Колонный перегонный аппарат , также называемый непрерывным перегонным аппаратом , патентным перегонным аппаратом или перегонным аппаратом Коффи , представляет собой разновидность перегонного аппарата, состоящего из двух колонн . Перегонные аппараты с колоннами могут производить ректификованный спирт (95% ABV ).
В первой колонне (называемой анализатором) по-прежнему поднимается пар , а брага опускается через несколько уровней. [1] Вторая колонна (называемая ректификатором) переносит спирт из браги, [2] где он циркулирует до тех пор, пока не сможет сконденсироваться до требуемой крепости.
Колонный перегонный аппарат является примером фракционной перегонки , поскольку он дает узкую фракцию перегоняемых компонентов. Этот метод часто используется в химическом синтезе; в этом случае компонент перегонного аппарата, отвечающий за разделение, является фракционирующей колонной .
Непрерывный перегонный куб, как следует из его названия, может поддерживать постоянный процесс дистилляции. Это, наряду со способностью производить более высокую концентрацию спирта в конечном дистилляте, является его главным преимуществом перед перегонным кубом, который может работать только партиями. Непрерывные перегонные кубы загружаются предварительно нагретым исходным раствором в некоторой точке колонны. Тепло (обычно в виде пара) подается в основание колонны. Отпаренная (приблизительно не содержащая спирта) жидкость отводится в основании, в то время как спиртовые спирты конденсируются после перемещения в верхнюю часть колонны.
Перегонные кубы часто используются при производстве зернового виски и являются наиболее часто используемым типом перегонных кубов при производстве бурбона и других американских виски. Перегонка с помощью перегонного куба является традиционным методом производства арманьяка , хотя перегонка с помощью перегонного куба разрешена. Использование перегонных кубов для перегонки коньяка запрещено, хотя их можно использовать для других видов бренди , аналогично, солодовые шотландские виски должны перегоняться в перегонном кубе. Перегонка с помощью перегонных кубов разрешена для кальвадоса AOC и кальвадоса Domfrontais. Кальвадос Pays d'Auge AOC должен перегоняться с помощью перегонного куба.
Колонные перегонные кубы ведут себя как ряд отдельных перегонных кубов , образованных в длинной вертикальной трубе. Труба заполнена либо пористой насадкой, либо барботажными пластинами. Поднимающийся пар с низким содержанием спирта начинает конденсироваться на более холодном, более высоком уровне колонны. Температура каждой последующей более высокой ступени немного ниже, чем на предыдущей ступени, поэтому пар, находящийся в равновесии с жидкостью на каждой ступени, постепенно обогащается спиртом. В то время как один перегонный куб, загруженный вином, может давать пар, обогащенный до 40–50% спирта, колонный перегонный куб может достичь содержания спирта в паре 96%; азеотропной смеси спирта и воды. Дальнейшее обогащение возможно только путем поглощения оставшейся воды с использованием других средств, таких как гидрофильные химикаты или азеотропная дистилляция , или колонна молекулярных сит 3A, таких как цеолит 3A . [3] [4]
В начале 1800-х годов ряд различных ученых, инженеров и бизнесменов внесли свой вклад в разработку различных аппаратов для непрерывной дистилляции. Некоторые из этих ранних разработчиков были французами, вдохновленными премией, предложенной Наполеоном для улучшения развития 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, обнаруженных в суслах для виски. [6] Эти французские конструкции были в дальнейшем развиты и улучшены рядом ирландских, британских и немецких участников, чтобы можно было использовать их для дистилляции виски и других жидкостей. [5] Перегонная колонна также называется «la Colonne Belge» или бельгийская колонна, потому что она была впервые представлена и использована в коммерческих целях во Фландрии, Бельгия, в 1828 году. Известные участники:
В 1805 году Жан-Эдуард Адам разработал аппарат для прерывистой фракционной перегонки. [5]
В 1806 году Берар разработал устройство, позволяющее проводить частичную конденсацию [5]
Работа Адама и Берара была сосредоточена на двух ключевых принципах: [5]
В 1813 году Жан-Батист Селье-Блюменталь (1768–1840) развил и объединил эти идеи и запатентовал первую непрерывно работающую дистилляционную колонну. [5] Она по-прежнему имела котел типа pot still-tell, но заменила традиционный рычаг Lyne и охлаждающий шнек вертикальной колонной 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 колонных дистилляторов. [5] В 1820 году он переехал в Кукельберг в Брюсселе, Бельгия, где провел первые эксперименты со своим колонным дистиллятором. Вскоре после этого бельгийцы начали перегонку по его конструкции, поскольку они хотели внести новшества в свои винокурни.
