Как приготовить раствор винной кислоты
Извлечение винной кислоты, спирта и виноградного красителя из отходов
Свободная винная кислота Н2С4Н4О6 хорошо растворима в воде Однако в отходах виноделия значительная часть ее находится в виде трудно растворимых солей: кислого виннокислого калия и виннокислого кальция.
Для извлечения винная кислота должна быть переведена в раствор в свободном состоянии или в виде хорошо растворимой соли. С этой целью обычно применяют обработку минеральными кислотами (H2SO4, HCl) или кальцинированной содой.
После удаления механических загрязнений раствор обрабатывают известковым молоком, хлористым кальцием или комбинацией обоих реагентов. Образующийся виннокислый кальций СаС4Н4O6·4Н2O (виннокислая известь, ВКИ) выпадает в осадок, который собирают и сушат. Свободную винную кислоту можно осаждать также мелом.
Ниже приведены основные реакции винной кислоты и ее соединений при извлечении из отходов виноделия.
По реакциям XI-XIII осаждается лишь половина винной кислоты. Если в растворе содержится смесь ее с битартратом калия, то вначале вносят хлористый кальций (реакция XII), а затем осаждают свободную винную кислоту по реакции VII.
Таблица 83. Технологические схемы переработки отходов виноделия
Отделение, промывка, сушка и хранение ВКИ проводятся так же, как описано в схеме I. Применяется также сушка винных дрожжей с использованием сушилок различных типов.
Осадки, выпадающие при хранении виноградного сока, могут перерабатываться по схеме III.
При утилизации коньячной барды применяют осаждение винной кислоты хлористым кальцием и известковым молоком либо только хлористым кальцием (в последнем случае барду предварительно нейтрализуют кальцинированной содой).
Извлечение винной кислоты из барды методом осаждения дает низкий выход ВКИ.
Ионообменный способ извлечения винной кислоты
Способ основан на применении синтетических ионообменных смол, которые представляют собой высокомолекулярные органические нерастворимые вещества, способные обменивать свои подвижные ионы на ионы из раствора.
Смолы основного характера по своей способности обменивать анионы получили название анионитов. Смолы с кислотными свойствами, способные обменивать катионы, называются катионитами.
Метод ионообмена особенно эффективен при извлечении веществ, находящихся в растворе в небольшой концентрации. В частности он применим для получения винной кислоты из коньячной барды и выжимочных экстрактов.
Основные стадии процесса: извлечение винной кислоты анионитом, вытеснение ее из смолы реагентом в виде концентрированного раствора (десорбция), осаждение кальциевой соли (ВКИ).
На первой стадии винная кислота адсорбируется на смоле, одновременно освобождаясь от значительной части сопутствующих кислот и других примесей. Эта операция протекает более успешно, а обменная емкость анионита используется полнее, если в растворе находятся кислоты в свободном состоянии. Вытеснение кислот из их солей достигается обработкой раствора катионитом.
Обработка катионитом в водородной форме:
R — элементарное звено катионита или анионита (условно). Извлечение винной кислоты анионитом в гидроксильной форме:
Десорбция раствором соляной кислоты:
Из полученного раствора винную кислоту осаждают известковым молоком (15% СаО). Отработанные смолы регенерируют, а затем повторяют цикл.
Катионит регенерируют раствором соляной кислоты:
Анионит регенерируют раствором щелочи:
RCI + NaOH ↔ ROH + NaCI.
Извлечение винной кислоты анионитом в хлоридной форме:
Десорбция раствором поваренной соли:
Осаждение винной кислоты из раствора ее натриевой соли проводят хлористым кальцием.
Ионообменный способ позволяет извлечь более 85% винной кислоты, содержащейся в сырье. Содержание винной кислоты в ВКИ 52-57%.
Характеристика виннокислотного сырья
Виннокислая известь. Сухой, легко рассыпающийся порошок пепельного или кремового цвета. Реакция нейтральная или слабо-кислая (по лакмусу). Содержание винной кислоты в виннокислой извести I сорта не менее 48%, II сорта не менее 40%. Нерастворимых примесей не более 25%, коэффициент загрязнения не более 3%.
Коэффициентом загрязнения виннокислотного сырья называют отношение суммарного количества соединений железа, алюминия и фосфора к количеству винной кислоты, выраженное в процентах.
Винный камень. Содержание винной кислоты в винном камне I сорта не менее 60%, II сорта — не менее 50%. Нерастворимых примесей соответственно не более 3 и 5%, при коэффициенте загрязнения не более 1 и 2%. Реакция кислая.
