Что такое синтетический спирт и как его получают

Производство спирта из древесины

Гидролизная промышленность выпускает из растительных отходов, содержащих целлюлозу, в частности из древесных отходов, ряд продуктов: этиловый спирт, кормовые дрожжи, глюкозу и др.

На гидролизных заводах целлюлозу гидролизуют минеральными кислотами до глюкозы, которая используется для сбраживания в спирт, выращивания дрожжей и выпуска в кристаллическом виде. Существуют гидролизные заводы различного профиля: гидролизно-спиртовые, гидролизно-дрожжевые, гидролизно-глюкозные. Гидролизная промышленность имеет большое народнохозяйственное значение; оно обусловлено тем, что из малоценных растительных отходов получают ценные продукты. В частности, из 1 т абсолютно сухой хвойной древесины получают 170-200 л этилового спирта, для выработки которого потребовалось бы 0,7 т зерна или 2 т картофеля.

Гидролизная промышленность комплексно перерабатывает древесину, в результате чего на гидролизно-спиртовых заводах получают, кроме этилового спирта, и другие ценные продукты: фурфурол, лигнин, жидкую углекислоту, кормовые дрожжи.

Виды спирта

Различают три вида в зависимости от стадии производства.

• Сырец невысокой крепости. Получают его методом дистилляции. Проще говоря – это самогон, хоть и промышленного производства, богатый сивушными маслами и прочими добавками.
• Ректификат. В 88% случаев его производят из сырца, прогоняя тот через ректификационные колонны. Это помогает свести к минимуму вредные примеси и заодно повысить крепость до 97°.
• Питьевой этиловый. Его получают путем разведения подготовленной водой ректификата до нужной градусности.

Осторожно. Питьевой спирт нельзя употреблять в неразбавленном виде.

Это приводит к ожогу слизистых оболочек, появлению гастрита, язв, онкологических заболеваний.

Сырье гидролизного производства

Сырьем гидролизного производства служит древесина в виде различных отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности: опилки, щепа, стружка и др. Влажность древесины колеблется от 40 до 60%. Опилки, перерабатываемые гидролизными заводами, обычно имеют влажность 40- 48%. В состав сухих веществ древесины входят целлюлоза, гемицеллюлозы, лигнин и органические кислоты.

Гемицеллюлозы древесины состоят из гексозанов: маннана, галактане и пентозанов: ксилана, арабана и их метилированных производных. Лигнин представляет собой сложное вещество ароматического ряда, химический состав и строение его еще не установлены.

Химический состав абсолютно сухой древесины приведен в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав абсолютно сухой древесины

Кроме древесины, в качестве сырья для гидролизной промышленности применяются и растительные отходы сельского хозяйства: подсолнечная лузга, кукурузная кочерыжка, хлопковая шелуха, солома зерновых злаков.

Химический состав растительных отходов сельского хозяйства представлен в таблице 2.

Таблица 2 – Химический состав растительных отходов сельского хозяйства

Сорта спирта

За рубежом существуют 3 сорта спирта.

• Винный либо фруктовый. Это – основа для создания бренди, кальвадоса, сливовицы и других напитков. Этот сорт скорее можно отнести к виду «сырец», поскольку получен он с помощью дистилляции (возможно – многоступенчатой), ректификацию не проходит.
• Зерновой (также без ректификации) – основа для виски, бурбона.
• Картофельный. В нем много вредных примесей, синильной кислоты, поэтому в России и СНГ чистый картофельный спирт для производства алкогольных напитков не применяется.

Технологическая схема комплексной переработки древесины

Технологическая схема комплексной переработки древесины состоит из следующих стадий: гидролиз древесины, нейтрализация и очистка гидролизата; сбраживание гидролизного сусла, перегонка гидролизной бражки.

Измельченную древесину подвергают гидролизу разбавленной серной кислотой при нагревании под давлением. При гидролизе гемицеллюлозы и целлюлоза разлагаются. Гемицеллюлозы превращаются в гексозы: глюкозу, галактозу, маннозу и пентозы: ксилозу и арабинозу; целлюлоза – в глюкозу. Лигнин при гидролизе остается в виде нерастворимого остатка.

Гидролиз древесины осуществляют в гидролизном аппарате – стальном цилиндрическом сосуде. В результате гидролиза получают гидролизат, содержащий около 2-3% сбраживаемых моносахаридов и нерастворимый остаток-лигнин. Последний можно использовать непосредственно в производстве строительных плит, в кирпичном производстве, при помоле цемента, в качестве топлива; после соответствующей обработки лигнин может применяться в производстве пластмасс, резиновой промышленности и др.

