Залежно від температури в процесі вуглевипалювання виділяють чотири періоди.
У першому періоді (до 150-160 ° С) відбувається тільки вису-Шивані деревини, а також виділення скипидару, якщо він в ній є. Розкладання деревини відбувається при більш високих температурах і в залежності від переважної кількості виділяються продуктів ці періоди називаються: водянистий (від 150 до 260-280 ° С); газовий (від 260 до 330-360 ° С) і Дегтярний (від 330 до 400-430 ° С). При цьому кількість обвуглені вуглецю залежить від температури вуглевипалювання (див. Табл. 45).
Як видно з наведеної таблиці, розкладання деревини практично повністю закінчується при температурах обвуглитися-вання близько 430 ° С. Крім того, кількість що залишається вуглецю у вигляді вугілля залежить від швидкості обвуглювання, різко зменшуючись з її збільшенням.
Для очищення водно-спиртових розчинів вживається деревне вугілля легких порід дерева; бука, берези, липи, верби; менш підходять хвойні породи. Використовуються неушкоджені гниллю молоді, не старше 25-річного віку, дерева з діаметром стовбура від 7 до 15 см. Перед випалюванням стовбур необхідно очистити від кори. Вугілля з коренів, гілок і сучків малоефективний. (Низькоякісна горілка, очищена вугіллям з коренів і гілок дерев, в Росії називалася "сучок".) На випал йдуть поліна довжиною 1 - 2 м і товщиною, яка визначається діаметром стовбура, тобто 7 - 15 см.
На практиці застосовувалися різні способи отримання деревного вугілля, які можна розділити на три групи: з рухомою покришкою (випал вугілля в лісі в ямах або вогнищах); з нерухомою покришкою (випал в печах); в закритих ємностях. Спочатку повсюдно використовувався перший спосіб. Надалі, з підвищенням вартості деревини і з метою її більшої утилізації (отримання дьогтю, метилового спирту, оцтової кислоти, горючих газів і ін.), Стали застосовувати останній.
У разі застосування ямного або вогнищевого вуглевипалювання деревне вугілля для очищення водно-спиртових розчинів готують в два етапи. На першому етапі проводять випал деревини в ямах або вогнищах; другому - випал деревного вугілля в печах.
Ямне обвуглення. Яму викопують в землі конічної або круглої форми, приблизно 2 м діаметром і 1 м глибиною; на дно її укладають хмиз і невеликий горючий матеріал, запалюють останній і дають йому розгорітися; далі поступово, не послаблюючи вогню, накидають шматки обжигаемой деревини таким чином, щоб максимальна висота їх шару приблизно дорівнювала глибині ями, після чого покривають все дерном і насипають поверх нього шар землі. Загальна товщина дерну з шаром землі близько 10 см. Через добу обвуглювання закінчено. Обвуглитися-вання деревини в ямах відбувається як за рахунок тепла, що виділяється при горінні хмизу, так і значної частини деревини, призначеної для отримання вугілля. Вважалося, що Ямне обвуглення економічно найменш вигідно.
Вогнищеве обвуглення набагато досконаліше ямного. Головна умова успішного обвуглювання деревини в багатті полягає в пристрої хорошою покришки з дерну і землі, що може в необхідних межах перекривати доступ повітря до палаючої деревині; обвуглювання ж її в вогнищах відбувається за рахунок тепла, що виділяється при згорянні частини деревини. Повітря до багаття може надходити як через покришку, так і через грунт. Тому необхідно вибирати грунт помірно пропускає повітря. Кращою є суглинних грунт середньої вологості; піщаний грунт, занадто добре пропускає повітря, і щільна глиниста, зовсім його яка не пропускає, непридатні для розташування на них багаття. Вибравши місце, приступають до обладнання струму, знімають дерен і вирівнюють майданчик. Поліна укладають як вертикально, так і горизонтально, а часто частина їх укладають вертикально, а частина горизонтально. У центрі багаття у своєму розпорядженні більш тонкі поліна, до периферії - більш товсті. Коли поліна укладені, їх спочатку покривають хмизом, а потім дерном, землистої стороною. вгору, при цьому у верхній центральній частині багаття залишають Невелика ділянка, непокритий дерном. Запалювання багаття виробляють через цю ділянку, кидаючи на нього жар. У правильно складеному і підпаленому багатті горіння відбувається зверху вниз і обвуглена частина багаття є конус, вістрям спрямований до землі, площа підстави якого і висота збільшуються в міру горіння.
