Дистилляция в перегонных кубах

06 марта 2017 г.
Дистилляция в перегонных кубах

В первой части нашей статьи мы всецело рассмотрели вопросы, связанные с геометрией и производством перегонных кубов. Данная же статья откроет перед вами секреты изготовления виски. Разумеется, каждая винокурня делает это по-своему! Одни моментально нагревают сырьё, а потом медленно отгоняют продукт, другие делают мощный нагрев и скоростную перегонку. Самое интересное в этом, что не только геометрия и определённые параметры перегонного оборудования влияют на вкус и аромат получаемого продукта, а в частности всё это зависит именно от технологии перегонки!

Часть 1.
Основы дистилляции.
Приведённая схема наглядно показывает производство солодового виски в шотландской винокурне с помощью двойной перегонки. Винокурни с тремя перегонными кубами и тройной перегонкой пользуются этой же схемой, но их работа увеличена на один шаг соответственно. Многие именитые винокурни имеют четыре или даже шесть перегонных кубов, но они не перегоняют сырьё последовательно, а просто работают параллельно.
Связь перегонных кубов может быть ещё сложней, если, например, дистиллят первой перегонки из разных перегонных кубов собирается в один большой промежуточный накопитель, из которой он поступает в аппараты вторичной перегонки. В процессе к дистилляту первой перегонки обычно добавляют части второго погона в соотношении 3:2, 4:3, и это считается абсолютно нормальным! Винокурни, имеющие всего два перегонных куба, легко делают тройную перегонку, вновь перегоняя результат второго погона.
На схеме показана простейшая винокурня с двумя перегонными кубами, один из которых называется "перегонный куб для браги", а второй - "спиртовой перегонный куб" (дословный перевод).

Основы дистилляции был известны ещё древним египтянам. Различия в температурах кипения позволяют отделять составляющие вещества по мере нагрева. Вещества, имеющие самые низкую температуру кипения, могут быть отобраны и отделены от остальных. Но египтяне использовали дистилляцию только для производства парфюма. Только в средние века кельтские монахи начали производство виски - воды жизни.
В результате спиртового брожения брага (пиво) содержит приблизительно от 8% до 10% об. спирта (этанол = этиловый спирт). Крепость алкоголя зависит от использованных дрожжей, а также от продолжительности брожения.
В ходе нагрева браги вещества с более низкой температурой кипения, чем у воды, испаряются по мере роста температуры. Нельзя увеличивать нагрев браги выше температуры кипения самой низкокипящей фракции. Вся тепловая энергия поглощается веществом, которое меняет свое агрегатное состояние (из жидкого в газообразное), и температура жидкости не может дальше расти. Пока все вещества не испарятся в этой конкретной точке кипения, оставшаяся жидкость не может нагреваться дальше.
При стандартном атмосферном давлении (14.69 фунтов на квадратный дюйм, 1013 гектопаскалей) этанол испаряется при 173,3° F (78.5°С).

Часть 2.
Перегонный куб для браги.
Перегонный аппарат для браги выполняет простую задачу: он используется для первой перегонки браги или, на простом английском языке, - пива. Вместимость перегонного аппарата и бродильного чана обычно бывает от 15 тыс. л до 30 тыс. л. (самый распространённый вариант).
Когда горячий пар попадает в нагревательные цилиндры, в перегонном аппарате для браги начинает нагреваться брага. За счет теплового движения (конвекции) внутри самогонного аппарата брага движется. Брага поднимается вдоль теплых полостей цилиндров и стекает обратно по более прохладным полостям.
Постоянная подача газообразных веществ приводит к небольшому избыточному давлению в перегонном аппарате, и газы поднимаются в шею самогонного аппарата. Но они далеко не уходят. Стенки перегонного аппарата слишком холодные, и испарившиеся вещества конденсируются на стенках. С течением времени все больше и больше капель скапливается на стенках, и вместе они образуют большие капли, которые стекают обратно в куб.
С ростом нагрева вся брага начинает кипеть при температуре около 173°F (78°с). Весь самогонный аппарат нагревается, и поверхность жидкости начинает бурлить. Сильный нагрев создаёт мощное кипение, жидкость начинается пениться, и её брызги доходят до верхней части шеи.