Полученный гидролизат направляют в испаритель, где пар отделяется от жидкости. Выделяющийся пар конденсируют и используют для выделения из него фурфурола, скипидара и метилового спирта. Затем гидролизат охлаждают до 75-80°С, нейтрализуют в нейтрализаторе известковым молоком до pH 4-4,3 и добавляют питательные соли для дрожжей (сернокислый аммоний, суперфосфат). Полученный нейтрализат отстаивают для освобождения от выпавшего осадка сернокислого кальция и других взвешенных частиц. Осевший осадок сернокислого кальция отделяют, сушат, обжигают и получают алебастр, используемый в строительной технике. Нейтрализат охлаждают до 30-32°С и направляют на брожение. Подготовленный таким образом к брожению гидролизат называется суслом. Брожение гидролизного сусла производят непрерывным способом в бродильных чанах. При этом дрожжи непрерывно циркулируют в системе; дрожжи отделяют от бражки на сепараторах. Выделяющийся при брожении углекислый газ используют для выпуска жидкой или твердой углекислоты. Зрелую бражку, содержащую 1,0-1,5% спирта, направляют для перегонки и ректификации на брагоректификационный аппарат и получают этиловый спирт, метиловый спирт и сивушное масло. Барда, полученная после перегонки, содержит пентозы и ее используют для выращивания кормовых дрожжей.

Рисунок 1 – Технологическая схема комплексной переработки древесины на гидролизно-спиртовых заводах

При переработке по указанной схеме из 1 т абсолютно сухой хвойной древесины можно получить следующие количества товарных продуктов:

• Спирта этилового, л ………………….. 187
• Жидкой углекислоты, кг …………….. 70
• или твердой углекислоты, кг ……… 40
• Дрожжей кормовых, кг…………….. .. 40
• Фурфурола, кг …………………………….9,4
• Скипидара, кг ……………………………0,8
• Термоизоляционных и строительных лигно-плит, м2 …. 75
• Алебастра строительного, кг ……..225
• Сивушного масла, к г ………………..0,3

Марки этилового спирта для водки

Поговорим подробнее об этиловой продукции, относящейся к группе пищевых и которые, в принципе, могут употребляться внутрь в разведенном виде.

Первый сорт

Для производства алкогольных напитков не используется. Его можно условно отнести к группе пищевых. Да, это сейчас он для производства алкогольных напитков не используется. Тем более, что требования к качеству выросли в разы и себе же дороже выпускать низкопробный алкоголь.

А те, кто жил в 90-е, прекрасно помнят, как таким спиртом (канистрами), даже зарплату выдавали. И этот «бартер» считался очень даже неплохим. Да и некоторые сегодня известные ликеро-водочные предприятия начинали с того же «первосортного» алкоголя, который дешево закупали на спиртзаводах, канистрами или бочками привозили на купленный за бесценок «прогоревший» заводик.

Здесь «бодяжили» (разводили водой, добавляли сиропы, экстракты), упаковывали и отправляли в торговлю. Постепенно становясь на ноги (некоторые прогорали), начинали работать над качеством.

Из чего делают продукт первого сорта? Из того, что растет на фермерских полях и в садах:

• любое зерно (пшеница, рожь, кукуруза, просо и т.п.);
• свекла;
• картофель;
• горох;
• фрукты;
• отходы сахарного производства – меласса (черная патока), которая также идет на корм скота.

Причем стандартов (сколько и какого сырья брать) не существует.

Справка. Этил первого сорта сегодня используется в основном в медицине.

Да, это тот самый препарат, который продается в аптеках под названием «Спирт этиловый» 96% (бывает 70%) и с пометкой: «Для наружного применения». То есть, пить его в принципе не рекомендуют, а если и делают на нем настойки, так ведь их употребляют по 15-20 капель, а не стопками.

Еще по теме: Формула, состав и характеристики медицинского спирта

Высшей очистки

Хоть его название и звучит обнадеживающе, на самом деле этот вид используется исключительно в дешевых водках невысокого качества.

Применяется также для производства настоек и ликеров. Готовят его из того же сырья, что и первого сорта. Только после производства более тщательно очищают.

Базис

Сырьем для его получения выступает зерно злаковых культур и картофель. При этом картофельного крахмала в общей массе сырья должно быть не более 60%.

Эту марку используют для выпуска алкогольной продукции в среднем ценовом сегменте.

Экстра

Сырье для производства – то же, что и у «Базиса», но более высокие требования к очистке. Полученный с его помощью алкоголь также средний по ценам.