Згідно [48]: ". Вугілля першого випалу вважається хорошим і задовольняє своєму призначенню, якщо він * порист, обпалений рівно, не містить сажкою і надмірно перепалених шматків, розсипається при легкому тиску; в ньому не повинно бути обвуглених шматків кори, а так само він повинен бути чистий і не містити сторонніх домішок, як-то: піску, сміття.
Вугілля, який одержують шляхом випалу в багатті або ямі, завжди містить деяку кількість смол і тому не може бути використаний для очищення водно-спиртового розчину. Тому отримане вугілля обпалювали ще раз.
Повторний випал вугілля виробляється в залізних печах циліндричної форми, встановлених вертикально, з відкидними кришкою і дном. У дно печі вмонтовані колосники, відкрита площа яких регульована. При випалюванні кришка печі відкидається, на дно поміщають трохи розпеченого вугілля, засипають на них призначені х випалу вугілля і відкривають колосники. Випал ведеться за рахунок вигорання смол і частини вуглецю, з наявних у вугіллі. Коща вся маса вугілля придбає червоний колір, чому відповідає температура 800 - 1000 ° С, перекривають доступ повітря до вугілля, дають йому трохи охолонути, відкривають дно печі і ще розпечене вугілля висипають в підставлені залізні бочки. Останні, після їх заповнення вугіллям, щільно закривають і в такому стані вугілля зберігається до використання.
Для випробування якості вугілля другого випалу, що йде на очищення водно-спиртових розчинів, практика виробила неяк-до прийомів [48]: ". 1) беруть порцію вугілля, кладуть у склянку і наливають його вином фортецею 40 °. Хороший вугілля, на який налито вино, по мірі всмоктування його повинен викликати порівняно значне підвищення температури суміші; 2) хороший вугілля щільно прилипає до мови і при змочуванні його слиною дає піну; 3) скляну колбу, місткістю близько літра, майже повністю наповнюють шматочками вугілля, подрібнений-ного до величини лісового оре а, після чого заливають вином і не закупорюючи залишають стояти протягом доби, збовтуючи від часу до часу; якщо злите і профільтровану через паперовий фільтр вино виявиться безбарвним і на смак хорошим, то вугілля обпалений правильно ".
Удавана щільність деревного вугілля (тобто вага одиниці об'єму вугілля, як він є, з усіма порами і проміжками між шматками) залежить від сорту дерева; щільні породи дають щільний вугілля, м'які - м'який: 1 л липового вугілля важить 0,16 кг; березового - 0,2; букового - 0,18 - 0,19 кг.
Для очищення водно-спиртових розчинів рекомендується викорис-товувати суміш з порошкового вугілля (30 мас.%) І кускового (70 мас.%), З розмірами шматків з лісовий горіх.
Деревне вугілля має високу поглощательной (сорбційної) і католицької здібностями щодо БАГАТЬОХ речовин. Встановлено, що на компоненти водно-спиртового розчину він діє двояким чином: фізично, як адсорбент, вибірково поглинаючи деяких з них, і хімічно, як каталізатор, сприяючи окисленню наявних речовин і утворення нових. Крім того, з деревного вугілля в обра-бативает водно-спиртовий раствбр переходять наявні в ньому різні розчинні речовини, переважно поташ, ска-викликають на Смакових якостях горілки.
Оскільки активні властивості деревного вугілля проявляються тим сильніше, чим більше його поверхню, з метою збільшення останньої деревне вугілля обробляють спеціальним чином. В результаті такої обробки великі шматки вугілля руйнуються на дрібні і пил, що знаходилася в них зола вимивається, а залишки летючих речовин (переважно смоли) випаровуються. Через це в частинках вугілля утворюються численні пори, 'мають значну поверхню (від 200 до 1000 м на 1 г вугілля) і обсяг (близько 95% обсягу частинок вугілля), що істотно вище, ніж в деревному вугіллі, отриманому звичайним способом. Деревне вугілля, спеціально оброблений з метою збільшення його сорбційної і каталицької здібностей, називається активним.
Вважається, що в середньому сорбционная здатність активного вугілля в 4 - 5 разів вище, ніж у звичайного деревного вугілля. При цьому як у деревного, так і у активного вугілля, отриманого з одного і того ж виду деревини, її величина може коливатися в досить широких межах.