В 1817 году немец Генрих Писториус запатентовал перегонный аппарат для перегонки спирта из картофельного пюре. [5] Перегонный аппарат Писториуса производил спирт с содержанием алкоголя около 60-80% и широко использовался по всей Германии до 1870-х годов. [5]
Сэр Энтони Перье (1770–1845) был оператором винокурни Spring Lane (винокурня Glen) в Корке, Ирландия, с 1806 года. В 1822 году он запатентовал один из первых в Европе непрерывных перегонных кубов для виски. Перегонный куб включал лабиринт перегородок, который позволял браге постепенно и непрерывно течь по теплу, с увеличенным контактом между паровой и жидкой фазами дистиллята. Кроме того, перегонный куб содержал «перегородки», похожие на современные барботажные тарелки. [5] Это означало, что небольшие порции перебродившей «браги» получали наибольшее количество тепла, тем самым увеличивая количество собираемого питьевого алкоголя. [8]
В 1823 году Жан-Жак Сен-Марк, французский ветеринарный врач, прикрепленный к личному штабу Наполеона, переехал в Англию, где он искал инвесторов для своей «Patent Distillery Company», которая должна была перегонять картофельный бренди. Компания построила перегонный завод в Воксхолле, названный Belmont Distillery, но он оказался неудачным. [9] В это время Сен-Марк работал над разработкой аппарата для непрерывной перегонки. В 1827 году он получил патент и вернулся во Францию. [10] Перегонный куб позже успешно использовался в Англии, Ирландии и Вест-Индии. [10] [11]
В 1828 году шотландец Роберт Штейн запатентовал непрерывный перегонный куб, который подавал «брагу» через ряд взаимосвязанных горшков. Ходы поршня использовались для испарения браги и подачи ее в горизонтальный цилиндр, который был разделен на ряд отсеков с помощью ткани. [6] [12] Перегонный куб Штейна обеспечивал улучшенную топливную экономичность по сравнению с традиционным перегонным кубом и был первым непрерывным перегонным кубом, который использовался в коммерческих целях в Шотландии, находя применение на винокурнях Kirkliston (1828), Cameron Bridge (1830), Yoker (1845) и Glenochil (1845). [6] Однако, поскольку перегонный куб не позволял откачивать едкие сивушные масла, получаемый спирт не был высокоочищенным и его все еще приходилось часто останавливать для очистки. [6]
В 1830 году ирландец Эней Коффи запатентовал двухколонный аппарат для непрерывной дистилляции, который носит его имя; его версии теперь повсеместно используются в винокуренной промышленности. [7] Аппарат позволял производить спирт с содержанием этанола более 90%, хотя современные версии могут достигать около 95%. [7]
Получив образование в Тринити-колледже в Дублине , Коффи имел массу возможностей наблюдать всевозможные конструкции перегонных кубов, проработав четверть века сборщиком акцизного налога на винокурню.
Ранние проекты Коффи, основанные на модификациях перегонного куба Селье-Блюменталя, оказались неудачными. [7] Будучи изготовленными из железа, они подвергались воздействию кислот в горячем дистилляте, что приводило к ухудшению качества спирта. [7] Однако его окончательный проект, включавший элементы дизайна от Perrier, Fournier и Saint Marc, оказался успешным. [6]
В своей патентной заявке Коффи утверждал, что его конструкция имеет три новых усовершенствования по сравнению с предыдущими конструкциями: [13]
Кроме того, в конструкцию были введены перфорированные тарелки в качестве сетчатых структур для контакта пара и жидкости. [5]
Этот новый метод непрерывной дистилляции производил виски гораздо эффективнее , чем традиционные перегонные кубы [14], без необходимости очистки после приготовления каждой партии. [15]
Поскольку поршневые паровые двигатели того времени не могли обеспечить перегонный куб необходимым паром высокой температуры/давления, потребовалось некоторое время, чтобы перегонный куб Коффи стал доминировать в отрасли. [6] Однако с технологическими усовершенствованиями, в частности, с введением регуляторов пара в 1852 году, Коффи по-прежнему находил широкое применение в производстве алкоголя по всей Европе и Америке. [6] Хотя, что примечательно, он встретил сопротивление в ирландской вискииндустрии, которая тогда была доминирующей силой в мировом производстве виски, поскольку считалось, что крепкий спирт уступает по вкусовым характеристикам дистилляту из перегонного куба с более низкой крепостью. [7]
В течение пяти лет после получения патента у Коффи было достаточно заказов, чтобы оправдать создание Aeneas Coffey & Sons в Лондоне, компании, которая и по сей день работает 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 лицам.