dal = 0,1 litri alcool absolut) si indica in permanenta pe o scara gradata concentratia alcoolica in procente de volum.

De la aparatul de control alcoolul brut este trecut prin conducte la rezervorul de colectare a alcoolului brut.

Aceasta instalatie cu coloanele suprapuse are avantajul ca se manipuleaza mai usor, deoarece extragerea alcoolului si concentrarea lui se fac intr-o singura instalatie, iar consumul de abur si pierderile in alcool sunt mai mici. Datorita acestor avantaje este instalatia cea mai raspandita de distilare.

Ca dezavantaje s-ar putea mentiona inaltimea mare a instalatiei cat si faptul ca se obtine un borhot mai diluat, cu gust mai putin placut, deoarece refluxul de la deflegmator curge prin coloana si dilueaza suplimentar borhotul.

Fig. Instalatia de distilare cu doua coloane suprapuse

Fig.14. Instalatia de distilare cu doua coloane suprapuse.

Instalatia cu doua coloane alaturate se prezinta in figura 1

Plamada prefermentata, preincalzita in deflegmatorul 5 al instalatiei, intra pe la partea superioara a coloanei de plamada 1, care este incalzita pe la baza cu abur direct. In coloana se realizeaza epuizarea plamezii in alcool, obtinandu-se pe la baza borhot care se evacueaza prin regulatorul de borhot 2. Din coloana de plamada rezulta pe la partea superioara vapori de alcool diluat, care sunt trecuti prin separatorul de picaturi 6 in coloana de concentrare 3. In aceasta coloana se face, in partea inferioara 3a, epuizarea lichidului in alcool, obtinandu-se pe la baza un lichid fara alcool denumit apa de luter, care se evacueaza prin intermediul regulatorului 4, iar la partea superioara 3b se concentreaza vaporii de alcool brut, care sunt in continuare trecuti in deflegmatorul 5, in condensatorul racitor 7, in felinarul de control 8 si apoi in filtrul de alcool brut 9.

Fig.1 Instalatia de distilare cu doua coloane alaturate

Borhotul rezultat din aceasta instalatie este mai concentrat, deoarece se evacueaza separat apa de luter provenita din refluxul coloanei 3.

Aceasta instalatie se manipuleaza mai greu deoarece trebuie sa fie incalzite cu abur si supravegheate doua coloane. Instalatia necesita un consum mai mare de abur si pierderile de alcool sunt mai mari, deoarece se poate pierde alcool si prin apa de luter de la cea de-a doua coloana.

Datorita acestor dezavantaje importante, instalatia de distilare cu doua coloane este putin utilizata in practica.

2. Conducerea procesului de distilare

Inainte de punerea in functiune, se umple cu apa coloana de distilare 2, in care se introduce abur, pentru a constata daca nu exista neetanseitati pe la flanse. Daca etansarea coloanei este buna, se demonteaza vizoarele din dreptul talerelor pentru scurgerea apei si apoi se monteaza din nou.

Se umple apoi coloana cu plamada cu ajutorul pompei 1, se deschide aburul pentru incalzirea coloanei, care este terminata cand conducta de alcool de la condensatorul racitor la felinarul de control se incalzeste. Se deschid robinetele de apa de racire a condensatorului racitor si a deflegmatorului si se regleaza astfel debitul de alimentare cu plamada incat in coloana sa se realizeze regimul normal de functionare. Printr-o corelare a debitului de plamada, abur si apa de racire trebuie sa se ajunga la un debit constant de alcool la felinarul de control, a carui tarie trebuie sa fie de 80÷85% vol. alcool, cu temperatura de 15÷17⁰C.

Prin automatizarea complexa a instalatiei se asigura un regim optim de functionare. Principalii parametrii care se pot regla automat sunt: debitul de alimentare a coloanei cu plamada, debitul si presiunea aburului, temperatura si debitul apei de racire, concentratia si temperatura alcoolului brut.

Scoaterea temporara din functiune a instalatiei de distilare se face oprindu-se mai intai pompa de plamada si apoi accesul aburului. Dupa ce a scazut presiunea din coloana se inchide si apa de racire. Pentru repunerea in functiune se da drumul mai intai la abur, care incalzeste plamada acumulata la baza coloanei, iar in momentul in care a inceput sa curga alcool la felinarul de control se porneste si pompa de plamada.

In cazul opririlor de lunga durata este necesar ca dupa oprirea pompei de plamada sa se fiarba plamada din coloana pana cand la felinarul de control nu se mai constata prezenta alcoolului, dupa care se inchide accesul aburului si a apei de racire.

6. RAFINAREA ALCOOLULUI BRUT

In urma distilarii rezulta ca produs intermediar alcoolul brut, care are o concentratie alcoolica de 80÷85% vol. si contine o serie de impuritati, mai mult sau mai putin volatile, fie provenite din plamada fermentata, fie formate chiar in cursul procesului de distilare.

Rafinarea reprezinta operatia de purificare si concentrare a alcoolului brut, in vederea obtinerii unui produs de puritate superioara denumit alcool etilic rafinat.

Prin rafinare alcoolul se concentreaza, devine limpede, fara gust si miros strain. Alcoolul rafinat trebuie sa aiba o concentratie alcoolica de minimum 96%, nu trebuie sa contina alcool metilic si furfural, iar continutul sau in acizi, esteri, aldehide si alcooli superiori trebuie sa fie foarte scazut.

Pentru a se realiza o purificare avansata a alcoolului este necesar ca la rafinare sa se aiba in vedere doua aspecte principale: temperaturile de fierbere ale impuritatilor si solubilitatile lor in amestecul de alcool - apa.

Impuritatile din alcoolul brut au temperaturi de fierbere repartizate intre 20,2⁰C (aldehida acetica) si 161,6⁰ (furfural), insa in realitate distilarea lor se face intr-un domeniu de temperaturi mult mai restrans, deoarece majoritatea formeaza amestecuri azeotrope cu apa, cu temperaturi de fierbere mult mai joase decat a substantei pure.

Impuritatile se vor repartiza in coloana in functie de temperaturile lor de fierbere si solubilitatea lor, astfel:

impuritatile mai volatile decat alcoolul etilic vor fi ridicate de vaporii alcoolici spre partea superioara a coloanei, unde vor fi evacuati in stare de vapori sub forma de frunti;

impuritatile mai putin volatile se vor concentra spre partea inferioara a coloanei formand cozile.

Asadar prin rafinarea alcoolului brut se obtin trei fractiuni:

fruntile;

alcoolul rafinat;

cozile.

Operatia de rafinare a alcoolului brut se executa in instalatii speciale, care in functie de constructie si modul de functionare, sunt de doua tipuri:

instalatii cu functionare discontinua (periodica);

instalatii cu functionare continua.