Столбчатый перегонный куб , также называемый непрерывным перегонным кубом , патентованным перегонным кубом или перегонным кубом Коффи , представляет собой разновидность перегонного куба, состоящего из двух колонн . В колонных кубах можно производить спирт-ректификат ( крепость 95% ).
В первой колонне (называемой анализатором) пар все еще поднимается, а промывочная жидкость опускается через несколько уровней. [1] Вторая колонна (называемая выпрямителем) переносит спирт из промывной воды, [2] где он циркулирует до тех пор, пока не сможет конденсироваться до необходимой крепости.
Колонна является примером фракционной перегонки , поскольку она дает узкую фракцию перегоняемых компонентов. Этот метод часто используется в химическом синтезе; в этом случае компонентом куба, ответственным за разделение, является ректификационная колонна .
Перегонный аппарат непрерывного действия, как следует из его названия, может поддерживать постоянный процесс дистилляции. Это, наряду с возможностью производить более высокую концентрацию спирта в конечном дистилляте, является его главным преимуществом перед перегонным кубом, который может работать только партиями. В кубы непрерывного действия в какой-то момент колонны загружается предварительно нагретый исходный раствор. Тепло (обычно в виде пара) подается в основание колонны. Отпаренная (приблизительно безалкогольная) жидкость отсасывается у основания, а спиртовые спирты конденсируются, перейдя в верхнюю часть колонны.
Колонные перегонные кубы часто используются при производстве зернового виски и являются наиболее часто используемым типом перегонных кубов при производстве бурбона и других американских виски. Дистилляция в колонном аппарате является традиционным методом производства арманьяка , хотя допускается дистилляция в перегонном кубе. Использование колонных перегонных кубов для перегонки коньяка запрещено, хотя их можно использовать для других видов бренди , а также солодовый шотландский виски необходимо перегонять в перегонном кубе. Дистилляция на колонных кубах разрешена для кальвадоса AOC и кальвадоса Domfrontais. Кальвадос Pays d'Auge AOC необходимо перегонять в перегонных кубах.
Колонные перегонные кубы ведут себя как серия отдельных перегонных кубов , сформированных в длинную вертикальную трубку. Трубка заполнена либо пористой насадкой, либо пузырьковыми пластинами. Поднимающийся пар с низким содержанием спирта начинает конденсироваться на более холодном и высоком уровне колонны. Температура каждой последующей более высокой ступени немного ниже, чем на предыдущей, поэтому пар, находящийся в равновесии с жидкостью на каждой ступени, все больше обогащается спиртом. В то время как один горшок, все еще наполненный вином, может давать пар, обогащенный до 40–50% спирта, в колонне все еще может достигаться содержание спирта в парах 96%; азеотропная смесь спирта и воды. Дальнейшее обогащение возможно только путем поглощения оставшейся воды с использованием других средств, таких как гидрофильные химикаты или азеотропная дистилляция , или колонна с молекулярными ситами 3А, такими как цеолит 3А . [3] [4]
В начале 1800-х годов ряд ученых, инженеров и бизнесменов внесли свой вклад в разработку множества различных аппаратов непрерывной перегонки. Некоторые из этих первых разработчиков были французами, чему способствовала премия, предложенная Наполеоном за улучшение выращивания и ферментации сахарной свеклы в попытке уменьшить зависимость от британского импорта. [5] Эти ранние французские перегонные кубы подходили для производства вина, но не справлялись с обработкой остаточных твердых веществ, содержащихся в суслах для виски. [6] Эти французские конструкции получили дальнейшее развитие и усовершенствование рядом ирландских, британских и немецких авторов, чтобы их можно было использовать при перегонке виски и других жидкостей. [5] Колонну до сих пор еще называют «la Colonne Belge» или Бельгийской колонной, потому что она была впервые представлена и использована в коммерческих целях во Фландрии, Бельгия, в 1828 году. Среди известных авторов были:
В 1805 году Жан-Эдуард Адам разработал аппарат периодической фракционной перегонки. [5]
В 1806 году Берар разработал устройство, позволяющее производить частичную конденсацию [5].
Работа Адама и Берара сосредоточена на двух ключевых принципах: [5]
В 1813 году Жан-Батист Селье-Блюменталь (1768-1840) развил и объединил эти идеи и запатентовал первую дистилляционную колонну непрерывного действия. [5] В нем по-прежнему использовался чайник типа горшка, но вместо традиционного линейного рычага и охлаждающего червяка использовалась вертикальная колонна из перфорированных пластин. [7] Хотя многие детали колонны Селье-Блюменталя были улучшены в последующие годы, общая концепция заключалась в том, чтобы обеспечить основу для будущих конструкций колонн. [5] В 1820 году он переехал в Кукельберг в Брюсселе, Бельгия, где он провел первые эксперименты со своей колонкой. Вскоре после этого бельгийцы начали производить вино по его дизайну, поскольку хотели внедрить инновации на своих заводах.
