Анализ спирта на содержание воды

Спирты применяются не только как растворители, но и как сырье в разнообразных синтезах. Так, например, метиловый спирт широко используют для производства формальдегида, этиловый спирт — непосредственно в медицинской практике.

Для качественного определения спиртов используется «нитрохромовая реакция», которая основана на окислении спирта бихроматом калия в присутствии серной кислоты. При этом образуется альдегид или кетон, сульфат хрома Cr2(S04)3, который придает смеси зеленую окраску.

Спирт этиловый технический бывает гидролизный, сульфитный, синтетический.

Свойства. Бесцветная прозрачная жидкость, плотность 813-816 кг/м3, температура кипения 77-78,5 С.

Технические требования на спирт этиловый синтетический. Содержание этилового спирта (крепость) в очищенном спирте 95%, в техническом — 92% (об.); веществ, окисляющихся в условиях определения изопропилового спирта, не более 0,05% (об.) для очищенного и 0,21% (об.) для технического. Содержание сернистых соединений для очищенного спирта (в пересчете на серу) не допускается, а для технического — 2 мг/л. Содержание кислот в пересчете на уксусную 10 мг/л для очищенного и 15 мг/л для технического спирта. Содержание сложных эфиров 250 мг/л, альдегидов не более 0,05% (об.) и 0,1% (об.) сухого остатка не более 10 мг/л; этилового эфира в очищенном спирте не допускается, в техническом — 1% (об,).

Содержание этилового спирта определяют с помощью специального ареометра — спиртометра. При определении крепости технического спирта значение, найденное по спиртометру, уменьшают на сумму примесей — веществ, окисляющихся в условиях определения изопропилового спирта (в пересчете на изопропиловый), диэтилового эфира и нерастворимых в воде веществ. Все величины выражают в объемных процентах.

Определение основано на том, что при действии окислителя этиловый спирт превращается в уксусную кислоту, а изопропиловый спирт — в ацетон. В отгоне, полученном после окисления, ацетон определяют йодометрическим способом.

Ход анализа. Для окисления готовят окислительную хромовую смесь следующим образом: в мерную колбу емкостью 100 мл вносят 10 г бихромата калия, 50 мл воды и постепенно, встряхивая, 25 мл концентрированной серной кислоты. Раствор в колбе охлаждают и объем доводят до метки. Полученный раствор выливают в круглодонную колбу емкостью 500 мл.

Затем готовят водный раствор анализируемого спирта. Для этого в мерную колбу емкостью 100 мл наливают 20-25 мл воды и взвешивают с точностью до 0,01 г. При помощи пипетки в колбу вносят 2 мл спирта и снова взвешивают с той же точностью. Раствор в колбе доводят водой до метки и перемешивают.

В колбу с окислительной смесью вносят 100 мл приготовленного спиртового раствора. Колбу закрывают пробкой и, перемешав, оставляют на 30 мин. При этом происходят следующие реакции окисления:

Затем в колбу помещают капилляры для равномерного кипения, 20-25 мл воды и через двухшариковый дефлегматор присоединяют к холодильнику для отгонки. Полученные при окислении кетоны отгоняются вместе с водой в приемник, помещенный в емкость с холодной водой. Отгонку прекращают, когда количество дистиллята достигнет 60-70 мл.

Дистиллят переливают в коническую колбу с притертой пробкой, прибавляют 12 мл 4 н. раствора едкого натра и 25 мл 0,1 н. раствора йода. Колбу закрывают пробкой, перемешивают и оставляют стоять.

Образующийся сильный окислитель гипойодид натрия окисляет полученный ацетон до йодоформа:

Затем к раствору добавляют 5 мл соляной кислоты (ГОСТ 3118-46) для восстановления растворов гипойодида и окисления йодида натрия до молекулярного йода:

Избыток йода оттитровывают 0,1 н. раствором тиосульфата натрия в присутствии 0,5% раствора крахмала:

Содержание веществ, окисляющихся в условиях определения изопропилового спирта, в пересчете на изопропиловый спирт в объемных процентах (X) вычисляют по формуле:

где V — количество 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование 25 мл 0,1 н. раствора йода (контрольный опыт проводят 1 раз в сутки в условиях испытания изопропилового спирта), мл; V1 — количество 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, пошедшее на титрование избытка йода, мл; 1,001 — количество изопропилового спирта, соответствующее 1 мл 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, мг; а — навеска пробы, г; d — плотность исследуемого спирта при температуре 20 С, кг/м3; 0,785 — плотность изопропилового спирта, кг/м3.

