Ректификация: процесс очистки этанола¶

Ректификация — это процесс разделения жидких смесей на компоненты, основанный на многократном частичном испарении и конденсации, протекающий в противоточном режиме между жидкостью и паром. В контексте производства этанола ректификация применяется для получения высококонцентрированного спирта-ректификата крепостью до 96,4 % об., который отличается от сырца-дистиллята значительно меньшим содержанием примесей (сивушных масел, альдегидов, эфиров).

¶Физико-химические основы

Разделение смеси при ректификации основано на различии температур кипения компонентов. Этанол (температура кипения 78,4 °C) и вода (100 °C) образуют азеотропную смесь с содержанием спирта 95,57 % об. при нормальном давлении, что ограничивает максимальную концентрацию продукта, получаемого простой ректификацией. Примеси, содержащиеся в бражке или спирте-сырце, делятся на головные (легкокипящие — ацетальдегид, этилацетат, метанол) и хвостовые (тяжелокипящие — сивушные масла, фурфурол). Ключевую роль играет коэффициент ректификации — отношение содержания примеси в паровой фазе к её содержанию в жидкой фазе.

¶Устройство ректификационной колонны

Основным аппаратом процесса является ректификационная колонна — вертикальный цилиндрический сосуд с внутренними контактными устройствами (тарелками или насадкой). Схема включает:

• Куб (нижняя часть) — ёмкость для нагрева и испарения жидкости;
• Дефлегматор (верхний конденсатор) — теплообменник для конденсации паров;
• Конденсатор — окончательное охлаждение и сжижение спиртовых паров;
• Флегмовое число — отношение количества возвращаемой в колонну флегмы к количеству отбираемого дистиллята.

Пар поднимается вверх по колонне, контактируя со стекающей вниз флегмой. На каждой тарелке происходит частичная конденсация высококипящих компонентов и испарение низкокипящих, в результате чего пар обогащается этанолом, а жидкость — водой и тяжёлыми примесями.

¶Технология ректификации этанола

В промышленности применяют непрерывные и периодические установки. Наиболее распространена схема из трёх колонн:

1. Бражная колонна — выделение спирта из бражки (содержание спирта 8–10 % об.);
2. Ректификационная колонна — концентрирование этанола и отделение примесей;
3. Сивушная колонна (при необходимости) — дополнительная очистка.

Головные примеси отбираются из верхней части колонны (эпюрационная фракция), хвостовые — из нижней и средней части (сивушное масло). Целевой продукт — спирт-ректификат — отбирается с верхних тарелок колонны. Типичные потери этанола составляют 1–3 % от исходного количества.

¶Применение в производстве

Ректификация является завершающим этапом производства этилового спирта из зернового, картофельного или мелассного сырья. Полученный ректификат используется:

• в ликёро-водочной промышленности (для приготовления водок и настоек);
• в фармацевтике (медицинский спирт);
• в пищевой промышленности (уксусная кислота, ароматизаторы);
• как растворитель в химической и лакокрасочной промышленности.

Для получения спирта высшей очистки (96,4 % об.) и «Люкс» применяют дополнительную очистку — перегонку с окислителями или адсорбционную осушку на цеолитах.

¶Отличие от простой дистилляции

В отличие от дистилляции, где разделение происходит однократно, ректификация обеспечивает многократный массообмен между паром и жидкостью. Это позволяет достичь более высокой степени очистки: содержание сивушных масел в ректификате не превышает 4–6 мг/дм³, тогда как в сырце-дистилляте оно может достигать 1000–3000 мг/дм³. Однако ректификация требует больших энергозатрат и более сложного аппаратурного оформления.

¶Особенности азеотропной ректификации

Поскольку этанол образует азеотроп с водой, для получения безводного спирта (абсолютированного) применяют азеотропную ректификацию с третьим компонентом (бензолом, циклогексаном) или молекулярные сита. В России абсолютированный спирт производится преимущественно методом адсорбционной осушки, что экономически более выгодно.

¶Правовое регулирование в России

Производство и оборот этилового спирта в Российской Федерации регулируются Федеральным законом № 171-ФЗ «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции». Ректификация входит в перечень лицензируемых видов деятельности; оборудование для ректификации подлежит обязательной сертификации и государственному учёту в ЕГАИС.

¶Источники

• Яровенко В. Л. «Технология спирта». — М.: Колос, 1999.
• Кавецкий Г. Д., Васильев Б. В. «Процессы и аппараты пищевой технологии». — М.: Колос, 2000.
• Стабников В. Н. «Перегонка и ректификация этилового спирта». — М.: Пищевая промышленность, 1969.