В 1817 году немец Генрих Писториус запатентовал аппарат для перегонки спирта из картофельного пюре. [5] «Писториус» по-прежнему производил спиртные напитки с содержанием алкоголя около 60-80% и широко использовался по всей Германии до 1870-х годов. [5]
Сэр Энтони Перье (1770–1845) с 1806 года был оператором винокурни Spring Lane (водокурня Glen) в Корке, Ирландия. В 1822 году он запатентовал один из первых в Европе перегонных кубов для виски непрерывного действия. В перегонном кубе имелся лабиринт перегородок, который позволял промывной воде постепенно и непрерывно течь по теплу, увеличивая контакт между паровой и жидкой фазами дистиллята. Кроме того, в них все еще содержались «перегородки», похожие на современные пузырьковые лотки. [5] Это означало, что небольшие порции сброженного «бража» получали наибольшее количество тепла, тем самым увеличивая количество собранного питьевого спирта. [8]
В 1823 году Жан-Жак Сен-Марк, французский ветеринарный врач, входивший в личный состав Наполеона, переехал в Англию, где искал инвесторов для своей «Патентной винокуренной компании», которая должна была перегонять картофельный бренди. Компания построила в Воксхолле винокуренный завод под названием Belmont Distillery, но это оказалось безуспешным. [9] В течение этого времени Св. Марк работал над разработкой аппарата непрерывной перегонки. В 1827 году он получил патент и вернулся во Францию. [10] Позже перегонный аппарат успешно использовался в Англии, Ирландии и Вест-Индии. [10] [11]
В 1828 году шотландец Роберт Стейн запатентовал перегонный аппарат непрерывного действия, в котором «стираемая вода» подавалась через ряд соединенных между собой котлов. Ходы поршня использовались для испарения стирки и подачи ее в горизонтальный цилиндр, который был разделен тканью на ряд отсеков. [6] [12] Stein по-прежнему предлагал улучшенную топливную экономичность по сравнению с традиционным перегонным аппаратом и был первым перегонным аппаратом непрерывного действия, который использовался в коммерческих целях в Шотландии, находя применение в Кирклистоне (1828 г.), Кэмерон-Бридже (1830 г.), Йокере (1845 г.). ) и винокурни Glenochil (1845 г.). [6] Однако, поскольку перегонный аппарат не позволял откачивать острые сивушные масла, получаемый спирт не подвергался высокой степени ректификации, и его все равно приходилось часто останавливать для очистки. [6]
В 1830 году ирландец Эней Коффи запатентовал двухколонный аппарат непрерывной перегонки, носящий его имя, версии которого сейчас повсеместно используются в дистилляционной промышленности. [7] До сих пор разрешено производство спиртных напитков с содержанием этанола более 90%, хотя в современных версиях содержание этанола может достигать около 95%. [7]
Получив образование в Дублинском Тринити-колледже , Коффи имел широкие возможности наблюдать за всевозможными конструкциями перегонных кубов, проработав сборщиком акцизного налога на винокурне в течение четверти века.
Ранние разработки Коффи, основанные на модификациях аппарата Cellier-Blumenthal, не увенчались успехом. [7] Поскольку они были сделаны из железа, они подверглись воздействию кислот в горячем дистилляте, что привело к ухудшению качества спирта. [7] Однако его окончательный дизайн, включавший элементы дизайна от Perrier, Fournier и Saint Marc, оказался успешным. [6]
В своей заявке на патент Коффи утверждал, что его конструкция содержит три новых улучшения по сравнению с предыдущими конструкциями: [13]
Кроме того, в конструкции предусмотрены перфорированные тарелки в качестве ситовых конструкций для контакта пара и жидкости. [5]
Этот новый метод непрерывной дистилляции производил виски гораздо эффективнее, чем традиционные перегонные аппараты , [14] без необходимости очистки после изготовления каждой партии. [15]
Поскольку поршневые паровые двигатели того времени не могли снабжать котлы необходимым паром высокой температуры и давления, кубам Коффи потребовалось некоторое время, чтобы доминировать в отрасли. [6] Однако, благодаря технологическим усовершенствованиям, в первую очередь с введением регуляторов пара в 1852 году, Коффи все еще нашел широкое применение в производстве алкоголя в Европе и Америке. [6] Хотя, в частности, он встретил сопротивление в ирландской индустрии виски, которая в то время была доминирующей силой в мировом производстве виски, которая считала, что высококрепкий спирт уступает по вкусовым характеристикам дистилляту из горшков меньшей крепости. [7]
В течение пяти лет после получения патента Коффи получил достаточно заказов, чтобы гарантировать создание Aeneas Coffey & Sons в Лондоне, компании, которая продолжает работать и сегодня под названием John Dore & Co Limited. Четыре года спустя он закрыл Dock Distillery и посвятил все свое время строительству и установке перегонных кубов на винокурнях, принадлежащих другим.