Самогон или водка?

                    Самогон или водка?
 Я всегда разделял эти понятия. Для моих же друзей и знакомых - самогоном были все крепкие напитки, приготовленные в домашних условиях. Но для меня, имея высшее химическое образование и стаж работы в химической промышленности более 7 лет, не представляло интереса выгонять обычный самогон и делать на его основе напитки по разным рецептурам. Имея значительный опыт и мощную теоретическую и практическую базу, и, в конце концов, соответствующую квалификацию, моё стремление всегда было организовать в домашних условиях производство водки по классической промышленной технологии, мощностью способной удовлетворить личные потребности. Мне удалось это реализовать! При этом, все мои друзья и знакомые отмечая отменный вкус и качество моих напитков по сравнению с другими водками как заводского, так и домашнего производства, которые им случалось дегустировать, по прежнему именуют мои напитки, приготовленные по классической водочной технологии – самогоном, и это меня несколько удручает. Ведь с того момента как мной была поставлена ректификация спирта в домашнем производстве такое слово как «самогон» в моем понятии едино к слову – «спирт-сырец»!
  Не исключено, что такие искаженные понятия крепко поселились в сознании большинства людей, и эта статья написана с целью как, разобрать разницу между этими вещами, так и обмена опытом со своими коллегами по цеху.

  Итак, водка – это самый благородный из спиртных напитков в смысле своей чистоты. В этом же смысле даже самые «благородные» вина являются самым низшим по качеству напитками в виду наибольшего сходства с обычной брагой, так как и те и другие содержат в своем составе весь спектр органических примесей сопутствующих процессу брожения (пропанол, изобутанол, амиловый спирт – составляющие основу сивушного масла, метанол, альдегиды, летучие кислоты, сложные эфиры, фурфурол, терпены и прочие соединения определяющие специфический вкус и запах спирта и влияющие на его качество, многие из которых в чистом виде являются сильными ядами).*
  На ступеньку выше в этом смысле подняты такие напитки, как виски, ром, чача и бренди – выгнанный спирт которых является аналогом обычного самогона в силу своего большого сходства по процессу дистилляции. Конечно при выдержке в дубовых бочках, спирт экстрагирует из древесины те самые вещества, которые облагораживают напиток. Кроме того древесина бочки в процессе хранения в ней спирта абсорбирует на себя некоторые не желательные примеси содержащиеся в спирте. Однако когда мы говорим, например, о чистоте воды, которую мы пьем, мы подразумеваем чистую воду, а не воду с примесью железа, хлора, солей жесткости, и прочего. Так существуют в смысле своей чистоты напитки, стоящие на ступеньку выше самогона.

  Водка – производится из спирта-ректификата разбавленного чистой водой, проходит дополнительно в зависимости от технологии несколько ступеней очистки. Для придания водки определенных вкусовых качеств в неё вводят ароматизированные спирты и водицы настоянные на натуральном пищевом сырье.
  В отличие от дистилляции самогона, ректификация – это разделение жидких смесей, основанное на диффузном обмене вещества между неравновесными фазами (жидкостью и паром) и сопровождаемое межфазным теплообменом. Процесс ректификации управляется законами диффузии и равновесного распределения, имея в своей основе стремление системы к равновесию.

  *Здесь идет сравнение водки, самогона и вин исключительно с химической точки зрения чистоты действующего вещества, а именно этанола. Никакое другое сравнение в категориях здесь не подразумевалось.
(Примечание автора.)

   Ректификация осуществляется в ректификационных аппаратах (Рис. 1, 2).

Рис. 1 Общий вид лабораторной ректификационной установки

Рис.2 Лабораторная ректификационная установка. Вид сверху

  Ректификационный аппарат состоит из куба-испарителя (Рис. 3), колонны с внутренними распределительными устройствами (Рис. 4), дефлегматора (Рис.5) и холодильника дистиллята (Рис. 6, 7).

