RU2323763C1

RU2323763C1 - Method for etahnol rectification

Info

Publication number: RU2323763C1
Application number: RU2006124671/13A
Authority: RU
Inventors: Валерий Агубеевич Чекоев (RU); Валерий Агубеевич Чекоев; Татаркан Туганович Гаппоев (RU); Татаркан Туганович Гаппоев; Сарра Абрамовна Бекузарова (RU); Сарра Абрамовна Бекузарова
Original assignee: Горский государственный аграрный университет (ГГАУ)
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2008-05-10
Also published as: RU2006124671A

Abstract

FIELD: chemistry; process procedures.

SUBSTANCE: during mashing, aqueous solution of hydrogen peroxide in specified concentration is added to mash. Hydrogen peroxide in amount of 0.07-0.1% (vol.) from the volume mashed is added to mash during mashing at the lower temperature limit of conversion, while catalase in volumetric ratio 1:3 in relation to hydrogen peroxide is added to mash, when temperature of the latter reaches 45°C.

EFFECT: increase in ethanol yield.

Description

Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к разработке способов предварительной очистки этилового спирта и послеспиртовой барды.The invention relates to the alcohol industry, in particular to the development of methods for the preliminary purification of ethyl alcohol and post-alcohol stillage.

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.).A known method for the purification of ethyl alcohol, in which they are purified from acids and various harmful compounds in an alcohol column using sodium hydroxide dissolved in water to a concentration of 5-10% ("Processing of sulfite alcohol and sulfite liquors. Edited by B. Bogomolov. and Saponitsky S.A., M .: 1989).

Однако в известном способе остаются серосодержащие и непредельные соединения, что снижает эффективность очистки.However, sulfur-containing and unsaturated compounds remain in the known method, which reduces the cleaning efficiency.

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).There is also a method of purification of ethyl alcohol from sulfur-containing impurities, in which hydrogen peroxide is fed into the epilation column onto a food plate in the form of a 1.5-3% solution (G. L. Visnovskaya and others. "Purification of ethyl alcohol from sulfur-containing impurities in the process of rectification" The journal "Fermentative and alcohol industry", 1975, p.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.The disadvantages of this method are that the purification of ethyl alcohol is carried out after adding to the wort (before fermentation) to acidify and disinfect bacterial intexicides of concentrated sulfuric acid in an amount of 0.1-0.16% vol. from the total volume of the wort, as a result of which cleaning is carried out poorly, the post-alcohol distillery distillery has high acidity, biochemical processes proceed in the direction of reducing the quantity and quality of ethyl alcohol obtained.

Цель изобретения - повышение эффективности способа получения этилового спирта, увеличение его количества и качества, а также получение послеспиртовой барды нормальной кислотности.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the method for producing ethyl alcohol, to increase its quantity and quality, as well as to obtain the post-alcohol stillage of normal acidity.

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.This goal is achieved in that, in contrast to the prototype method, hydrogen peroxide in the form of an aqueous solution of a certain concentration is used as an energetic oxidizing agent. Hydrogen peroxide in an amount of 0.07-0.1% vol. of the mash volume is added to the mash at the stage of mashing the malt at the lower saccharification temperature boundary, and the catalase enzyme splitting it is added to the mash when the mash temperature reaches 45 ° C in a volume ratio of 1: 3 to hydrogen peroxide.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

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.According to the concentration, hydrogen peroxide should be added to the mash at the lower temperature boundary of the saccharification of the wort in the form of an aqueous solution within the expected dose range of 0.07-0.1% vol. from rubbed volume.

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.At the same time, hydrogen peroxide destroys bacterial microorganisms that suppress the catalytic activity of fermentation enzymes, and at the same time, through its redox properties, clears the mash wort from other harmful impurities, and also reduces the carbonate hardness of water, which negatively affects the degree of wort saccharification.

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.Hydrogen peroxide is added to the wort not at the first time of mashing, but somewhat later, at the moment of setting the lower temperature of the saccharification border (37-40 ° С) in the mash so that by the end of the wort saccharification, the malt buffer substances are transferred to the wort solution, t .to. in this case, due to an increase in the buffer capacity, the mash pH is little changed.

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.Hydrogen peroxide is supplied to the mash in an amount of 0.07-0.1% vol. from the rubbed volume, whereas in existing methods, before starting fermentation, concentrated sulfuric acid in an amount of 0.1-0.16% vol. is introduced into the wort to acidify it of the total volume of the wort.

Для сравнения приведем анализ расхода серной кислоты перед процессом брожения на подкисление сусла и расхода перекиси водорода на подкисление затора.For comparison, we give an analysis of the consumption of sulfuric acid before the fermentation process for acidification of wort and the consumption of hydrogen peroxide for acidification of mash.

1. Серная кислота H₂SO₄; удельный вес 1,841 кг/л; количество молей в 1 л 1841/98=18,786 молей.1. Sulfuric acid H ₂ SO ₄ ; specific gravity of 1.841 kg / l; the number of moles in 1 liter of 1841/98 = 18.786 moles.