Дрожжи винные сушеные. Содержание винной кислоты в дрожжах I сорта не менее 28%, II сорта — не менее 24%. Нерастворимых примесей не более 50% (на сухое вещество), коэффициент загрязнения не более 2% для обоих сортов.
Источник
Как приготовить раствор винной кислоты
Свойства винной кислоты и ее солей
Винная кислота представляет собой бесцветные прозрачные кристаллы, хорошо растворимые в воде и спирте. Получается она из виннокислых солей путем воздействия на них минеральными кислотами (серной, соляной).
Винной кислоты в свободном состоянии в отходах виноделия находится очень мало или совсем не имеется.
В тех случаях, когда требуется все соли винной кислоты, растворимые и нерастворимые, находящиеся в обрабатываемых отходах, очистить от загрязняющих веществ, действуют минеральными кислотами (серной или соляной). Этим путем соли переводят в раствор, который подвергают отстаиванию, а осадок, представляющий собой грязь, отделяют путем сливания жидкости и таким образом получают очищенный продукт. Жидкость, представляющую собой раствор винной кислоты, обрабатывают известью.
Битартрат, или кислый виннокислый калий (КН5С4О6), в чистом виде представляет собой бесцветные кристаллы, дающие при размельчении белый порошок, достаточно хорошо растворимый в горячей воде и плохо растворимый в холодной.
Растворимость битартрата при различных температурах дана в табл. 37.
Битартрат в спирте не растворяется. В водно-спиртовых растворах растворимость его уменьшается с увеличением содержания спирта.
В табл: 38 указана растворимость битартрата в водно-спиртовых растворах при 12°.
Битартрат является одним из важнейших веществ, которые находятся в винограде, преимущественно в виноградном соке. Общее содержание виннокислых солей в виноградном соке колеблется в среднем от 7 до 9 г/л.
| Температура | Растворимость в г/л | Температура в °С | Растворимость в г/л |
|---|---|---|---|
| 0 | 3,2 | 70 | 32,0 |
| 10 | 4,0 | 80 | 45,0 |
| 20 | 5,7 | 90 | 57,0 |
| 30 | 9,0 | 100 | 69,0 |
| 40 | 13,1 | 110 | 82,0 |
| 50 | 18,1 | 120 | 94,0 |
| 60 | 24,0 | 130 | 106 |
При превращении виноградного сока в вино во время брожения и иосле него часть виннокислых солей выпадает; эти соли, оседающие на дне и на стенках бочки, образуют винный камень. Кроме битартрата, представляющего собой кислый виннокислый калий, в сусле находится также в значительно меньшем количестве виннокислый кальций, оседающий в вине вместе с битар-тратом при образовании винного камня.
| Содержание алкоголя в растворе в % | Растворимость битартрата в г/л | Содержание алкоголя в растворе в % | Растворимость бигартрата в г/л |
|---|---|---|---|
| 6 | 3,1 | 40 | 0,9 |
| 8 | 2,8 | 50 | 0,7 |
| 10 | 2,6 | 60 | 0,4 |
| 12 | 2,2 | 70 | 0,3 |
| 20 | 1,6 | 80 | 0,2 |
| 30 | 1,2 | 90 | 0,15 |
Из описанных выше свойств битартрата можно сделать важные практические выводы.
Прежде всего надо обратить внимание на то, что растворимость битартрата в воде с понижением температуры быстро падает (см. табл. 37). Это особенно важно иметь в виду при извлечении виннокислых солей из выжимки горячей водой. Если после разгрузки перегонного куба дать жидкости остыть, то некоторая часть, битяртрата выпадает в осадок и остается на выжимке. Вот почему для более полного извлечения битартрата применяют повторное кипячение. Из той же таблицы видно, что в маточном растворе, который обычно сливают с выпавшего в осадок винного камня в канализацию, пропадает некоторое количество битартрата. Величина потерь тем больше, чем выше температура маточного раствора.
Из табл. 38, показывающей растворимость битартрата в водно-спиртовых растворах, видно, что при увеличении содержания спирта в вине битартрат выпадает в осадок. Это обычно наблюдается при спиртовании сусел и вин, а также при образовании спирта в сусле во время брожения.
Выпадение битартрата происходит также при понижении температуры вина, что бывает при переводе вин в помещения с более низкой температурой, например при перенесении вина из бродильного помещения в подвал. Влияние понижения температуры вина на выпадение виннокислых солей можно наблюдать при помещении вина в холодильники.
