Каждый уважающий себя винокур должен уметь проводить расчеты по теоретическому выходу спирта и сравнивать полученные данные с фактическим результатом. Проведя незатейливый расчет, можно увидеть эффективность и недочеты, если таковые имеются.
Разберемся в теоретических расчётах вместе.
Выход спирта – получаемое количество спирта из используемой весовой единицы.
Спирт образуется в результате жизнедеятельности дрожжей при переработке простых углеводов. Помимо спирта получается углекислый газ и побочные продукты.
Дрожжевая мембрана обладает ограниченной пропускной способностью. Непосредственно в клетку попадают такие простые по химическому строению сахара, как глюкоза или фруктоза. Все остальные сахара подвергаются предварительному расщеплению до глюкозы или фруктозы с помощью внутренних ферментов дрожжевой клетки или под внешним воздействием.
По своему химическому строению глюкоза и фруктоза являются изомерами, т.e. зеркальным отображением друг друга. Также они имеют одинаковую молекулярную массу. Именно поэтому за основу расчета выхода спирта берется переработка глюкозы.
Зная хотя бы немного химии из школьного курса, можно легко составить уравнение реакции и провести расчеты по выходу спирта.
Далее рассчитаем теоретический выход спирта по моносахариду и дисахариду. Полученные значения сравним.
Для наглядности на схеме представим химическое строение моносахаридов (глюкоза, фруктоза) и дисахарада (сахароза).
Расчет теоретического спирта по сахарозе (дисахарид)
Как писалось ранее, сахароза не может проникнут через дрожжевую мембрану. Перед потреблением молекула сахарозы расщепляется на молекулы глюкозы и фруктозы. При этом в химическом уравнении добавляется молекула воды.
С12Н22О11 (сахароза) + Н2О (вода)= 4 С2Н5ОН (этиловый спирт) + 4 СО2 (углекислый газ) + Q (энергия)
Молекулярные массы участвующих в реакции веществ с учетом коэффициентов уравнения:
Сахарозы – 342 г/моль
Воды – 18 г/моль
Этилового спирта – 184 г/моль
Углекислого газа – 176 г/моль
Определяем процентное соотношение получаемых продуктов:
Сахароза + вода – 360 г/моль — 100%
Спирт 184 г/моль — 51.2 %
Углекислый газ 176 г/моль — 48.8 %
Следовательно, из 100 кг сахарозы получаем:
100*0.512= 51.2 кг спирта
100*0.488 = 48.8 кг углекислого газа
Исходя из вышеперечисленных расчетов видно, что из 1 кг моносахарида или дисахарида получится одинаковое количество спирта.
В данном расчете принимается во внимание условный крахмал. Данные о содержании крахмала находятся на упаковке товара «содержание углеводов» или в соответствующих нормативных документах. Далее учитывается гидролиз (разрушение) крахмала в процессе его осахаривания, вне зависимости от способа коэффициент постоянный.
В дальнейшем ведется классический расчет выхода спирта через гексозы – простые сахара или моносахариды с содержанием 6 атомов углерода (C6), например, глюкоза C6H12O6.
Для наглядности на схеме представлено химическое строение простых (глюкоза, сахароза) и сложных углеводов (крахмал).
Химическое уравнение:
(С6Н10О5)*n +(n-1)*H2O = n*C6H12O6 , где (С6Н10О5)*n – формула крахмала, n– количество гексоз, входящих в структуру крахмала.
Рассчитываем молекулярные массы:
Молекулярная масса единицы крахмала = 162 г/моль
Молекулярная масса единицы гексозы равна – 180 г/моль
Коэффициент перевода крахмала в гексозы равен 180/162 = 1.111
То есть из 100 килограмм крахмала получается 100*1.111= 111.1 килограмм гексоз.
Зная выход спирта из гексоз, несложно посчитать конечный выход:
1.11*0.648 = 0.72 литра спирта получается из 1 килограмма крахмала.
Все это теоретические расчеты.
Практика
На практике часть углеводов расходуется на поддержание жизнедеятельности и прироста биомассы дрожжей и практический выход спирта ниже.
Для гексоз хорошим выходом считается 0.6 литра с 1 килограмма, для крахмала 0.62 литра с 1 килограмма.
Пример расчета выхода спирта по сухому веществу, плотности и условному крахмалу:
- По сухому веществу
;При изготовлении браги было использовано 10 килограмм сахарозы. Теоретический выход спирта составит 10*0.649=6.49 литров абсолютного спирта — эталонное значение. Чем ближе практический результат к данному значению, тем лучше.
- По плотности
Получено 40 литров сахарной браги с начальной плотностью 28% по ареометру при 20 градусах Цельсия. Первоначально с помощью таблицы плотности сахарозы узнаем соответствие плотности, выраженной в %-ах, к содержанию сахарозы г/л раствора. При плотности 28% содержание сахарозы на 1 литр равно 312.9 грамм. Соответственно, в 40 литрах содержится 40*0.3129=12.5 килограмм сахарозы. Получаем 12.5*0.649 = 8.1 литров абсолютного спирта.
- По условному крахмалу
Для постановки браги было взято 30 килограмм кукурузы с содержанием углеводов 75%. Высчитываем содержание крахмала 30*0.75=22.5 килограмм крахмала. Переводим крахмал в гексозы 22.5*1.11= 24.9 килограмм гексоз. Рассчитываем теоретический выход 24.9*0.649 = 16.2 литр абсолютного спирта или 22.5* 0.718=16.2 литр абсолютного спирта.
Принимая во внимание данные расчеты, вы всегда будете уверены в эффективности своих действий.
Доктор Губер Над материалом работали: Наталия Тархова Инженер-технолог Эмиль Самедов Инженер-технолог Никита Малыхин Главный редактор
Дорогие читатели, если вы увидели ошибку или опечатку в статье «
Теоретический и практический выход спирта », помогите нам ее исправить! Выделите ошибку и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter». Мы получим ваше сообщение и внесём исправления в ближайшее время.
Источник: www.doctorguber.ru
