СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭТИЛОВОГО СПИРТА Российский патент 2008 года по МПК B01D3/00 

Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к разработке способов предварительной очистки этилового спирта и послеспиртовой барды.

Известен способ очистки этилового спирта, при котором проводят очистку от кислот и различных вредных соединений в спиртовой колонне с помощью гидроксида натрия, растворенного в воде до концентрации 5-10% («Переработка сульфитного спирта и сульфитных щелоков. Под ред. Богомолова Б.Г. и Сапоницкого С.А., М.: 1989 г.).

Однако в известном способе остаются серосодержащие и непредельные соединения, что снижает эффективность очистки.

Известен также способ очистки этилового спирта от серосодержащих примесей, при котором подается перекись водорода в эпюрационную колонну на тарелку питания в виде 1,5-3% раствора (Г.Л.Висновская и др. «Очистка этилового спирта от серосодержащих примесей в процессе брагоректификации». Журнал «Ферментативная и спиртовая промышленность», 1975 г., с.21-23).

Недостатки известного способа заключаются в том, что очистка этилового спирта проводится после добавления в сусло (перед началом брожения) для его подкисления и дезинфекции от бактериальных интексицидов концентрированной серной кислоты в количестве 0,1-0,16% об. от общего объема сусла, в результате чего очистка проводится некачественно, послеспиртовая барда имеет высокую кислотность, биохимические процессы протекают в направлении снижения количества и качества получаемого этилового спирта.

Цель изобретения - повышение эффективности способа получения этилового спирта, увеличение его количества и качества, а также получение послеспиртовой барды нормальной кислотности.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от способа-прототипа в качестве энергичного окислителя используют перекись водорода в виде водного раствора определенной концентрации. Перекись водорода в количестве 0,07-0,1% об. от затираемого объема добавляют в затор на стадии затирания солода при нижней температурной границе осахаривания, а расщепляющий ее фермент каталазу добавляют в затор при достижении температуры затора 45°С в объемном соотношении к перекиси водорода 1:3.

Способ осуществляется следующим образом.

По концентрационному содержанию перекись водорода следует добавлять в затор при нижней температурной границе осахаривания сусла в виде водного раствора в пределах предполагаемого диапазона доз 0,07-0,1% об. от затираемого объема.

При этом перекись водорода уничтожает бактериальные микроорганизмы, подавляющие каталитическую активность ферментов брожения, и в то же время через свои окислительно-восстановительные свойства осуществляет очищение сусла затора от других вредных примесей, а также снижает карбонатную жесткость воды, отрицательно влияющую на нее степень осахаривания сусла.

Добавление перекиси водорода в сусло производится не в первый момент затирания, а несколько позже, в момент установления в заторе нижней температуры границы осахаривания (37-40°С) с тем расчетом, чтобы к концу осахаривания сусла буферные вещества солода перешли в раствор сусла, т.к. при этом вследствие увеличения буферной емкости мало изменяется величина рН сусла затора.

Перекись водорода подается в затор в количестве 0,07-0,1% об. от затираемого объема, тогда как в существующих на практике способах перед началом брожения в сусло для ее подкисления вводят концентрированную серную кислоту в количестве 0,1-0,16% об. от общего объема сусла.

Для сравнения приведем анализ расхода серной кислоты перед процессом брожения на подкисление сусла и расхода перекиси водорода на подкисление затора.

1. Серная кислота H₂SO₄; удельный вес 1,841 кг/л; количество молей в 1 л 1841/98=18,786 молей.

2. Перекись водорода H₂O₂; удельный вес 1,448 кг/л; количество молей в 1 л 1448/34=42,588 молей.

Так как 0,16 об. H₂SO₂ на 100 кубовый объем сусла составляют 160 литров, то общее количество молей на подкисление сусла составит 160×18,786=3005,76.

В связи с тем, что Н₂О₂ по своим каталитическим и окислительно-восстановительным свойствам в биохимии превосходит H₂SO₄, то 160 л (3005,76 молей) H₂SO₄ эквивалентны 3005,76/42,588=70,6 л Н₂О₂.