Рис. 3 Куб-испаритель

Рис. 4 Ректификационная колонна

Рис. 5 Дефлегматор колонны

Рис. 6 Холодильник дистиллята

Рис. 7 Узел отбора и приёма дистиллята

   Образовавшиеся в кубе-испарителе пары проходят через колонну снизу вверх, контактируя со стекающей жидкостью. Пар из колонны поступает в дефлегматор, откуда часть образовавшегося конденсата, называемого флегмой или орошением, возвращается в верхнюю часть колонны, а часть конденсата представляет собой конечный продукт – дистиллят (спирт-ректификат). Флегма стекает вниз, контактируя с паром, и попадает в куб-испаритель, где вновь испаряется. Внутреннее распределительное устройство, предназначенное для контакта жидкости и пара, представляет собой тарелки различных конструкций или насадки.

  Для удобства анализа и практической оценки работы ректификационных аппаратов вводят понятие об идеальной или теоретической ректификационной тарелке (или ступени равновесия), то есть о такой тарелке, на которой взаимодействующие фазы достигают равновесия.

  Для получения на выходе из ректификационной колонны пара, содержащего практически чистый низкокипящий компонент разделяемой смеси, необходим контакт пара вместе с жидкостью примерно того же состава. Такой жидкостью является флегма, возвращающаяся на верхнюю тарелку колонны из конденсатора (дефлегматора). Пар барботируется через флегму на тарелке, при этом достигается, во-первых, испарение флегмы, так как пар имеет более высокую температуру, чем флегма, и прежде всего удаление из флегмы летучего компонента; во-вторых, пар частично конденсируется на тарелке под влиянием более холодной флегмы и притом за счет своего нелетучего компонента. В результате получается, что пар, прошедший через первую (считая сверху) тарелку, обогащается летучим компонентом; напротив, флегма, стекающая на вторую (сверху) тарелку, обогатилась нелетучим компонентом. Эта же флегма, получив тепло от пара, во всяком случае, несколько холоднее пара, притекающего снизу со второй тарелки; таким образом, и на второй тарелке происходит обогащение пара летучим, а флегмы – нелетучим компонентом, и так далее вниз колонны.

  Число теоретических тарелок характеризует трудность разделения смеси и зависит от конфигурации линии равновесия, диапазона концентраций и от флегмового числа. С увеличением флегмового числа, число потребных физических тарелок уменьшается.

  Различают периодическую и непрерывную ректификацию. При периодической ректификации, которой являются все без исключения процессы, поставленные в лабораторных и домашних условиях в силу своей небольшой единичной мощности, вся разделяемая жидкость загружается в куб колонны одновременно. По мере отбора дистиллята кубовая жидкость обедняется низкокипящим компонентом – спиртом. В связи с этим для получения дистиллята постоянного состава необходимо непрерывно увеличивать флегмовое число, вследствие чего притом же числе ступеней равновесия, несмотря на непрерывное обеднение кубовой жидкости, дистиллят сохраняет постоянный состав. При периодической ректификации возможна работа и при постоянном флегмовом числе, но тогда в получаемом дистилляте будет непрерывно падать концентрация низкокипящих компонентов; в результате процесса при постоянном флегмовом числе получается дистиллят средней концентрации, так как процесс больше уподоблен дистилляции с дефлегматором, нежели ректификации.

  Учитывая, что наиболее эффективно разделяющая способность колонн близка к режиму захлебывания, то на практике во избежание забивки распределительных устройств колонны нерастворимыми осадками непосредственно ректификацию бражной смеси я не провожу.

   На первом этапе я провожу дробную (фракционную) дистилляцию бражной смеси с отгонкой спирта-сырца.* Процесс проводится на аналогичном аппарате, который используют большинство кустарных производителей при выгонке самогона из бражной смеси (Рис.8, 9).

