Destilación de alcohol
| ||||||||||||
La Destilación de alcohol consiste en convertir la materia prima (miel final) en el producto deseado (alcohol)como subproducto producido de los derivados de la caña de azúcar.
Sumario
Destilación de alcohol
Para garantizar y satisfacer mediante la producción de los diferentes subproductos, con una alta calidad la materia prima llega a las destilería por dos vías:
1- La que se produce en el central Amancio es bombeada directamente a los tanques de almacenamiento.
2- La que llega procedente de otros centrales por vía ferrocarriles descargada en una cisterna y bombeada hacia los tanques de almacenamiento.
Existen dos tanques de almacenamiento de miel M3 y M4. En el M3 es almacenada la miel procedente de otros centrales, en el M4 se almacena la recibida directamente del central. De los tanques de almacenamiento es bombeada a los tanques de diario (M1 y M2).
Preparación de la Materia Prima
La principal operación consiste en mezclar la miel con agua para obtener una solución cuya densidad oscile entre los 16 – 20 ºBx. Este rango de variación está determinado por el contenido de azúcares fermentables en la miel. A la miel diluida se le denomina batición.
No son recomendables densidades mayores de 20 ºBx porque el medio sería hipertónico, nocivo para la levadura.
En la producción de esta mezcla es usual una dosificación de 3.5 - 4 partes de agua por una parte de miel, en peso. De este modo se obtienen baticiones de acuerdo al grado Brix y con una concentración de azúcares fermentables de 130-150 gramos por litros. Las características deseables en una batición para fermentaciones alcohólicas son las siguientes:
Concentración de azúcares fermentables. Deberá ser lo más elevada posible de acuerdo a las condiciones de la fábrica, a mayor concentración de fermentables habrá una mayor producción de alcohol, pero ocurriría un aumento de temperatura producto del calor biológico generado en las reacciones de la fermentación que provocaría la muerte de las levaduras, de no existir sistemas de enfriamiento adecuados en la etapa de fermentación.
Densidades que no sean perjudiciales a la levadura (hipertónicas). Ya que cuantas más altas sean las concentraciones de azúcares, mayor será la cantidad de alcohol obtenible.
Mezcla de Miel y Agua
La mezcla de miel y agua se realiza en el disolutor. La miel y el agua entran por puntos opuestos y dada la disposición interior, son obligados a recorrerlo en toda su longitud, mezclándose íntimamente por efecto de la turbulencia. Hecho el recorrido completo de la miel y el agua se obtiene la mezcla o batición homogénea.
La eficiencia del disolutor depende de la adecuada presión del agua y la miel para proporcionar la turbulencia necesaria que permite una mezcla íntima, uniforme y a la vez, un flujo adecuado a la demanda de la fábrica.
La destilería cuenta con una instalación de agua independiente para el disolutor con la que se mantiene el flujo adecuado, uniforme y constante que garantiza un brix estable, así como la eficiencia del equipo.
Preparación de los nutrientes
La mejor forma de aplicar los nutrientes es en solución, esto garantiza su distribución uniforme en la masa líquida, facilita su utilización inmediata por la levadura y evita que queden proporciones no disueltas que se pierdan. Esto también influye en los costos por sus altos precios.
Los nutrientes más empleados en la destilería son:
- Fosfato de amonio {21 % N2, 52 % P2O5 }
- Urea {46 % N2 }
- Sulfato de amonio {21 % N2 y Medio ácido}
Las normas de consumo se establecen según balance de nutrientes calculando la cantidad de levadura en la fermentación, el nitrógeno y elfósforo necesarios. Se determina el consumo de fosfato de amonio, por ser el aportador de fósforo y con el nitrógeno se determina la cantidad de urea necesaria, teniendo en cuenta el nitrógeno aportado por el fosfato. Se puede utilizar el sulfato pero en menor medida por su alto costo. Los nutrientes se disuelven en tanques con agitación mecánica.
Propagación de la levadura
Esta fase del proceso industrial tiene como propósito desarrollar la cantidad de levadura necesaria que permitirá, en un paso ulterior, fermentar los azúcares para convertirlos en alcohol y CO2. El desarrollo de la levadura se realiza de la siguiente forma:
Activación de la levadura en el laboratorio.
- Desarrollo del cultivo en un prefermentador. Como resultado de esta etapa se obtiene el prefermentado.