Люкс

Здесь также применяют зерно и картофель, однако доля картофельного крахмала – не более 35%, а очистка проходит несколько ступеней. «Люкс» используют для приготовления водки Премиум класса.

Альфа

Этот продукт – только зерновой из пшеницы и ржи. Других злаков не допускается, как и картофеля. Проходит несколько ступеней очистки. Используется для создания водки Супер-Премиум.

Производство спирта из сульфитных щелоков

При производстве целлюлозы из древесины по сульфитному способу в качестве отхода получают сульфитный щелок – коричневую жидкость с запахом сернистого газа. Химический состав сульфитного щелока (%): вода – 90, сухие вещества – 10, в том числе производные лигнина – лигносульфонаты – 6, гексозы – 2, пентозы -1 , летучие кислоты, фурфурол и другие вещества – около 1. Длительное время сульфитные щелока спускали в реки, они загрязняли воду и уничтожали рыбу в водоемах. В настоящее время у нас имеется ряд заводов по комплексной переработке сульфитного щелока на этиловый спирт, кормовые дрожжи и сульфитно-бардяные концентраты. Производство спирта из сульфитных щелоков состоит из следующих стадий: подготовка сульфитного щелока к брожению, сбраживание сульфитнощелокового сусла, перегонка зрелой сульфитной бражки.

Подготовку сульфитного щелока к сбраживанию осуществляют по непрерывной схеме. Щелок продувают воздухом для удаления летучих кислот и фурфурола, задерживающих процесс брожения. Продутый щелок нейтрализуют известковым молоком и затем выдерживают для укрупнения выпавших кристаллов сернокислого и сернистокислого кальция; при этом добавляют питательные соли для дрожжей (сернокислый аммоний и суперфосфат). Затем щелок отстаивают. Осевший осадок- шлам – спускают в канализацию, а осветленный щелок охлаждают до 30-32°С. Подготовленный таким образом щелок называется суслом. Сусло направляют в бродильное отделение и сбраживают так же, как гидролизаты древесины, или применяют метод с подвижной насадкой. Подвижной насадкой называются волокна целлюлозы, остающиеся в щелоке. Метод брожения с подвижной насадкой основан на свойстве некоторых рас дрожжей сорбироваться на поверхности целлюлозных волокон и образовывать хлопья волокнисто-дрожжевой массы, которая в зрелой бражке быстро и полно оседает на дно чана. Брожение проводят в бродильной батарее, которая состоит из головного и хвостового чанов. В бродящем сусле волокна целлюлозы с сорбированными дрожжами находятся в непрерывном движении под влиянием выделяющегося углекислого газа. Отбродившая бражка поступает из головного чана в хвостовой, где заканчивается процесс брожения, и волокна с дрожжами оседают на дно. Осевшую дрожжеволокнистую массу насосом возвращают в головной чан, куда одновременно подают сусло, а зрелую бражку, содержащую 0,5-1% спирта, направляют в брагоректификационный аппарат и получают этиловый спирт, метиловый спирт и сивушное масло. Полученная после перегонки барда содержит пентозы и служит питательной средой для выращивания кормовых дрожжей, которые затем отделяют, высушивают и выпускают в виде сухих дрожжей. Барду после отделения дрожжей, содержащую лигносульфонаты, упаривают до содержания сухих веществ 50-80%. Полученный продукт называется сульфитно-бардяным концентратом и применяется в производстве пластических масс, строительных материалов, синтетических дубителей для получения кожи, в литейном производстве и дорожном строительстве.

Из сульфитно-бардяных концентратов можно получить ценное ароматическое вещество – ванилин.

Технологическая схема комплексной переработки сульфитных щелоков на этиловый спирт, кормовые дрожжи и сульфитно-бардяные концентраты показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Технологическая схема переработки сульфитных щелоков на спирт

При переработке сульфитных щелоков получают в пересчете на 1т еловой древесины:

• Спирта этилового, л ……………….. 30-50
• Спирта метилового, л …………………… 1
• Жидкой углекислоты, л ………….. 19-25
• Сухих кормовых дрожжей, кг …. 15
• Сульфитно-бардяных концентратов влажностью 20%, кг …. 475

В чем отличие спирта «Альфа» и «Люкс»?

Спирт «Альфа» представляет собой продукт из высококачественного сырья, прошедший эффективную очистку. Нужно отметить, что его изготавливают из зерновых культур. Как правило, это рожь и пшеница. Кроме того, спирт основан непосредственно на зерновом сырье и зерновых культурах, без добавления всевозможных химических добавок и химикатов.