Загалом, виходячи з оргаяолептіческіх якостей горілки, одержуваної з високоякісного ректифікованого спирту, вважається, що основна роль вугілля полягає в каталізі процесів утворення альдегідів, окиснення спиртів в карбонові кислоти, реакцій між 'спиртом і. карбоновими кислотами, в результаті чого утворюються ефіри, обумовлює-щие "букет" горілки. При цьому сорбирующие властивості вугілля по відношенню до сивушні масла розведеного ректифікованого спирту вважаються другорядними. Зі сказаного ясно, чому розчин ректифікованого спирту у воді міцністю 40 ° не має смакових якостей горілки: ці якості розчин набуває тільки після обробки його деревним (активним) вугіллям протягом певного часу.
На казенних і приватних заводах з виробництва горілки в Росії обробка водно-спиртових розчинів деревним вугіллям полягала в фільтруванні розчину через вугілля, поміщений в спеціальні ємності, звані вугільними фільтрами, і відрізнялася великою різноманітністю і, зокрема, складом вугілля, числом фільтрів, кількістю вугілля , що витрачається на одиницю Обсягу розчину, швидкістю фільтрування і числом послідовно-тельно проведених операцій фільтрування. За радянських часів замість деревного вугілля повсюдно стали використовувати більш ефективний активне вугілля і кілька технологічних схем очищення їм водно-спиртового розчину. Відпо відомості наведені в наступному розділі книги.
Відновлення (регенерація) вугілля. Так як дія вугілля на водно-спиртовий розчин з часом слабшає і врешті-решт повністю припиняється, а вугілля досить дорогий матеріал, доцільно його багаторазове використання. З цією метою його регенерують, тобто видаляють з нього поглинені з водно-спиртового розчину воду, спирт і домішки, восстанав-ливая цим його каталітичні та адсорбційні здатності. В основі процесу регенерації лежить явище температурної оборотності адсорбції: з пониженням температури вона збіль-чивается, а з підвищенням - знижується. Тому прогрів відпрацьованого вугілля при досить високій температурі призводить до видалення накопичених їм речовин, благодяря чому відновлюються його адсорбційна і каталітична спосіб-ності. Регенерацію необхідно проводити відразу ж після закінчення очищення, так як у вологому вугіллі може легко виникнути плісняве бродіння.
Регенерація вугілля на горілчаних заводах в Росії. Спочатку відпрацьований вугілля обробляли водяною парою з температурою 100 ° С, в результаті чого вугілля в значній мірі звільняються-дався від легколетких компонентів водно-спиртового розчину, переважно альдегідів і етилового спирту, і лише частково від компонентів сивушного масла, після чого вугілля перевантажували в спеціальні ємності, де виробляли його висушування (видалення вологи) гарячими топковим газами, без їх безпосереднього контакту з вугіллям. Подальша теплова обробка вугілля проводилася двояким чином: або відпалом його при обмеженому доступі повітря, або пропарюванням перегрітою водяною парою.
У першому випадку відновлення виробляли в встановлених вертикально ємностях циліндричної форми з заліза, смон-тірован в полум'яній печі. При цьому нижня частина циліндрів знаходиться поза печі і в силу цього охолоджується повітрям. Відновлення виробляли наступним чином. Попередньо висушений вугілля засипають в циліндри з боку їх верхній частині: у верхній і середній частині їх він прожарюється без безпосереднього контакту з полум'ям, в нижній частково охолоджується. Після прожарювання висувають розташовану внизу циліндра засувку і висипають вугілля окремими порціями в залізні бочки, які після цього, закупорюються і таким чином вугілля зберігають до використання. Оскільки в наведеній технології неможливо повністю запобігти доступ повітря до вугілля, відбувається його часткове вигоряння, що економічно не виправдане.
У другому випадку відновлення вугілля виробляли перегрітою водйним паром з температурою 500 - 600 ° С, який пропускали через циліндр з вугіллям. Пар з такою температурою отримували, попередньо пропускаючи пар з температурою 100 ° С через змійовик, розташований в димоході вогневої печі.
Регенерація вугілля на горілчаних заводах СРСР в довоєнний час. Відновлення активного вугілля на вітчизняних горілчаних заводах вироблялося після його вивантаження з системи очищення водно-спиртового розчину і складалося з чотирьох стадій [38]: 1) відмивання від спирту (вимочкі); 2) обробки розчином соляної кислоти; 3) відмивання вугілля від кислоти; 4) прожарювання вугілля.