Proceso de fermentación
Los prefermentadores son tanques cilíndricos con capacidad de 30 m3. La fábrica cuenta con 3 prefermentadores, tienen en el fondo un conjunto de tubos distribuidos paralela y uniformemente y dotados de perforaciones distanciadas entre sí de 2 - 8 cm y de diámetro entre 2 - 5 mm (Este conjunto de tubos constituye el difusor de aire conectado directamente a la línea del soplador.
De este modo, la prefermentación procede de un medio altamente aerobio y su objetivo fundamental es lograr una alta propagación de la levadura para garantizar la mayor conversión de los azúcares en la fermentación, en menor tiempo. El prefermentador es alimentado con batición de densidad equivalente a 11.5-12 grados brix suplementada con nutrientes aportadores de nitrógeno y fósforo en cantidades suficientes para lograr que la levadura se propague hasta alcanzar una población de unos 120 millones de células por milímetro de batición. Este conteo de células se realiza en el microscopio del laboratorio. Las condiciones de trabajo del prefermentador se regulan de modo tal que cuando el brix de la batición desciende el 60% de su valor inicial ya se ha alcanzado el conteo celular adecuado. Esto ocurre generalmente en un ciclo de 4 horas. Es evidente que aumentando y disminuyendo el contenido de nitrógeno y la cantidad de aire en el difusor es posible gobernar, a voluntad, los resultados de la prefermentación. Aprovechando la alta resistencia de la levadura a la acidez, a diferencia del resto de los microorganismos, se le añade ácido sulfúrico para controlar el pH en el rango de 4 a 4.5 y de esta forma evitar las infecciones.
Es importante que cuando la fábrica produce aguardiente hay que duplicar el consumo de nutrientes con el objetivo de incorporar mayor cantidad de nitrógeno para disminuir la cantidad de alcoholes superiores en el producto terminado.
Fermentación alcohólica ( anaerobia )
Esta es la etapa final del proceso fermentativo, se realiza en tanques cuya capacidad oscila entre 300 y 400 m3, se diferencian de los prefermentadores en dos aspectos fundamentales:
- Su volumen total es de 10 - 15 veces mayor que el prefermentador.
- No existe sistema de aplicación de aire.
Básicamente un fermentador, es un tanque provisto de una tubería de descarga en el fondo y de dos tuberías de alimentación por la parte superior, una para la batición y la otra para el prefermentado.
El procedimiento de trabajo de un fermentador es sencillo, primeramente se carga el tanque con miel diluida (brix de trabajo del día) hasta aproximadamente la cuarta parte de su volumen total y simultáneamente se adiciona el contenido del prefermentador que le corresponde. Se deja en reposo y al término de media hora o una hora se observa que la fermentación ha comenzado y rápidamente adquiere vigor, en tales condiciones se procede a llenar el fermentador con miel diluida (batición).
Este llenado se pude realizar por tres métodos:
- En tres etapas, llamados refrescos: es el método más empleado por la fábrica, debido a sus condiciones de trabajo, al no contar con unidad de enfriamiento y las altas temperaturas del medio.
- De modo lento y continuo: este método es utilizado cuando las temperaturas del medio son frescas, que no sean perjudiciales a la levadura.
- De modo rápido y continuo: es el método menos utilizado por la fábrica, solo se usa cuando hay atrasos en la sala de fermentación y cuando las temperaturas del medio sean favorables para este método.
La elección del método depende fundamentalmente de las temperaturas ya que la planta no cuenta con unidad de enfriamiento y el propósito es evitar la elevación de temperatura hasta niveles que perjudiquen la fermentación.
La marcha de la fermentación se controla por la medición del grado brix cada dos horas. Este desciende progresivamente hasta que finalmente se estabilice el agotamiento de todo el azúcar existente en el fermentador (Fig.2.4). En la práctica, cuando en dos mediciones horarias se repita el mismo valor del grado brix se da por terminada la fermentación. El ciclo total de la fermentación fluctúa usualmente entre 16 y 28 horas, dependiendo esta variación de la cantidad y actividad del prefermentador, la cantidad de azúcar existente en el fermentador y la característica de la miel que indudablemente influyen sobre la velocidad y eficiencia de la fermentación.