Проводя сравнение спирта «Альфа» и «Люкс» также можно отметить, что водку из первого очень сложно встретить на прилавках наших магазинов, что нельзя сказать о втором. Хотя есть около 12 предприятий, которые используют в своей продукции только спирт «Альфа».

«Люкс» – это некая смесь, включающая в себя картофель и зерновые культуры. Интересным моментом является то, что его очень часто применяют при приготовлении бальзамов и лечебных настоек. Поскольку он почти универсален, его используют многие предприятия по изготовлению алкогольных напитков, водки в частности.

Спирт изготавливается из ржаных или пшеничных зерен, периодически из их смеси. При его производстве картофель не применяется. Ведь в этом продукте находится пектин, который и перерабатывается в последствии в метанол. В этом, пожалуй, и заключается главное отличие спиртов «Люкс» и «Альфа».

При этом для супер-премиум класса предполагается очистка как этиловой части, так и воды. Это важные этапы. Для него используется очистка драгоценными металлами или вода из уникальных источников.

Продолжаем выяснять, что лучше. Спирт «Люкс» и «Альфа», как уже говорилось выше, в первую очередь отличаются составом. Первый изготавливается из зерна пшеницы с добавлением картофеля. При этом процентное соотношение крахмала – максимум 35 %, но он точно присутствует. В этом случае фильтрация проходит в несколько этапов. Этот спирт используется для сегмента премиум и преподносится всегда в виде продукта, произведенного по уникальной рецептуре.

К этому утверждению производителей с недоверием относиться не стоит, поскольку за счет эффективной технологии очистки у водки из «Люкса» вкус на самом деле неповторим.

Данное спиртовое сырье изготавливается на основе зерна пшеницы с включением в сырьевую базу картофельного крахмала (его процентное соотношение не должно превышать 35%). Фильтрация данной спиртовой базы подвергается нескольким уровням. Этанол Люкс применяется для изготовления водки премиум-сегмента и практически всегда подается потребителям, как продукт, изготавливаемый по уникальной технологии.

Спирт Люкс, так же, как и Альфа, считается одними из наиболее качественных и лучших для изготовления волки. Продукция на базе данного сырья, относится к категории премиум.

Один из представителей водочной продукции на базе спирта Люкс

Что касается водки премиального уровня, стоит затронуть такую тему, как «брендинг». Поскольку водочная продукция премиум-сегмента выпускается под известными брендами. Например:

• «Хортица»;
• «Немирофф»;
• «Хлебный Дар»;
• «Асболют Стандарт».

Главной задачей данных производителей становится прославить собственный бренд. Именно поэтому эти крупные изготовители часто становятся спонсорами различных игр, соревнований, благотворительных марафонов, концертов.

Также и при выпуске своей водочной продукции большое внимание уделяется дизайнерским решениям, касаемых разработки внешнего вида тары

Нюансы вкуса

Если сравнивать водочные изделия, опираясь на их вкусовые восприятия, необходимо понимать и знать, что чем ниже по стоимости данный вид продукции, тем меньше включается в сырьевую базу натуральных ингредиентов. Водка из этанола Люкс (так же как и Альфа) изготавливается из сброженного солода с использованием оригинальной воды и применением в фильтрации драгоценных металлов.

На выходе получается алкоголь с приятным и мягким вкусом, который практически не вызывает похмелья. А вот в случае спирта Экстра, который также часто используется при изготовлении водки, дела обстоят иначе. При производстве этого вида спирта солод часто заменяется ферментами, причем далеко не всегда органического вида.

Спирт Люкс, так же, как и Альфа, считается одними из наиболее качественных и лучших для изготовления водки. Продукция на базе данного сырья, относится к категории премиум.

Производство спирта синтетическим методом

Сырьем для производства синтетического этилового спирта служат газы нефтеперерабатывающих заводов, которые содержат этилен. Кроме того, можно использовать и другие этиленсодержащие газы: коксовый газ, получаемый при коксовании угля, и попутные нефтяные газы.

В настоящее время синтетический этиловый спирт получают двумя способами: сернокислотной гидратацией и прямой гидратацией этилена.

Сернокислая гидратация этилена

Производство этилового спирта этим способом состоит из следующих процессов: взаимодействия этилена с серной кислотой, при котором образуются этилсерная кислота и диэтилсульфат; гидролиз полученных продуктов с образованием спирта; отделение спирта от серной кислоты и очистка его.

Сырьем для сернокислой гидратации служат газы, содержащие 47-50% вес. этилена, а также газы с меньшим содержанием этилена. Процесс осуществляется по схеме, приведенной ниже.

