Сировина, що використовується для виробництва спирту, повинна щорічно відновлюватися в кількості, достатній для промислової переробки, мати високий вміст крохмалю чи цукру та добре зберігатися, що забезпечує економічну доцільність виробництва. Цим вимогам відповідають клубні картоплі, зерно рослин сімейства мятликових (злаків) та меляса.
Відповідно до географічного положення та структури господарства, що склалася, в різноманітних країнах для виробництва спирту використовують різноманітні види сировини.
Картопля. З усіх видів рослинної харчової сировини картопля в найбільшій мірі відповідає технологічним вимогам спиртового виробництва. З картоплі з одиниці посівної площі отримують в 3 – 4 рази більше крохмалю у порівнянні з зерном. Картопляний крохмаль швидше розварюється, утворюється рухливе сусло, в ньому знаходяться азотисті та фосфорні речовини в кількості, достатній для харчування дріжджів, з нього отримують найбільший вихід спирту. При переробці картоплі виробнича потужність заводу на 10% більша, ніж при переробці зерна, а витрати палива на 12% менші ніж собівартість спирту.
До недоліків картоплі як сировини для виробництва спирту відносять значні витрати праці на вирощування картоплі, погану зберігаїмость через великий вміст вологи та легке підупадання під вплив захворювань, а також великі витрати на транспортування на великі відстані.
Зернові культури. На спирт перероблюють будь-яке зерно, в тому числі й зерно, що не використовується в харчових та кормових цілях. Щорічний об’єм переробки складає (%): пшениці 50 (переважно дефектної), ячменю 20, ржі 12, кукурудзи 8, проса 5, вівса 2 та інших культур (грачихи, вікі, гороху, рису та ін.) 3. для приготування солоду використовують конвенційне високоякісне зерно.
Кукурудза. Із зернових культур кращою сировиною для виробництва спирту є кукурудза (Zea mays). В ній міститься порівняно більше крохмалю, менше клітковини, більше жиру (що підвищує харчову цінність барди). Родючість кукурудзи в 2 – 3 рази вища родючості інших зернових культур.
Пшениця, ячмінь, овес, ріж. Ріж (Secale), пшениця (Triticum), ячмінь (Hordeum) та овес (Avena) вирощуються в нашій країні та могуть використовуватися в якості сировини для виробництва спирту, проте виробництво спирту саме з цих зернових культур веде до великих грошових витрат, що в свою чергу впливає на підвищення собівартості спирту, до того ж технологічна схема виробництва спирту ускладнюється через необхідність розварювання сировини та осахарювання крохмалю.
Меляса. Мелясою називають останній маточний розчин – відтік, що утворюється при відокремленні кристалів сахарози на центрифугах. В мелясі містяться цукрі соку цукрового буряка чи цукрового тросику, що не видаляються при її хімічній очистці, та сахароза, яку виділяти класичним методом кристалізації вже економічно невигідно. При видобутку цукру з буряку вихід меляси у перерахунку на безводну коливається від 3,5 до 5% від її маси. З мелясою відходить від 10 до 15% усього цукру, що міститься в буряку, який перероблюється.
Відповідно до виду вихідної сировини для виробництва цукру розрізнюють бурячну та тросникову мелясу. В нашій країні цукровий тросник не вирощується, проте на цукрових заводах після буряку на білий цукор перероблюють імпортований цукор-сирець. Мелясу, що при цьому отримують називають сирцевою.
Меляса являє собою густу в’язку рідину темно-коричневого кольору зі специфічним запахом карамелі та меланоїдинів; бурячна меляса має також запах три метиламіну та інших летких амінів, що утворюються при розпаді бетаїну.
Для спиртового виробництва меляса – найкраща сировина. Цінність її в тому, що поряд з високим вмістом цукру в ній знаходяться всі речовини, необхідні для нормальної життєдіяльності дріжджів. При переробці меляси спрощується технологічна схема, тому що виключається операції розварювання сировини та осахарювання крохмалю ферментами солоду чи культур плісеневих грибів. В меляснім суслі відсутні декстрини та неосахарений крохмаль, тому воно швидше зброджується, при цьому зменшуються витрати вуглеводів, що зброджується, та збільшується вихід спирту у перерахунку на умовний крохмаль, знижується собівартість спирту та підвищується виробничисть праці. До того ж з мелясної барди можна отримувати великий асортимент цінних для народного господарства продуктів, які ідуть як побічні продукти при виробництві етилового спирту і на їх виробництво не потребується додаткових витрат. Що також робить економічно привабливим виробництво спирту з бурячної меляси.
Зараз в Україні при виробництві спирту із меляси заключною стадією виробництва являється перегонка бражки і ректифікація спирту.
Ректифікацію можна здійснювати в установках періодичної або безперервної дії. Ректифікаційні установки періодичної дії використовують найчастіше у виноробстві (виробництво коньяку). Недоліком установки періодичної дії є необхідність безперервного збільшення флегмового числа, тобто зменшення продуктивності установки для забезпечення заданого складу дистиляту, тоді як частина ЛЛК у кубі безперервно зменшується. Недоліком також є нерівномірність у часі споживання установкою енергії та охолодження агента.