Следовательно, добавление 70,6 л Н₂О₂ для подкисления эквивалентно добавлению 160 л H₂SO₄ для этой же цели. При этом серная кислота (Н₂SO₄) самовосстанавливающийся (безрасходный) катализатор-окислитель и в результате производства этилового спирта остается в составе барды, делая ее непригодной для использования на корм с/х животным из-за высокой кислотности барды, тогда как перекись водорода Н₂О₂ не восстанавливающийся (расходный) катализатор - (окислитель-восстановитель), т.к. что при окислении, что при восстановлении образуется вода и барда становится пригодной для кормления с/х животных, а также пригодной для использования в качестве удобрений для с/х растений.

При этом перекись водорода способствует повышению буферной емкости сусла в заторе и значительному снижению карбонатной жесткости воды по уравнениям:

СаСО₃+Н₂O₂+2Н₂О=Са(ОН)₂+СН₂О+H₂O+O₂; MgCO₃+H₂О₂+2Н₂O=Mg(OH)₂+СН₂О+H₂O+О₂.

В этих реакциях перекись водорода в присутствии ее катализатора расщепления каталазы отдает свой водород на образование углевода CH₂O, выделяя при этом кислород, необходимый для протекания реакций окисления (подкисления сусла затора).

При этом особенно важно обратить внимание на то, что в результате прохождения этих химических реакций образуется соединение CH₂O - основа образования углеводов (сахаров), поскольку шесть таких соединений 6×(СН₂O) составляют глюкозу C₆H₁₂O₆. При этом каталаза в комплексе с другими ферментами способствует этому. Таким образом, перекись водорода в приведенных выше реакциях способствует увеличению степени осахаривания сусла при затирании.

Для сравнения приведем пример из живой природы. Известно, что порфириновый комплекс хлорофилл зеленых листьев растений является оптимальным аккумулятором солнечной энергии в виде углеводов (сахаров) по нижеследующему механизму прохождения реакции:

2Н₂О+ХЛ+hv=Н₂О₂+Н₂+ХЛ; где hv - квант солнечной энергии; ХЛ - хлорофилл, далее Н₂O₂+СО₂+Н₂=СН₂О+H₂O+О₂↑. Таким образом шесть квантов солнечной энергии (6 hv) способствуют образованию 6×(СН₂О)=С₆Н₁₂О₆ - одной молекулы глюкозы. Так как хлорофилл (ХЛ) обладает амфотерными свойствами (т.е. одновременно окислительными и восстановительными свойствами) и такими же свойствами обладает и перекись водорода, то, когда солнечные кванты дискретно ударяют по хлорофиллу, дискретно возбуждается верхний энергетический уровень хлорофилла в связи с поглощением солнечного кванта (hv) и с этого уровня электрон отдается одной двухмерной молекуле воды 2Н₂О, окисляя ее до перекиси водорода и молекулы водорода, а хлорофилл восстанавливается до прежнего энергетического состояния. В свою очередь перекись водорода соединяется с диоксидом углерода атмосферы с образованием СН₂О, молекулы кислорода О₂ и самовосстанавливается до молекулы воды Н₂О. Весь этот механизм постоянно протекает дискретно с образованием 6Н₂O; С₆Н₁₂О₆ и 6O₂.

Изобретение относится к спиртовой промышленности и может найти применение при очистке спиртовой продукции. На стадии затирания в затор вводят водный раствор перекиси водорода определенной концентрации. Перекись водорода в количестве 0,07-0,1% об. от затираемого объема добавляют в затор на стадии затирания солода при нижней температурной границе осахаривания, а каталазу добавляют в затор при достижении температуры затора 45°С в объемном соотношении к перекиси водорода 1:3. Способ позволят увеличить выход этилового спирта.

Способ очистки этилового спирта, включающий использование водного раствора перекиси водорода для ускорения реакции окисления сусла, отличающийся тем, что перекись водорода в количестве 0,07-0,1% от затирания затираемого объема добавляют в затор на стадии затирания солода, при нижней температурной границе осахаривания в пределах 37-40°С, а каталазу добавляют в затор при достижении температуры затора 45°С в объемном соотношении к перекиси водорода 1:3.