Спирт витягувався з вугілля шляхом відмивання проточною водою до повної відсутності в ній спирту, що визначали спиртоміром. З цією метою відпрацьований вугілля перевантажували в сітчасту коробку, через яку пропускали проточну воду. Після цього вода, що містить 7 - 9 об.% Спирту, йшла або на перегонку, або на приготування денатурату.
Обробку соляною кислотою здійснювали з метою розчинення і подальшого видалення осіли в порах вугілля мінеральних солей, які перейшли на вугілля з води, що входить до складу очищаемого водно-спиртового розчину. Згідно [38], ця операція вкрай необхідна, оскільки які у порах вугілля солі значно знижують його активність. Після декількох циклів вугілля може настільки забруднитися солями, що застосування його виявиться неефективним. Для обробки вугілля використовувався 5% -ний розчин соляної кислоти. З цією метою вугілля поміщали в дерев'яну діжку і, перемішуючи суміш дерев'яною веслом, вливали розчин кислоти. Кінець реакції визначали по припиненню шипіння і виділенню бульбашок газу. Після цього витримували вугілля в розчині кислоти близько 5 хв, потім розчин зливали, а вугілля промивали струменем проточної води, попередньо пропущеної через пісочний фільтр. Вважалося, що такий фільтр затримує більшість солей з наявних в проточній воді, і тому очищена таким чином вода повторно не буде забруднювати вугілля солями. Промивання проводилася до повного видалення слідів кислоти, в чому переконувалися пробою води на синю лакмусовий папірець, який при нейтральній кислотності не змінює свій колір.
Прожарювання вугілля вироблялося протягом 6 - 8 год при температурах 250 - 350 ° С. Спочатку вугілля підсушували при кімнатній температурі протягом декількох годин, розклавши його тонким шаром на підвішеній дрібнопористої сітці. Після цього вугілля завантажувався в металеві патрони, які на початку прогрівання залишалися відкритими для видалення парів води і легкокипящих домішок; потім вони нещільно закривалися таким чином, щоб залишилися в вугіллі тяжелокіпящіе домішки могли вийти за межі патрона, а доступ повітря був би обмежений, тому що активний вугілля в атмосфері повітря починає окислюватися (горіти) вже при 200 ° С. Після закінчення відпалу вугілля перевантажувався в металеві стакани з щільно закриваються кришками. У такому вигляді його можна зберігати досить довго, не побоюючись забруднення сторонніми газоподібними речовинами.
Сучасна технологія регенерації вугілля. З метою економії часу, енерго - і трудовитрат в умовах сучасного промислового виробництва горілки регенерація відпрацьованого вугілля виробляється водяною парою в тих же колонах, де проводилася обробка вугіллям водно-спиртового розчину, відразу ж після закінчення чергової очищення. Оскільки ці колони зсередини лужени оловом, щоб уникнути його окислення і плавлення, температура пара не перевищує 115 - 120 ° С. Відзначимо, що регенерація відпрацьованого вугілля Ьрі такий відносно низькій температурі малоефективна.
Регенерація вугілля в сучасних побутових умовах. Реге-нерацію вугілля можна здійснити в такий спосіб. Для вилучення спирту відпрацював вугілля поміщають в стакан з жаростійкого скла, кераміки або нержавіючої сталі, заливають fere дистильованою водою, за обсягом в 2 - 3 рази перевищує обсяг вугілля, Витримують суміш протягом 15 - 20 хв. після чого водно-спиртовий розчин зливають. Промивання повторюють 2 - 3 рази. Після цього склянку з вугіллям поміщають на грубку або в духову шафу газової плити і прогрівають протягом б - 8 год при температурі, що не перевищує 200 ° С. На початку нагрівання, до зникнення запаху спирту, кришка шафи і стакан повинні бути відкриті, після цього їх можна нещільно прикрити. Прогрів обов'язково проводити в провітрюваному приміщенні, так як виконується робота відноситься до числа вибухо - і пожежонебезпечних. Після охолодження до 60 - 70 ° С вугілля можна використовувати відразу ж для наступної очистки. Якщо попереджено потрапляння пилу з повітря, вугілля можна зберігати у відкритій ємності. Однак перед застосуванням необхідно його прогріти протягом 3 - 4 год при температурах 180 - 190 ° С. Свежеполученний вугілля або ж використовувався 5 - 6 разів для очищення доцільно обробити соляною кислотою по раніше описаної технології.