В установках безперервної дії вихідну суміш безперервно подають у колону так само безперервно відводять дистилят з конденсатора і кубовий залишок з кубової частини колони. Обігрівання колони може бути відкритим або за допомогою кип’ятильника – так зване закрите обігрівання. Відкрите обігрівання допускається, коли конденсат водяної пари не дає шкідливих домішок. Його здійснюють за допомогою барботера, який занурюють в кубовий залишок. При закритому обігріванні поверхня теплообміну може бути розташована як безпосередньо в кубовій частині, так і поза її межами.
При одержанні ректифікованого спирту безпосередньо з бражки використовують брагоректифікаційні установки. Вони звичайно мають три основні колони та 1 – 3 додаткові, що встановлюють вразі необхідності. В залежності від способу включення бражної колони в схему розрізняють брагоректифікаційні установки прямої, непрямої та напівпрямої дії.
Принципова особливість установок прямої дії полягає в живленні спиртової колони спирто-водяною парою, що виходить безпосередньо з бражної колони. В установках прямої дії теплота граючої пари використовується дворазово.
Принципова особливість установок непрямої дії – попереднє вилучення з бражки спирту та супутніх йому домішок, в результаті чого одержується спирт-сирець (бражний дестилянт), який у рідкому вигляді направляється в елюраційну колону, а потім у спиртову для очистки.
Треба відзначити, що в установках непрямої дії колони зв’язані між собою тільки рідинними потоками, в той час як в установках прямої дії – рідинними і паровими потоками, що ускладнює регулювання їх роботи.
В установках напівпрямої дії живлення елюраційної колони водно-спиртовою парою, яка виходить безпосередньо з бражної колони, а не бражним дистилятом.
Незалежно від того яка брагоректифікаційна колона прийнята для встановлення виділення чистого концентрованого розчину етилового спирту (ректифікату) здійснюється в ректифікаційних колонах. Вони можуть працювати як під тиском так і під вакуумом. Спосіб контактування потоків може бути ступінчатим (у тарільчатих колонах) або безперервним (у насадних або плівкових).
Ректифікаційні колони можуть бути повними і неповними. Повна колона складається з відгінної і концентраційної частин. Живлення у повну колону вводиться в середню частину (на верхню тарілку відгінної частини колони).
Неповна колона має тільки відгінну частину або одну концентраційну. Живлення у неповну відгінну колону подається на її верхню тарілку, в неповну концентраційну – під нижню в пароподібному вигляді.
У колонах спеціальні контактні пристрої (тарілки, насадки) створюють умови, що сприяють максимальному наближенню взаємодіючих парового та рідинного котлів.
Конструкція контактного пристрою повинна забезпечувати якомога більш інтенсивний масообмін на ньому. Це досягається у першу чергу шляхом створення розвиненої поверхні контакту фаз. У практиці спиртової промисловості, як правило, застосовують тарілчасті контактні пристрої. Вони можуть бути ковпачковими, сітчастими, клапанними, лускоподібними та іншими [ 14].
На даний час на спиртових заводах використовують дві безперервні схеми: одно потокова і двопотокова.
Одно потоковою схемою передбачається приготування із антисептованої меляси однієї розсиропки концентрацією сухих речовин 22-24%, на якій спочатку розмножують виробничі дріжджі, а потім дозрілі дріжджі піддають подальшому зброджуванню. Одно потокову схему зброджування меляси рекомендують використовувати на спиртових заводах, де виробляють хлібопекарні дріжджі. При цьому стійкість виделиних дріжджів із дозрілої бражки вище, ніж при двохпотоковому методі переробці меляси.
Сутність двох потокової схеми зброджування меляси заклечається в тому, що перероблювану мелясу ділять на два потоки. Одну частину меляси, яку антисептують збагачують поживними речовинами, розбавляють водою до концентрації сухих речовин 12-14% і приготовану розсиропку використовують в якості поживного середовища для безперервного розмноження дріжджів в дріжджегенераторах. Іншу частину меляси без будь-якої підготовки розбавляють до концентрації 32-34% сухих речовин і направляють в головний бродильний апарат батареї, в якому змішують дозрілі дріжджі і бродильну розсиропку в співвідношенні 1:1. Проведення процесу зброджування по одно- і двох потоковій схемі принципово одинакове. Двох потокову схему доцільно використовувати на спиртових заводах, що не виробляють хлібопекарські дріжджі. Вона дає можливість отримати більш високий вихід і покращити якість спирту.
Поряд з цими методами зброджування меляси на спиртових заводах значне поширення отримав двухстадійний спосіб переробки меляси з використанням двох рас дріжджів. Він підвищує вихід спирту при переробці меляс, що містять рафінозу, а при переробці безрафінозної сировини – підвищують вихід і значно покращюють мальтозну активність хлібопекарних дріжджів. Мелясна розсиропка по цьому способу зброджується двома расами дріжджів, що вирощені в різних дріжджегенераторах. Одну расу дріжджів подають в головний бродильний апарат, іншу – в 4,5-ий. Щоб підвищити вихід спирту із меляси, що містить рафінозу, зброджування необхідно проводити в першій стадії дріжджами раси В, а у другій – дріжджами Г-75. Для отримання високих виходів дріжджів з підвищеною мальтозною активністю, мелясну розсиропку на першій стадії зброджують гібридами 112, у другій дріжджами раси В.