Как производят этиловый спирт: полный технологический цикл

Этиловый спирт (этанол) производят путём микробиологического брожения углеводосодержащего сырья, которое затем несколько раз перегоняют и очищают. В промышленности основное сырьё: зерно (пшеница, кукуруза, рожь), сахарная свёкла, картофель и меласса. Спирт высшей очистки используют в пищевой, фармацевтической и химической промышленности. Технологический процесс включает пять основных стадий.

Подготовка сырья и получение затора

Зерновое сырьё на спиртовом заводе сначала измельчают в молотковых дробилках до частиц размером 1–3 мм. Дроблёное зерно смешивают с водой в соотношении примерно 1 к 3,5 по весу. Полученную массу называют замесом. Её нагревают паром в варочных аппаратах при 130–150 градусах и давлении 2–3 атмосферы в течение 30–60 минут: это разрушает клеточные оболочки зерна и переводит крахмал в растворимое состояние.

Затем температуру снижают до 55–60 градусов и добавляют ферментные препараты (амилазы), которые расщепляют крахмал до сбраживаемых сахаров: мальтозы и глюкозы. Этот процесс называют осахариванием. Его продолжительность 2–3 часа. Готовый осахаренный затор содержит 16–18% растворимых углеводов и готов к передаче на стадию брожения.

Спиртовое брожение

Осахаренный затор охлаждают до 28–32 градусов и перекачивают в бродильные ёмкости объёмом от 500 до 3000 кубометров. Туда вносят производственные дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae в количестве 10–15% от объёма затора. Дрожжи в анаэробных условиях перерабатывают сахара в этанол и углекислый газ: из 1 кг глюкозы образуется около 511 г спирта и 489 г углекислоты. Выделяющееся тепло отводят через встроенные змеевики холодной водой.

Брожение продолжается 60–72 часа. К его окончанию содержание спирта в браге достигает 8–12% об. Более высокая концентрация подавляет сами дрожжи. Зрелую брагу контролируют по остаточному содержанию сахаров: оно не должно превышать 0,3–0,5%.

Перегонка: от браги к спирту-сырцу

Готовую брагу направляют на брагоперегонные установки непрерывного действия. Колонна высотой 15–25 м оснащена тарелками-сепараторами. Пары спирта поднимаются вверх, конденсируются и стекают. В нижней части колонны остаётся барда: водная взвесь с остатками зерна. Барда является ценным кормовым продуктом, её высушивают в барабанных сушилках при 200–250 градусах и продают как DDGS-корм (дистиллированная зернодробина). Выход спирта-сырца с первой колонны составляет 88–92% об.

Ректификация: получение спирта высокой очистки

Спирт-сырец содержит примеси: сивушные масла, альдегиды, эфиры, метанол. Их удаляют на ректификационной установке, состоящей из 3–5 последовательных колонн. В эпюрационной колонне при 78–80 градусах отгоняют летучие альдегиды и эфиры (эпюрат). В основной ректификационной колонне концентрируют этанол до 95–96,5% об. На специальных тарелках через боковые отборы выводят фракцию сивушных масел (содержит пентиловые и бутиловые спирты), которую используют в химической промышленности.

На завершающей стадии спирт, если нужно, обезвоживают азеотропной или адсорбционной сушкой. Молекулярные сита (цеолиты) поглощают оставшуюся воду и дают абсолютированный спирт чистотой 99,5–99,9% об. Готовый продукт анализируют по ГОСТ: проверяют содержание альдегидов (не более 4 мг/л), сивушных масел (не более 5 мг/л), метанола (не более 0,02% об.). Прошедший контроль спирт разливают в цистерны или нержавеющие ёмкости для отгрузки потребителям.