2. Перекись водорода H₂O₂; удельный вес 1,448 кг/л; количество молей в 1 л 1448/34=42,588 молей.2. Hydrogen peroxide H ₂ O ₂ ; specific gravity 1,448 kg / l; the number of moles in 1 liter of 1448/34 = 42.588 moles.

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.Since 0.16 vol. H ₂ SO ₂ per 100 cubic wort volume is 160 liters, the total number of moles for acidification of the wort will be 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.Due to the fact that H ₂ O ₂ in its catalytic and redox properties in biochemistry exceeds H ₂ SO ₄ , then 160 l (3005.76 moles) of H ₂ SO _{4 are} equivalent to 3005.76 / 42.588 = 70.6 l H ₂ O ₂ .

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.Therefore, adding 70.6 L of H ₂ O ₂ for acidification is equivalent to adding 160 L of H ₂ SO ₄ for the same purpose. At the same time, sulfuric acid (H ₂ SO ₄ ) is a self-reducing (wasteless) oxidizing catalyst and, as a result of ethyl alcohol production, remains in the stillage, making it unsuitable for use on animal feed due to the high acidity of the stillage, while hydrogen peroxide H ₂ O ₂ non-reducing (expendable) catalyst - (oxidizing agent), because that upon oxidation, that upon recovery, water is formed and barda becomes suitable for feeding agricultural animals, as well as suitable for use as fertilizer for agricultural plants.

При этом перекись водорода способствует повышению буферной емкости сусла в заторе и значительному снижению карбонатной жесткости воды по уравнениям:In this case, hydrogen peroxide helps to increase the buffer capacity of the wort in the mash and a significant decrease in the carbonate hardness of water according to the equations:

СаСО₃+Н₂O₂+2Н₂О=Са(ОН)₂+СН₂О+H₂O+O₂; MgCO₃+H₂О₂+2Н₂O=Mg(OH)₂+СН₂О+H₂O+О₂.CaCO ₃ + H ₂ O ₂ + 2H ₂ O = Ca (OH) ₂ + CH ₂ O + H ₂ O + O ₂ ; MgCO ₃ + H ₂ O ₂ + 2H ₂ O = Mg (OH) ₂ + CH ₂ O + H ₂ O + O ₂ .

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).In these reactions, hydrogen peroxide in the presence of its catalase cleavage catalyst gives off its hydrogen to the formation of the carbohydrate CH ₂ O, while releasing oxygen, which is necessary for oxidation reactions (acidification of the wort mash).

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.It is especially important to pay attention to the fact that as a result of the passage of these chemical reactions, the compound CH ₂ O is formed - the basis for the formation of carbohydrates (sugars), since six of these compounds 6 × (CH ₂ O) make up glucose C ₆ H ₁₂ O ₆ . At the same time, catalase in combination with other enzymes contributes to this. Thus, hydrogen peroxide in the above reactions contributes to an increase in the degree of saccharification of the wort during mashing.

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:For comparison, we give an example from wildlife. It is known that the porphyrin complex chlorophyll of green leaves of plants is the optimal accumulator of solar energy in the form of carbohydrates (sugars) according to the following reaction mechanism:

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 6O₂.2Н ₂ О + ХЛ + hv = Н ₂ О ₂ + Н ₂ + ХЛ; where hv is the quantum of solar energy; CL - chlorophyll, then H ₂ O ₂ + CO ₂ + H ₂ = CH ₂ O + H ₂ O + O ₂ ↑. Thus, six quanta of solar energy (6 hv) contribute to the formation of 6 × (CH ₂ O) = C ₆ H ₁₂ O ₆ - one glucose molecule. Since chlorophyll (CL) has amphoteric properties (i.e., both oxidizing and reducing properties) and hydrogen peroxide has the same properties, when solar quanta discretely strike chlorophyll, the upper energy level of chlorophyll is discretely excited due to absorption of the solar quantum (hv) and from this level an electron is given to one two-dimensional water molecule 2Н ₂ О, oxidizing it to hydrogen peroxide and a hydrogen molecule, and chlorophyll is restored to its previous energy state. In turn, hydrogen peroxide combines with atmospheric carbon dioxide to form CH ₂ O, an oxygen molecule of O _2, and self-regenerates to a water molecule of H ₂ O. This whole mechanism constantly proceeds discretely with the formation of 6H ₂ O; C ₆ H ₁₂ O ₆ and 6O ₂ .

Claims

The method of purification of ethyl alcohol, including the use of an aqueous solution of hydrogen peroxide to accelerate the oxidation of wort, characterized in that hydrogen peroxide in the amount of 0.07-0.1% of the mashing of the rubbed volume is added to the mash at the stage of mashing the malt, at the lower temperature of saccharification in the range of 37-40 ° C, and catalase is added to the mash when the mash temperature reaches 45 ° C in a volume ratio of 1: 3 to hydrogen peroxide.