Именно поэтому аппараты для перегонки браги имеют небольшие смотровые окна в шее, через которые можно увидеть пенящуюся брагу. Если кипение браги слишком интенсивное, жидкая фаза может попасть в холодильник. В этом нет ничего страшного, если брага не содержит твёрдых частиц ячменных зёрен, которые могут забить тонкие трубки холодильников.
Следовательно, самогонщик должен быть бдительным. Винокурни, которые не имеют времени на то, чтобы наблюдать за кипением, кладут мыло в брагу, которое препятсвует поверхностному бурлению и предотвращает выкипание. Поскольку мыло растворяется при при 50-60 °C и кипит только при температуре 100 °C, молекулы мыла не могут попасть в дистиллят.
Первая перегонка в самогонных аппаратах для браги занимает от 4 до 7 часов. Поддерживается температура 78 °C (температура кипения этилового спирта). Весь нагрев используется для испарения алкоголя.
Дистилляция обычно завершается по истечению 4 часов. За исключением 1% об. алкоголя, весь алкоголь испаряется и собирается в приёмник для слабоградусного спирта.

Однако приёмник для слабоградусного спирта содержит не только алкоголь, но и все вещества с более низкой температурой кипения, чем у этилового спирта, а также некоторые вещества с более высокой температурой кипения. Они были вырваны из молекулярной цепочки за счет кипения жидкости и попали в приёмник для слабоградусного спирта вместе с молекулами спирта. Среди этих молекул также много воды, которая образует азеотропную смесь с алкоголем. После первой перегонки слабоградусный спирт обычно содержит от 20% до 25% об. алкоголя.
После дистилляция барда остаётся в перегонном кубе. В ней содержится остаточный алкоголь (около 1 % об.), а также ценные белки и минералы из ячменного зерна. Именно поэтому после опустошения перегонного куба из барды делают концентрат путём выпаривания и продают как высококачественный корм для животных.

Поскольку большие перегонные кубы имеют толщину стенок всего лишь несколько миллиметров (3/16 дюйма), они очень чувствительны к избыточному или отрицательному давлению. Таким образом, по самому худшему сценарию перегонный куб может быть смят из-за отрицательного давления (ниже атмосферного). Когда перегонка остановлена, содержимое перегонного куба для браг сливается, и самогонный аппарат остывает, внутри создаётся отрицательное давление. Если же оно становится слишком высоким, перегонный куб взрывается. Так как это не раз случалось в прошлом, каждый перегонный куб в настоящее время оснащается автоматическим клапаном сброса давления, который сохраняет баланс давления с окружающей средой. Для наполнения и слива перегонного куба существует еще один выпускной клапан, который обычно работает одновременно с насосами.

 

Таблица ниже демонстрирует баланс при дистилляции в перегонных кубах для браги.

Приведённые выше цифры демонстриуют, что за счёт испарения воды в процессе преобразования браги в слабоградусный спирт значительно снижается объём продукта для повторной перегонки.
Таким образом, единственная цель первой перегонки заключается в уменьшении объема жидкости до 1/3 и для удаления твердых частиц зерна, которые сохранились в браге
Бурная дистилляция обычно занимает всего четыре часа, и, таким образом, незначительно влияет на вкус конечного продукта. Сильный нагрев браги и пенообразование жидкости являются причиной попадания тяжелых сивушных масел, помимо алкоголя и воды, в слабоградусный спирт.

Часть 3.
Перегонный куб для перегонки дистиллята из бражки.
Вторая перегонка в меньших перегонных кубах осуществляется гораздо более аккуратно и медленно. Этот процесс, как правило, занимает около 8 часов. Так как это занимает в два раза больше времени в сравнении с первой перегонкой, зачастую результат двух перегонок браги собирается в приемнике для слабоградусного спирта и заливается в перегонный куб для перегонки дистиллята из бражки.
Всего несколько винокурен имеют такие концентраторы, потому что они очень дорогостоящие. В городе Ротес в Спейсайд в Шотландии близлежащие винокурни располагает таким оборудованием. Для того чтобы не потерять остаточное тепло в барде во время транспортировки (она все еще имеет температуру около 70°C), содержимое перегонного куба для браги обычно сливается через теплообменник, который направляет тепловую энергию барды для будущих дистилляционных процессов.

 

Как было описано в первой части это статьи, перегонные кубы для перегонки дистиллята из браги оказывают большее влияние на вкус изготовленного алкоголя. Повторная перегонка проводится очень аккуратно, чтобы алкоголь и вкусароматические вещества смогли более эффективно отделиться от воды. Поэтому перегонные кубы для второй перегонки не нуждаются в смотровых окнах для наблюдения за кипением слабоградусного спирта.
Сам процесс перегонки спирта-сырца схож с перегонкой браги. Слабоградусный спирт нагревается, и до достижения температуры кипения этилового спирта в первую очередь испаряются более летучие головные фракции. Эти "головы" преимущественно представляют собой легкокипящие соединения, к примеру, этилацетат или летучие сложные эфиры, имеющие резкий запах.