Как и все виннокислые соли, битартрат хорошо растворяется в минеральных кислотах. Этим пользуются на производстве во всех случаях, когда требуется целиком растворить находящиеся в отходах виннокислые соли, в том числе и битартрат.
Виннокислый кальций (СаН4С4О6) представляет собой белое кристаллическое вещество. В воде он нерастворим, но хорошо растворяется в минеральных кислотах. В выжимке и дрожжах виннокислого кальция мало. Количество его в отходах увеличивается, если во время виноделия сусло или мезгу обрабатывали известковыми солями, например при гипсовании, или при переработке отходов употребляли жесткую воду, содержащую избыток известковых солей.
Поэтому при работах по извлечению виннокислых солей из отходов виноделия не следует употреблять воду, богатую известковыми солями. Например, если при обработке выжимки употребляют воду, содержащую известь, часть битартрата переходит в виннокислую известь и остается в выжимке. Так как виннокислая известь (СаН4С4О6) почти нерастворима в воде, то и повторное кипячение не извлекает осевшего на выжимке виннокислого кальция и он выбрасывается с выжимкой. Только обработка серной или соляной кислотой, которые растворяют виннокислые соли, дает возможность выделить из выжимки осевшую на ней виннокислую известь.
При выборе воды для переработки виноотходов необходимо обращать особое внимание на содержание в ней извести и избегать употребления при перегонке жесткой воды. Но и жесткую воду можно сделать пригодной, добавив 60-80 г серной или соляной кислоты на 1 дкл. Можно также употреблять отработанные маточные воды из того же перегонного аппарата в продолжение четырех-пяти перегонок, после чего эта вода делается негодной, так как обогащается слизистыми веществами.
На практике часто пользуются водой из холодильника, где она подвергается предварительному нагреву и благодаря этому освобождается от избытка извести.
Нерастворимость виннокислого кальция в воде используется в производстве виннокислотного сырья при выделении его в виде виннокислой извести.
Весь процесс при этом сводится к тому, что сначала из винных отходов извлекают виннокислые соли путем обработки горячей водой или минеральными кислотами (серной или соляной), после чего эти соли переводятся в винную кислоту. Полученный раствор очищают отстаиванием и с помощью известкового молока переводят всю винную кислоту в известковые соли, которые вследствие нерастворимости в воде оседают на дно. При сливании жидкости с осадка отделяют виннокислую известь и таким образом извлекают всю винную кислоту из обработанных винных отходов.
Есть еще одно вещество, получающееся в растворах во время переработки отходов виноделия на виннокислотное сырье. Это — средний виннокислый калий.
Виннокислый калий (К2Н4С4О6) в противоположность виннокислой извести хорошо растворим в воде. Он получается в процессе производства в тех случаях, когда винные отходы для извлечения виннокислых солей обрабатывают только водой ( Например, при получении виннокислой извести из растворов, обработанных горячей водой, при повторном кипячении выжимки и из коньячной барды) без помощи кислот (серной или соляной) и полученные водные растворы битартрата осаждают известковым молоком. В таком случае при действии известкового молока образуются в осадке виннокислый кальций и виннокислый калий, остающиеся в растворе. Для того чтобы перевести виннокислый калий в осадок, необходимо прибавить в раствор хлористого кальция или соляной кислоты, которая при действии извести образует тот же хлористый кальций.
Пренебрежение к добавлению хлористого кальция или соляной кислоты в указанных выше случаях недопустимо, так как при обработке одним известковым молокам, без добавления хлористого кальция, с осадка в сточную канаву сливается и растворенный в жидкости виннокислый калий, то есть теряется ценное виннокислотное сырье.
В некоторых случаях в зависимости от состава обрабатываемого раствора битартрата потери могут достигать 50%.
Винный камень представляет собой отложения виннокислых солей на стенках винной посуды. Эти отложения образуются во время брожения и выдержки вина. (Винный камень состоит преимущественно из битартрата. Кроме того, в нем имеются в небольшом количестве и другие виннокислые соли: виннокислая известь, виннокислый магний и другие, а также посторонние вещества (дрожжи, бактерии и загрязняющие вещества).
Очищенный кристаллизацией винный камень употребляют в медицине под названием кремортартара.
Содержание виннокислых солей в винном камне в среднем составляет около 60%, а в отдельных случаях достигает 70% и выше.
Источник