Các phương pháp và thiết bị chưng cất rượu

Sơ lược về điều chế rượu và chưng cất

Điều chế rượu

Rượu là nguyên liệu chính cho quá trình chưng cất rượu, rượu có thể được làm từ nhiều loại nông sản theo trình tự ba bước cơ bản:

Quá trình lên men ngũ cốc (nấu trong nước và xử lý bằng enzym để phân hủy tinh bột và chuyển hóa thành đường) sẽ tạo ra nồng độ cồn khoảng 5-10%. Nồng độ thành phẩm hay “rượu” phụ thuộc vào lượng nước sử dụng, hạt và chất lượng của quá trình lên men. Loại rượu này có hàm lượng cồn thấp đến mức không thể sử dụng làm nhiên liệu và phải được cô đặc thêm để thu được hỗn hợp bắt lửa và cháy. Vì lý do này, cột chưng cất được sử dụng để tạo ra nồng độ cồn cao hơn.

Quá trình chưng cất

Chưng cất hiểu một cách đơn giản là loại bỏ một chất dễ bay hơi (nước) khỏi các chất không bay hơi (vôi, tạp chất, v.v.).

Chưng cất “phân đoạn” được sử dụng để tách hỗn hợp của hai chất lỏng có điểm sôi khác nhau, chẳng hạn như rượu và nước. Rượu etylic với 4% nước sôi ở khoảng 173° F, trong khi nước sôi ở 212° F. Hỗn hợp của hai chất lỏng sẽ sôi ở mọi nhiệt độ từ 173° đến 212°, tùy thuộc vào tỷ lệ của rượu với nước.

Sau một thời gian, lượng hơi nước và lượng hơi rượu chứa trong hỗn hợp khí ở trên chất lỏng trong bình chứa sẽ đạt đến một giá trị không đổi, phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Hỗn hợp chất lỏng và hơi đạt đến trạng thái “cân bằng”, một điều kiện theo đó không có sự thay đổi ròng về tỷ lệ chất lỏng/hơi hoặc tỷ lệ cồn/nước trong hỗn hợp chất lỏng hoặc hơi. Tuy nhiên, tỷ lệ rượu với nước trong pha hơi thường lớn hơn tỷ lệ trong pha lỏng, vì rượu thường dễ bay hơi hơn nước. Chính đặc điểm này của trạng thái lỏng so với hơi của một chất cho phép chúng ta chưng cất nồng độ rượu tăng dần từ hỗn hợp rượu/nước.

Bằng cách thực hiện một loạt có kiểm soát các trình tự liên tiếp tái bay hơi, ngưng tụ, tái bay hơi và tái ngưng tụ), mỗi lần tái ngưng tụ từ trạng thái hơi trước đó đạt được nồng độ cồn cao hơn. Điều này là do rượu trong hơi có nồng độ cao hơn nồng độ trong hỗn hợp chất lỏng mà nó được hóa hơi.

Thiết bị chưng cất rượu

Có hai loại quy trình chưng cất chung có thể áp dụng cho sản xuất cồn nhiên liệu quy mô trang trại với công nghệ hiện tại. Một là hệ thống cột chưng cất cấp liệu liên tục , trong đó bia chứa hàm lượng cồn không đổi được bơm liên tục vào cột. Loại còn lại là hệ thống chưng cất kiểu nồi , trong đó một mẻ bia không được loại bỏ chất rắn nặng (hạt đã qua sử dụng) mà chỉ được đun sôi tại chỗ để làm bay hơi cồn. Hơi rượu-nước sau đó buộc phải chảy qua cột chưng cất để cô đặc.

Hai quá trình này được thảo luận chi tiết trong các trang sau. Có những hệ thống chưng cất phân đoạn khác có thể sử dụng hoặc không sử dụng cột như chúng ta thường nghĩ về những thiết bị như vậy. Chúng bao gồm các kỹ thuật ly tâm, cần gạt xoay cơ học trong ống, v.v

Tháp chưng cất liên tục

Tháp bao gồm một ống dài, bao gồm phần tước (phần dưới) và phần chỉnh lưu (phần trên). Có một bộ ngưng tụ nằm ở đầu trên cùng của cột và một bộ đun sôi.

Quá trình này bao gồm một dòng bia lỏng được kiểm soát (tốt nhất là được làm nóng trước và đã loại bỏ tất cả các chất rắn), được đưa vào phần trên cùng của phần tước của cột. Hỗn hợp rượu-nước lỏng (bia) chảy xuống qua cột, dòng chảy của nó bị cản trở hoặc chậm lại bởi một loạt các đĩa hoặc quá trình đóng gói liên tục. Nó truyền hơi (hỗn hợp hơi nước và hơi rượu, nhưng không có không khí) di chuyển lên trên. Nguồn của hơi nước là hơi nước được bơm vào từ nồi hơi hoặc hơi được tạo ra trong nồi hơi lại. Các tấm hoặc bao bì đóng vai trò tạo ra sự trộn lẫn tốt giữa hơi và chất lỏng, cho phép rượu bay hơi và nước ngưng tụ.

Hai quá trình này phải xảy ra đồng thời, bởi vì quá trình thứ nhất (sự hóa hơi) cần nhiệt và quá trình thứ hai (sự ngưng tụ) tạo ra nhiệt. Trong một cột được thiết kế và cách nhiệt tốt, tất cả nhiệt lượng do quá trình ngưng tụ cung cấp sẽ chuyển thành hơi rượu bay hơi.

Lượng rượu bay hơi bằng với lượng nước ngưng tụ. Như vậy hơi (đi lên cột) nồng độ cồn không ngừng tăng lên, ngược lại chất lỏng (chảy xuống) liên tục mất cồn Điều này có nghĩa là đỉnh cột sẽ có nồng độ cồn cao ở cả thể lỏng và hơi, còn đáy thấp ở hàm lượng cồn.

Chưng cất loại nồi

Trong quy trình chưng cất nồi, toàn bộ mẻ rượu được đun nóng đến sôi trong một thùng chứa lớn, và hơi rượu-nước được thu thập và dẫn vào cột chưng cất. Quy trình như vậy sẽ luôn là quy trình hàng loạt và chỉ liên quan đến việc sử dụng cột chỉnh lưu, vì quá trình Tách được thực hiện khi hơi cồn được đun sôi ra khỏi thùng. Một quá trình chưng cất nồi được minh họa như hình dưới đây.

Chưng cất chân không

Tiến hành chưng cất bằng chân không (áp suất thấp) cho phép sử dụng nhiệt độ thấp hơn và đạt được nồng độ cồn cao hơn. Ví dụ, ở áp suất 42 mm Hg (khoảng 6 phần trăm áp suất khí quyển (Áp suất khí quyển bình thường là 760 mm Hg (milimet cột thủy ngân), tương đương với 30 inch Hg hoặc 14,7 psi)

Các loại bơm chân không Edwards

Chưng cất đẳng phí

Đây là thuật ngữ được sử dụng cho quy trình sản xuất rượu 100 phần trăm với sự trợ giúp của dung môi hữu cơ và hai lần chưng cất bổ sung. Nó được các nhà máy lớn sử dụng để sản xuất cồn tuyệt đối công nghiệp. Điều quan trọng của phương pháp này là không thêm dung môi vào hệ thống khi nó đang hoạt động, bởi vì nó được tái chế và không bao giờ thoát ra ngoài. Quá trình này rõ ràng phức tạp hơn hệ thống chưng cất thông thường và cần có chuyên gia thiết kế.

Xem thêm: Chưng cất rượu bằng phương pháp chân không