4. "Спиртовой фонарь" ("попугай" - прим. переводчика) для контроля за процессом перегонки
Так как агрессивные головные фракции являются нежелательны в конечном продукте, они направляются в так называемый спиртовой фонарь, и не идут в приёмник для дистиллята. Иллюстрация сверху демонстрируе функцию спиртового фонаря.
У спиртового фонаря достаточно длинная история, и он несёт в себе особенное назначение. Согласно британскому законодательству все самогонные аппараты и трубопроводы должны быть закрытыми системами. Так что самогонщик не может попробовать готовый продукт. Тогда как он должен понять, когда заканчиваются головные фракции и начинается испарение желаемой средней фракции?

С опытом самогонщик выучивается определять, сколько нужно нагревать самогонный аппарат до выхода "тела". Поскольку тысячи литров должны быть нагреты до более чем 70°С, это занимает некоторое время, пока первые капли не попадут в спиртовой фонарь. Затем в течение 20 минут собираются "головы". Спиртовой фонарь состоит из нескольких стеклянных отсеков, в которых собирается продукт, также в них находятся измерительные приборы. Если вы измеряете плотность продукта с помощью ареометра, вы можете определить содержание алкоголя в нём. Пока идут "головы", содержание алкоголя постепенно опускается с 85% до 75%.
Но это не единственный инструмент, с помощью которого осуществляется контроль. Плотность жидкости в значительной степени зависит от её температуры. Таким образом, температура также измеряется для того, чтобы скорректировать плотность. Измерив плотность и температуру, самогонщик может узнать содержание алкоголя.

Что происходит с "головами"? От них не избавляются, а вливают обратно в приёмник для слабоградусного спирта. Тем не менее, количество "голов" не увеличивается в ходе этого непрерывного круговорота. Вот где рождается настоящая магия дистилляции! Агрессивная головная фракция трансформируется в приятные ароматические вещества в ходе каталитических реакция с медью перегонного куба. Это непрерывный процесс, а количество "голов" в перегонном кубе остаётся постоянным.
После того, как головная фракция достигает приёмника слабоградусного спирта, самогонщик меняет направление течения в спиртовом фонаре и направляет "тело" в приёмник для конечного продукта. Если он это сделает слишком рано, полученный алкоголь будет слишком резким на вкус. Если он это сделает слишком поздно, это не будет иметь большого значения, т.к. жидкость, находящаяся в приёмнике для слабоградусного спирта, снова используется при последующей перегонки. Таким образом, ни капли алкоголя не тратится впустую.

Дистилляция "тела" осуществляется медленно и осторожно. Если перегонный куб имеет слишком сильный нагрев, прекращается возврат сконденсировавшихся веществ (флегмы) с более высокой температурой кипения по стенкам перегонного куба. В результате сивушные масла преодолевают барьер и попадают в приёмник для конечного продукта.
Пока отбирается "тело", что занимает около 3 часов, содержание алкоголя падает с 75% до 60%. Но даже по достижению 60% об. дистилляция продолжается. Сивушные масла ("хвосты"), отбор которых начинается, возвращаются обратно в приёмник для слабоградусного спирта, где они снова вступают в каталитическую реакцию с медью в ходе последующей перегонки. Дистилляция "хвостов" продолжается в течение долгого времени и только тогда прекращается, когда остаточное содержание алкоголя достигает 1%, так что ни капли оборотного спирта не теряется в жидкости, оставшейся в перегонном кубе (так называемом кубовом остатке).

Нечасто выпадает шанс увидеть приёмник слабоградусного спирта изнутри. Он содержит смесь алкоголя и воды молочного серо-белого цвета, а также плавающую маслянистую плёнку из "хвостов".
Процесс перегонки завершён. Соотношение составляющих при второй перегонке, приведённые в таблице ниже, демонстрируют количество получаемого алкоголя. Например, из 30000 л браги крепостью 10% об. получается 2780 л алкоголя крепостью 92,6% об.

 
Еще нет аккаунта?
Создать аккаунт

Заказать обратный звонок

Заказывая обратный звонок, Вы принимаете условия политики конфиденциальности.