источник

Чистый 100%-ный этиловый спирт — гигроскопичная бесцветная жидкость с характерным запахом; температура кипения 78 °С, плотность при 20 °С 789,2 кг/м 3 . В зависимости от способа получения и очистки в товарном этиловом спирте могут присутствовать различные примеси: высшие спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, углеводороды и другие вещества, содержание которых обычно не превышает десятых долей процента.

Определение содержания этилового спирта

Выпускаемый нашей промышленностью этиловый спирт содержит от 88 до 96,2% (об.) спирта в зависимости от метода синтеза и качества очистки. За исключением незначительного количества примесей органических веществ, остальное составляет вода. Так как плотность воды значительно больше плотности этилового спирта, то по плотности анализируемого спирта можно с достаточной точностью определить в нем содержание и воды, и спирта. Определение плотности проводят с помощью специальных ареометров — спиртометров. В спиртовых таблицах, утвержденных Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, по значению плотности анализируемого спирта при 20 °С находят:

1) содержание спирта при 20 °С [в% (об.)];
2) объем безводного спирта при 20 °С (в л), заключающийся в данном объеме или в 1 кг;
3) содержание спирта при 20 °С [в% (масс.)].

При наличии в техническом этиловом спирте примесей в количествах, превышающих установленные ГОСТом нормы, следует в процентное содержание спирта, найденное по таблице, внести поправку. Значение’ этих поправок также находят по специальным таблицам. Например, в анализируемом — спирте содержится 1% диэтилового эфира. По плотности найдено, что содержание спирта составляет 93%. Чтобы узнать истинное содержание спирта, следует из 93% вычесть поправку на эфир, равную 1,3%.

Определение содержания альдегидов

Метод основан на реакции взаимодействия альдегидов с солянокислым гидроксиламином с образованием оксимов:

RCHO + NH2OH.HCl > НС1 + Н20 + RCH = NOH

Выделившуюся соляную кислоту нейтрализуют щелочью, по расходу которой судят о количестве альдегидов в спирте в расчете на уксусный альдегид.

Гидроксиламин солянокислый, 1 н. раствор.

Индикатор бромфеноловый синий. 0,1 г. бромфенолового синего и 1,5 мл 0,1 н. раствора едкого натра растирают в ступке до однородной массы. Затем приливают 5-10 мл воды и все содержимое ступки переносят в мерную колбу объемом 100 мл. Несколько раз ополаскивают ступку с пестиком водой, сливая ее в ту же колбу, и доводят объем в колбе водой до метки.

В коническую колбу с пробкой вливают 10 мл анализируемого спирта, 50 мл воды и после перемешивания 10 мл 1 н. раствора солянокислого гидроксиламина. Закрывают колбу пробкой и оставляют стоять на 15-20 мин. Выделившуюся соляную кислоту оттитровывают 0,1 н. раствором едкого натра в присутствии 5-10 капель бромфенолового синего до синего цвета.

Параллельно проводят контрольный опыт, т.е. в коническую колбу берут 10 мл 1 н. раствора гидроксиламина, 60 мл воды и титруют 0,1 н. раствором едкого натра.

Содержание альдегидов в пересчете на уксусный альдегид х (в мг на 1 л спирта) вычисляют по формуле:

где V1 — объем точно 0,1 н. раствора едкого натра, пошедшего на титрование анализируемого спирта, мл; V₂ — то же на контрольное титрование, мл; 0,0044 — количество уксусного альдегида, эквивалентное 1 мл точно 0,1 н. раствора едкого натра, г.

Определение содержания изопропилового спирта

Метод определения содержания изопропилового спирта в этиловом спирте состоит в окислении спиртов хромовой смесью по реакциям:

Образовавшийся ацетон отгоняют, и затем в Щелочной среде окисляют его йодом:

Соляная кислота, плотность 1,19 г./мл.

Хромовая смесь. В мерную колбу объемом 1 л отвешивают 100 г. бихромата калия, наливают 600 мл воды и растворяют при помешивании. К раствору постепенно приливают из цилиндра 250 мл серной кислоты (плотность 1,84 г./мл) и слегка перемешивают, а затем после охлаждения доводят объем до метки водой.

