Пищевой этанол можно производить из крахмалсодержащего, ягодно-плодового сырья, а также сахарного сорго, сахарного тростника или сахарной свеклы в виде меласс, густого сока или сиропа.
Расчет разбивается на два этапа: расчет продуктов до перегонки бражки и расчет продуктов брагоректификации.
Теоретический выход спирта
Из 100 кг гексоз должно получиться 51,14 кг безводного спирта и 48,86 кг углекислого газа. При относительной плотности спирта d=0,78927 его теоретический выход составит 51,14 / 0,78927 = 64,79 литра.
Гексозы, содержащие в молекуле альдегидную группу, относятся к альдозам (аллоза, альтроза, глюкоза, манноза, гулоза, идоза, галактоза, талоза), кетонную — к кетозам (псикоза, фруктоза, тагатоза, сорбоза).
Как основные сахара, содержащиеся в плодово-ягодном сырье, наиболее важны глюкоза и фруктоза.
Из 100 кг сахарозы выход спирта составит 53,82 кг или 68,2 литра. Этот дисахарид содержится в сахарном тростнике, сахарной свёкле (до 28 % сухого вещества), соках растений и плодах (например, берёзы, клёна, дыни и моркови).
Коэффициент для пересчета сахарозы в условный крахмал 0,95. Условной крахмалистостью называется сумма всех сбраживаемых углеводов сырья. Выход спирта из 100 кг крахмала будет равен 71,98 литр.
Практический выход спирта
Практический выход спирта меньше теоретического, так как часть сбраживаемых углеводов и образующийся при брожении спирт теряются в процессе производства.
В зависимости от вида сырья и технологической схемы, практический выход спирта достигает 81,5–93 % от теоретически возможного.
Потери в производстве спирта складываются из механических и технологических. Первые вызваны неисправностью оборудования или недосмотром винокура. Вторые, самой сущностью процессов спиртового производства.
| Отходы и потери в производстве | |
| Потери, % — при разгрузке зерна — при хранении зерна на элеваторе — при измельчении зерна — при мойке картофеля |
0,2 0,07 0,3 0,1 |
| Отходы, % — сорная примесь — зерновая примесь |
1,0 2,0 |
| Потери в процессе солодоращения | Не более 16% от крахмала солодовенного зерна |
| Потери сбраживаемых углеводов в процессе водно-тепловой обработки крахмалсодержащего сырья | В связи со сложностью их учета включают в неопределяемые потери |
| Потери при брожении складываются из трат сбраживаемых углеводов на образование биомассы дрожжей и вторичных продуктов брожения*, нарастание кислотности бражки и углеводов, оставшихся несброженными и затраченных на образование спирта, уносимого из бражки диоксидом углерода | На синтез биомассы дрожжей – 1,5 %. На образование глицерина – 2,5 %, а всего – 4 % (5,6-9,8% меласса) |
* Различают главные и вторичные продукты брожения. К главным продуктам относят этиловый спирт и СО2, к вторичным – глицерин, 2,3-бутиленгликоль, ацетальдегид, пировиноградная, лимонная, уксусная кислоты, ацетоин, сложные эфиры, высшие и ароматические спирты. Вторичные продукты брожения оказывают большое влияние на органолептические свойства спирта.
Содержание несброженного сахара в зрелой браге должно быть не более 2,5% по отношению к введенному в производство сахару.
Неопределяемые потери сбраживаемых углеводов при переработке сырья, нарастании кислотности сусла в процессе сбраживания, а также потери спирта с газами брожения можно определить по отдельным формулам. Как правило, эти показатели учтены в нормативных требованиях выхода спирта.
Нормативный выход спирта
Нормативы выхода этанола в спиртовой отрасли дифференцированы; они учитывают вид используемого в производстве сырья, схему, по которой работает спиртовой завод, а также внедренные на нем технологические усовершенствования.
| Выход спирта в декалитрах из 1 т условного крахмала по схемам производства* | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Картофель | 64,7 | 62,0 | 65,7 | 66,1 |
| Кукуруза | 64 | 64,3 | 65,0 | 65,4 |
| Рожь | 62,9 | 63,2 | 63,9 | 64,3 |
| Пшеница | 63,7 | 64,0 | 64,7 | 65,1 |
| Ячмень | 62,4 | 62,7 | 63,4 | 63,8 |
| Овес, чумиза | 61,8 | 62,1 | 62,8 | 63,2 |
| Просо, гаолян | 63,5 | 63,8 | 64,5 | 64,9 |
| Гречиха | 61,1 | 61,4 | 62,1 | 62,5 |
| Вика, чечевица, горох | 59,1 | 59,4 | 60,1 | 60,5 |
| Сахарная свекла | 61,4 | 61,7 | 62,4 | 62,8 |
| Рис нешелушеный | 61,8 | 62,1 | 62,8 | 63,2 |
| Рис-крупка | 64,7 | 65,0 | 65,7 | 66,1 |
| Сорго | — | — | 65,3 | 65,7 |
* 1- периодическая, 2 — полунепрерывная, 3 — непрерывная, 4 — непрерывная с механико-ферментативной обработкой.
При внедрении технических усовершенствований к нормативным выходам спирта устанавливаются следующие надбавки в декалитрах на тонну крахмала:
- удлиненный срок брожения до 72 ч – 0,8, в том числе за каждые 6 ч сверх 48 ч – 0,2;
- непрерывно-поточный и циклический способы брожения при сро-ке 60 ч (приравниваются к 72 ч периодического брожения) – 0,8;
- осахаривание с вакуумохлаждением – 0,1;
- полная замена солода поверхностной культурой плесневых грибов – 0,3;
- частичная замена солода поверхностной культурой плесневых грибов (в соответствии с технологической инструкцией) – 0,2;
- полная замена солода ферментными препаратами глубинного ращения – 0,7;
- частичная замена солода глубинной культурой – 0,2;
- полная замена солода ферментными препаратами при механико-ферментативной обработке сырья – 1,1;
- рециркуляция бражки при непрерывно-поточном и циклическом способах брожения при сроке 60 ч – 0,1.