* Под спиртом-сырцом здесь подразумевается обычный неочищенный самогон.
(Примечание автора)

Рис.8 Брагоперегонная установка

(Тёмный цвет браги обусловлен мелассовым сырьем.
Прим. автора)

Рис. 9 Поворотный узел фракционирования спирта-сырца

   Вторым этапом является химическая очистка спирта-сырца (омыление сложных эфиров и нейтрализация органических кислот) путем введения на 1 литр спирта-сырца 5 мл 50%-ного водного раствора едкого натра с последующим фильтрованием спирта-сырца через мембрану тонкой очистки под вакуумом не ниже 70 мм рт.ст. В качестве мембраны я использую плотную фильтровальную бумагу на стеклянном или керамический шоте (нуч-фильтре). Разряжение в приемной емкости (колбе Бунзена) создается с помощью водоструйного насоса работающего по принципу эжектора (Рис. 10). Степень разряжения под шотом измеряется вакуометром. При мембранной микрофильтрации спирта-сырца под вакуумом от взвешенных частиц и коллоидов, параллельно отдувается часть легкокипящих примесей, спирт подвергается так называемой пастеризации.

Рис. 10 Мембранная очистка водно-спиртовой смеси на нуч-фильтре

   Третьим этапом является непосредственно ректификация спирта-сырца содержащим щелочь (2,5 г/л). При этом, с уменьшением содержания летучего компонента (спирта) в кубе-испарителе и повышении температуры кипения спирта-сырца, с одной стороны идут все более интенсивно реакции омыления сложных эфиров, с другой стороны в обедненной кубовой жидкости к концу процесса ректификации постепенно увеличивается концентрация щелочи и начинает реализовываться экстрактивная ректификация, которая не дает падать концентрации спирта-ректификата в дистилляте к началу завершения процесса ректификации. Экстрактивная ректификация основана на том, что добавляемый компонент (экстрагент), в данном случае щелочь уменьшает летучесть связываемой воды. В процессе работы содержимое куба-испарителя, а вместе с тем и пары из него беднеют спиртом; все же, проходя через тарелку к тарелке, пары, подымаясь все более и более обогащаются спиртом и с верхней тарелки уходят крепостью 97,2%об; большую крепость получить не удается, так как в этом составе спирт образует с водой азеотропную смесь. Флегма же, имея на верхней тарелке почти те же 97,2%об., стекая с тарелки на тарелку обогащает подымающиеся пары, отдавая им почти весь свой спирт и отбирая у них всю воду; с нижней тарелки она стекает обратно в куб-испаритель, имея меньшую крепость в смысле содержания спирта, чем подымающиеся с тарелки пары, вследствие чего и куб-испаритель все более и более беднеет спиртом.
   
  В качестве аппаратурного оформления наиболее ответственного процесса – ректификации, я отдал предпочтение инертным материалам, поэтому все составные части ректификационного аппарата выполнены из лабораторного термостойкого стекла с притертыми шлифовыми разъёмами. Отдельные элементы ректификационного аппарата взаимозаменяемы и доступны в любых организациях занятых поставками лабораторного оборудования. Недостаток в том, что химическая посуда стоит не дешево. Несомненный плюс в том, что шлифовые разъемы быстро разбираемы и в тоже время обеспечивают исключительную герметичность аппарата и как следствие полное отсутствие на всех этапах спиртового запаха на кухне. К тому же очень увлекательно наблюдать через стекло за тем как поднимается по колонне пар, как стекает флегма, как спиртовые пары конденсируются.  
  Подключение ректификационной установки к водопроводной воде показано на Рис. 11 и 12.

Рис. 11 Узел подключения установки

Рис. 12 Узел регулирования расхода теплоносителя

  Процесс ректификации в моей лабораторной ректификационной установки ведется при постоянном увеличении флегмового числа, что дает получить конечный продукт одинакового состава (крепости) как в начале процесса, так и по его завершению. Подбор оптимального флегмового числа в течении всего процесса ректификации осуществляется автоматически. Исполнительным механизмом такой автоматики является электро-реле параллельно соединенное с электроконтактными термометрами, размещенными в верхней и нижней частях ректификационной колонны (Рис. 13, 14).

Рис. 13 Исполнительный блокировочный механизм нижнего уровня АСУ ТП ректификации