Рисунок 3 – Технологическая схем а получения синтетического спирта способом сернокислотной гидратации

Этилен взаимодействует с серной кислотой в реакционной колонне, представляющей собой вертикальный цилиндр. Внутри колонны находятся колпачковые тарелки с переливными стаканами. В нижнюю часть колонны компрессором подают этиленосодержащий газ, сверху в колонну подводят для орошения 97-98%-ная серная кислота. Газ, поднимаясь вверх, на каждой тарелке барботирует через слой жидкости. Этилен с серной кислотой взаимодействует по реакциям:

Из реакционной колонны непрерывно вытекает смесь этилсерной кислоты, диэтилсульфата и непрореагировавшей серной кислоты. Эту смесь охлаждают в холодильнике до 50°С и направляют на гидролиз, при котором протекают такие реакции:

Моноэтилсульфат, полученный в результате второй реакции, подвергают дальнейшему разложению с образованием еще одной молекулы спирта.

Прямая гидратация этилена

Технологическая схема производства этилового спирта способом прямой гидратации этилена представлена ниже.

Рисунок 4 – Технологическая схема прямой гидратации этилена при производстве этилового спирта

Сырьем для способа прямой гидратации служит газ с высоким содержанием этилена (94-96%). Этилен сжимают компрессором до 8-9 КПа. Сжатый этилен смешивают с водяным паром в определённых соотношениях. Взаимодействие этилена с водяным паром производят в контактном аппарате – гидрататоре, представляющим собой вертикальную стальную полую цилиндрическую колонну, в которой находится катализатор (фосфорная кислота, нанесенная на алюмосиликат).

Смесь этилена и водяного пара при 280-300°С под давлением около 8,0 КПа подают в гидрататор, в котором поддерживают такие же параметры. При взаимодействии этилена с водяным паром, кроме основной реакции образования этилового спирта, протекают побочные реакции, в результате которых получаются диэтиловый эфир, уксусный альдегид и продукты полимеризации этилена. Продукты синтеза уносят из гидрататора небольшое количество фосфорной кислоты, которая может в дальнейшем оказывать коррозийное действие на аппаратуру и трубопроводы. Чтобы избежать этого, кислоту, содержащуюся в продуктах синтеза, нейтрализуют щелочью. Продукты синтеза после нейтрализации пропускают через солеотделитель, а затем охлаждают в теплообменнике и производят конденсацию водно-спиртовых паров. Получают смесь водно-спиртовой жидкости и непрореагировавшего этилена. Непрореагировавший этилен отделяют от жидкости в сепараторе. Он представляет собой вертикальный цилиндр, в котором установлены перегородки, резко изменяющие скорость и направление газового потока. Этилен из сепаратора отводят во всасывающую линию циркуляционного компрессора и направляют на смешение со свежим этиленом. Водно-спиртовой раствор, вытекающий из сепаратора, содержит 18,5-19% об. спирта. Его концентрируют в отпарной колонне и в виде паров направляют для очистки в ректификационную колонну. Спирт получают крепостью 90,5% об. На заводах синтетического спирта применяется способ прямой гидратации этилена.

Производство синтетического спирта, независимо от способа его получения, значительно более эффективно, чем производство спирта из пищевого сырья. Для получения 1 т этилового спирта из картофеля или зерна необходимо затратить 160-200 чел -дней , из газов нефтепереработки только 10 чел -дней . Себестоимость синтетического спирта примерно в четыре раза меньше себестоимости спирта из пищевого сырья.

Немного истории

О получении дистиллята пошли сведения от Аристотеля, который описал процесс в первом тысячелетии до н.э. (жил он в 300-х годах до н.э.). В дальнейшем алхимики именно дистилляцией пытались выделить «душу вина».

А продукт, полученный методом дистилляции, получил название «spiritus vini», что в переводе с латыни и означало душу вина. Название «spiritus» у нас постепенно трансформировалось в спирт.

Дистилляцию начали широко применять в различных странах, начиная с 1300-х годов. Занимались этим в европейских монастырях и называли свой продукт «aquavitae», то есть – живой водой.

В Россию технологию дистилляции привезли голландские купцы в 1386 году, однако напитки на основе дистилляции (которые в те времена водкой еще не назывались) появились во времена Ивана Грозного (16-й век).

Постепенно спирт разделился на пищевой и технический, который добывали из древесины.

К 1913-му году в Российской империи насчитывалось почти 2,5 тысячи заводов, производящих алкоголь. После революции их количество резко упало, но уже к концу 20-х годов значительно возросло. Во времена Второй мировой – снова спад, и подъем – в 60-х прошлого века.