Esta etapa puede considerarse como la etapa fundamental en el proceso de producción de alcohol por ser la encargada de la formación del etanol y la mayor propagación de la levadura, aunque no es objetivo de ésta se alcanza 10 veces lo logrado en los prefermentadores.
Otro de los aspectos que le dan la primacía a esta etapa sobre las restantes es la formación de productos secundarios como alcoholes superiores, ácidos orgánicos, aldehídos, ésteres alifáticos y aromáticos, metanol, fenoles, terfenoles, compuestos nitrogenados y azufrados, entre otros. Estos compuestos no-etanol son de gran importancia, pues son los que determinan la calidad del aguardiente y los encargados de darle el aroma y bouquet al aguardiente y los rones.
Preparación de la alimentación
La batición fermentada tiene aproximadamente unos 35-40 °C y si es alimentada a esta temperatura a la columna destiladora se consumiría mucho vapor para llegar a ebullir, para ello la batición es bombeada al condensador parcial o calienta vinos, para aprovechar el calor latente de los vapores alcohólicos que salen de la columna rectificadora. Luego la batición es pasada por el intercambiador de calor de mosto, el cual sale de 100 a 103 °C y logramos alimentar la batición a 75 °C y hacemos más eficiente energéticamente el sistema.
Columna destiladora
Esta es la encargada de extraer el mayor % de alcohol que trae la batición y separarlo de los productos indeseables (vinazas); la columna es de forma cilíndrica de 13 m de altura, un diámetro de 1.98 m y 21 platos. La batición es alimentada en la columna destiladora por la parte superior y a contra corriente por el fondo se alimenta vapor de 3-4 lb/pulg2. Esta columna tiene que ser de platos perforados debido a las incrustaciones características de las mieles cubanas por ser estos de mejor manipulación a la hora de la limpieza y por su mayor costo de fabricación. Esta columna solo tiene zona de agotamiento, es decir, que el producto del fondo sale totalmente agotado del componente más volátil. El producto rico en volátiles (tope) es conocido como flema y tiene un 40 % de alcohol en volumen. En esta columna no existen extracciones.
Columna rectificadora
La rectificación de las flemas no es más que la continuación del trabajo de la destiladora siendo esta la etapa de enriquecimiento en el componente más volátil. Las flemas son alimentadas por los platos inferiores . Esta columna es de platos de cazoleta, tiene 52 platos de cobre. La altura es de 16 m por 1.82 m de diámetro. De la columna se obtiene vapores saturados los cuales son condensados parcialmente en dos condensadores horizontales de tubo y coraza ubicados en la planta superior. El primero es el parcial o calienta vinos y el segundo el total. El líquido condensado es rico en alcohol y se recircula a los platos superiores de la columna para buscar mayor grado de concentración alcohólica. Antes de ser recirculado pasa por la botella cuya finalidad es permitir el desalojo de gases incondensables.
Se utiliza la condensación parcial porque a la salida de cada condensador se irán condensando los componentes menos volátiles, es decir, que a la salida del último condensador será la mezcla más rica en alcohol que en los anteriores. El alcohol condensado se recircula para buscar mayor grado. Antes de recircularse pasa por la botella en la que se eliminan los incondensables y los alcoholes de cabeza. El producto final es un alcohol con 95 °Gl que se obtiene en las extracciones de los platos superiores. Para disminuir el contenido de alcoholes superiores se realiza una extracción de aceite de fusel en los platos 4-6 y el producto de cola, que tiene alrededor de un 5 % de alcohol, se recircula para la columna destiladora.
Columna de aguardiente
Para la producción de aguardiente crudo la fábrica cuenta con un sistema de destilación formado por una pequeña columna, un separador de arrastre, un desflegmador y dos condensadores.
La columna posee un diámetro de 1.0 m, una altura de 3.0 m, 5 platos de tipo cazoleta, diámetro de los elevadores de vapor 45mm, cantidad de bajante por plato 1.0, diámetro de los bajantes 75 mm, material cobre, distancia entre platos 385 mm, la toma de los amílicos se realiza en los primeros platos superiores. El reflujo se alimenta al primer plato, la alimentación de la flema es por la parte inferior. La flema que alimenta la columna de aguardiente es tomada del flujo que alimenta a la columna rectificadora, esta flema antes de entrar a esta columna pasa por un separador de arrastre para depurar los vapores alcohólicos sin arrastres de batición ya que en esta zona tiene la misma composición que en el tope de la columna destiladora, en este punto la composición de impureza es elevada. Luego esta flema pasa por un desflegmador en el cual ocurre una condensación parcial de los compuestos más pesados específicamente los alcoholes superiores.
