СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ВОДКИ ОТ ПРИМЕСЕЙ

Предварительная очистка водки с помощью активированного угля

Угольная обработка водки - особый процесс в производстве водки. Действительно, в результате фильтрации через уголь- из двух смешанных компонентов, спирта и воды, получается фактически готовая к употреблению водка.

Активные угли представляют собою пористые сорбенты с сильно развитой удельной поверхностью. В настоящее время их получают из древесного угля-сырца, специальных сортов каменного угля, полукокса и торфа. Исходный уголь подвергают термической обработке при температуре до 800° С в промышленных печах, термической обработке в токе водяного пара, а при использовании торфа -- химической активации.

В водочном производстве применяют березовый активный уголь марки БАУ, получаемый по второму способу. Уголь-сырец содержит в своих порах значительное количество смол и других тяжелых продуктов пиролиза. В процессе активации они выгорают, вследствие чего внутренняя поверхность угля увеличивается во много раз.

Каркас древесных углей состоит из очень мелких кристаллитов с графитовой решеткой, сложенных в тонкие пленки. По данным В. С. Веселовского, кристаллиты содержат не больше 200 атомов углерода и в угле, полученном при температуре обжига до 1000° С, их величину не удается определить. При температуре 1000° С кристаллиты имеют размер 10^-7 см. Пограничные атомы кристаллитов имеют свободные валентности, способные насыщаться, например, кислородом.

По М. М. Дубинину (1982), в активных углях различают три разновидности пор -- макропоры, переходные поры и микропоры, которые отличаются механизмом сорбции паров и газов. Макропоры -- это наиболее крупные поры. У них очень большой верхний предел радиуса кривизны (около 2000 нм), нижний предел -- около 100 нм. Заполнения их вследствие капиллярной конденсации паров не происходит. Удельный объем макропор находится в интервале 0,2--0,8 см³/г, удельная поверхность 0,5--2 м²/г. Следовательно, адсорбция на поверхности макропор не представляет практического интереса. Их поверхность равноценна поверхности непористых углеродных сорбентов с близкой химической природой, а сами поры выполняют роль каналов для проникновения веществ в глубь сорбента.

Переходные поры (мезопоры) значительно меньше макропор, радиус их кривизны от 1,5 до 100 нм, т. е. он значительно больше, чем размеры адсорбируемых молекул. Удельный объем переходных пор сравнительно невелик -- от 0,02 до 0,10 см³/г, удельная поверхность от 20 до 70 м²/г. Заполнение объема этих пор уже возможно капиллярной конденсацией паров. При давлениях (концентрациях) ниже соответствующих капиллярной конденсации на поверхности переходных пор может происходить адсорбция паров.

Микропоры -- самые мелкие поры активных углей, имеющие радиус меньше 1,5 нм, соизмеримый с размером адсорбируемых молекул. В отличие от первых двух видов нор, в микропорах весь объем пор представляет пространство, в котором проявляется адсорбционное поле, поэтому представление о послойном заполнении и о поверхности микропор теряет физический смысл. Удельный объем микропор активных углей 0,20--0,60 см³/г. Таким образом, микропорам принадлежит определяющая роль в процессах адсорбции.

Адсорбция из растворов изучена еще недостаточно, но так как многие свойства газов и жидкостей близки, то можно предполагать, что угли, предназначенные для адсорбции из растворов веществ с небольшими молекулами (молекулярная масса до 150), к которым относятся этиловый спирт и его примеси, по микропористой структуре не должны существенно отличаться от углей для адсорбции паров и газов. Уголь марки БАУ относится к активным углям газового типа. При массе 1 л угля 260 г (с уплотнением) удельный объем пор составляет (см³/г): суммарный 1,50; макропор 1,19; переходных пор 0,08; микропор 0,23. Удельная поверхность переходных пор 57 м²/г. Микропоры имеют узкое распределение и наиболее вероятные их радиусы находятся в интервале 0,5--0,7 нм, т. е. микропоры мелкие, что подтверждается и величиной константы в уравнении теории объемного заполнения пор, характеризующей размеры микропор. Активный уголь марки БАУ среди углей газового типа имеет наименьшую массу 1 л (у других углей 380 -- 600 г), наибольший суммарный объем пор, максимальный объем макропор (в 2--7 раз больший) и небольшой объем переходных пор и микропор. Следовательно, по адсорбционной способности он уступает остальным углям газового типа.

Активные угли всегда содержат химически связанный кислород. По исследованиям М. М. Дубинина (1982), при содержании в угле 2,3% кислорода около 4/6 его общей поверхности покрыто монослоем атомов кислорода. При максимальном содержании 12/6 кислорода монослоем покрыто 19% поверхности угля. В большинстве активных углей кислород составляет от 1,5 до 10%.

Согласно данным Н. А. Шилова (1980), при температуре 800--850° С на поверхности угля образуются окислы основного характера, при температуре 300--550° С -- окислы главным образом кислого характера. Органическое вещество углей состоит в основном из углерода (до 96%) и небольших количеств водорода (1--2,5%), азота (0,3-- 1,5%) и серы (от 0 до 1%). В состав минеральных веществ входят железо, алюминий, магний, калий, кальций и кремний. Некоторые из минеральных веществ, особенно окислы железа и магния, могут играть роль катализаторов различных химических реакций.

Таблица 1 - Показатели качества активированного угля марки БАУ (согласно ГОСТ 6217--52)

По дополнительному соглашению уголь марки БАУ для ликероводочной промышленности поставляется с активностью по хлору не менее 40%. Нормируется масса 1 л угля, которая должна быть не больше 220 г (при определении без уплотнения).

Хороший активный уголь при кипячении с ректификованным спиртом, при настаивании водноспиртовой смеси и раствора едкой щелочи не должен их окрашивать и придавать посторонние вкус и запах.

Известно, что в процессе обработки водно-спиртовых растворов активным углем происходят реакции окисления непредельных соединений и спиртов, реакции этерификации и омыления сложных эфиров (Рисунок2)

Рисунок 2- Основные реакции, происходящие в процессе обработки водно-спиртового раствора.

Г. Л. Ошмян (1990) методом хроматографии на бумаге исследовал состав органических кислот и сложных эфиров в процессе обработки сортировки активным углем марки БАУ. Из полученных данных видно, что под воздействием активного угля в сортировке появляются эфиры каприловой, пеларгоновой, каприновой кислот и высших гомологов. Несколько возрастает содержание энантовой кислоты. Таким образом, окисление спиртов не заканчивается на стадии альдегидов, а частично продолжается до соответствующих кислот, из которых образуются сложные эфиры, маскирующие влияние неприятных примесей и улучшающие органолептику водок(Таблица 2)

водка качество очистка серебряный фильтрация

Таблица 2 - Содержание свободных и этерифицированных органических кислот в водно-спиртовом растворе (в относительных процентах):