Los instrumentos que poseen este sistema son un termómetro en el fondo y en el tope, así como un manómetro situado en tope y fondo.
Materias Primas y Producto Final.
Las mieles que se utilizan en La Destilería deben cumplir con los parámetros siguientes:
- Deben tener un Brix min 85 ºBx.
- Aproximadamente de 52 % min Azúcares totales.
- Un total de 48.2 % min de azúcares fermentables.
- Un pH entre 5.2 y 5.7.
- Así como una cantidad de lodos no mayor que el 13%.
Las otras materias primas que se usan son los nutrientes que deben de ser:Urea
- Nitrógeno mínimo: 46%.
- Fosfato de amonio
- Debe de tener un contenido mínimo de P2O5: 46%.
La levadura debe cumplir los siguientes parámetros de calidad:
- Materia seca: + del 15 %.
- Proteínas: 40-50 %.
- Materia celulosa: 29-35 %.
- Materia grasa: 2-5 %.
- Materia mineral: 5-15 %.
- Concentración: 50-60 %.
Los productos finales que tienen mayor importancia en este proceso son los alcoholes ya sean el técnico “A”, el técnico “B”, el alcohol fino y el aguardiente.
Normas de operación.
Para que el proceso sea eficiente debe cumplir las siguientes normativas tecnológicas:
- Prefermentadores.
- Brix de llenado 11.5 - 12.5
- PH: 3.5 - 4.5
- Temperatura máxima.: 40 ºC
- Fermentadores.
- Brix de llenado 16-20
- PH: 4,2 ― 5.2
- % alcohólico: 6 %
- Temperatura máxima. 40 oC.
- Columna de alcohol fino.
- Presión en el tope: 0.6 - 0.8 Lb./ plg2 (4.14 – 5.52 kPa )
- Presión en la Base: 3 - 3.5 Lb. / plg2 (20.68 – 24.13 kPa )
- Presión del evaporador: 4.5 - 5 Lb / plg2 (31.03 – 34.47 kPa )
- Temperatura del plato de control: 78- 80 ºC (351.15 – 353.15 ºK )
- Temperatura en la zona de extracción: 78 -81 ºC (351.15 – 354.15 ºK )
- Temperatura de reflujo: 60 - 68 ºC (333.15 – 341.15 ºK )
- Alimentación: 30 litros/minutos (1.8 m3 / h )
- Temperatura en los condensadores: 80-82 ºC. (353.15 – 355.15 ºK)
- Columna destiladora.
- Presión en la columna: 4 Lb / plg2 (27.58 kPa)
- Temperatura en la paila: 102 - 105 ºC (375.15 – 378.15 ºK)
- Temperatura en el tope de la columna: 82-85 ºC (355.15 – 358.15 ºK)
- Temperatura en la batición: 60-68 ºC (333.15 – 341.15 ºK)
- Alimentación: 38 - 40 m3/h
- Columna rectificadora.
- Presión en los pases: 2.5 - 3 Lb/pul2 (17.24 – 20.68 kPa)
- Temperatura en la paila: 100 ºC (373.15 ºK)
- Temperatura zona de fúsel # 2: 83 - 87 ºC (356.15 – 360.15 ºK)
- Temperatura zona de fúsel # 1: 98 ºC (371.15 ºK)
- Temperatura en la zona de extracción:
- Para producir alcohol técnico B : 78-85 ºC (351.15 – 358.15 ºK)
- Para producir alcohol técnico A : 78-82 ºC (351.15 – 355.15 ºK)
- Para producir alcohol Fino: 78-81 ºC (351.15 – 354.15 ºK)
- Temperatura en el tope: 78.5 - 78.8 ºC (351.65 – 351.95 ºK)
- Temperatura de las aguas de rechazo: 39 – 62 ºC (312.15 – 335.15 ºK) según el tipo de producción de alcohol.
Fuente
alimentacion-maquinaria-equipamiento.
Referencia Bibliográfica
Enlaces externos