Йод, 0,1 н. раствор.

Тиосульфат натрия, 0,1 н. раствор.

Крахмал, 0,5%-ный раствор.

26 мл воды наливают в мерную колбу объемом 100 мл и взвешивают с точностью до 0,01 г. Затем вносят в нее пипеткой 2 мл анализируемого спирта, перемешивают и снова взвешивают с той же точностью. По разности масс узнают массу анализируемого спирта. В колбу доливают воду до метки и тщательно перемешивают. В круглодонную колбу объемом 500 мл вливают, весь спиртовой раствор из мерной колбы и 100 мл хромовой смеси, вносят 1-3 кусочка пемзы или фарфора и присоединяют к колбе обратный шариковый холодильник. Содержимое колбы нагревают до кипения. После 5-минутного кипения и некоторого охлаждения отсоединяют холодильник и промывают его внутреннюю трубку водой. К колбе присоединяют двухшариковый дефлегматор, наклонный водяной холодильник и перегоняют образовавшийся при окислении ацетон и воду в мерный цилиндр объемом 100 мл, который помещают в стакан с холодной водой. Перегонку прекращают, когда в мерном цилиндре наберется 80 мл дистиллята. Полученный дистиллят переливают в коническую колбу с пробкой и прибавляют к нему 12 мл 4 н. раствора едкого натра, 25 мл 0,1 н. раствора йода, перемешивают, закрывают пробкой и оставляют стоять. Через 10 мин к раствору приливают 5 мл концентрированной соляной кислоты и выделившийся избыток йода оттитровывают тиосульфатом натрия, приливая в конце титрования 2-3 мл 0,5%-ного раствора крахмала.

Содержание изопропилового спирта х [в%(масс.)] рассчитывают по формуле:

где V1 — объем точно 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование 25 мл точно 0,1 н. раствора йода, мл; V₂ — объем точно 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование избытка йода в анализируемой пробе, мл; 0,000967 — количество ацетона, соответствующее 1 мл точно 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, г; 1,035 — коэффициент для пересчета ацетона в изопропиловый спирт; G — навеска испытуемого спирта, г.

источник

Она сначала немного поспорила на предмет возможности получения водки в домашних условиях aleha, 19 Окт. 12, 09:31

а что она сказала после анализа?)
попробуй теперь неразбавленный проанализировать!

а для уменьшения альдегидов, чуть увеличить скорость отбора спирта. aleha, 19 Окт. 12, 10:11

Для уменьшения щелочности посоветовала попробовать ставить брагу на другой воде (ставил на скважинной) aleha, 19 Окт. 12, 10:11

Посл. ред. 19 Окт. 12, 20:47 от ironman

Далее ректификация с отбором 5% голов aleha, 19 Окт. 12, 09:45

2. разбавил до 35%об, потом дробная перегонка с отбором 5%голов и до 40%об в струе на мощности 0,4 от максимума, на выходе ставил самодельный угольный фильтр из капельницы aleha, 19 Окт. 12, 09:45

1. Из браги первая перегонка на полной мощности до 40%об в струе. aleha, 19 Окт. 12, 09:45

Можешь гнать и до 20%, в принципе колонна все исправит))

2. разбавил до 35%об, потом дробная перегонка с отбором 5%голов и до 40%об в струе на мощности 0,4 от максимума, на выходе ставил самодельный угольный фильтр из капельницы aleha, 19 Окт. 12, 09:45

Этот пункт НА ФИГ не нужно делать перед ректификацией!! Трата времени и сил.

3. Снова разбавил до 35% об. Далее ректификация с отбором 5% голов с клапаном старт-стопа, aleha, 19 Окт. 12, 09:45

Вот тут интереснее.
1. Разбавлять до 35 не нужно крепость должна (желательна) от 40 до 50%
2. Головы отбирай не 5, а 10% обязательно
3. Следующие 10% отбирай отдельно, это исправимый спирт, который будешь добавлять в последующую ректификацию
4. Далее все правильно, уставка нормальная, отбор можно легко делать в два раза больше.

4. Разбавлял спирт «Шишкиным лесом». Углевал методом помещения БАУ в емкость с сортировкой и перемешиванием в течении 20 минут. 3гр угля на литр сортировки. После 4-х кратная фильтрация (сито, марля, 2х бумажное полотенце).
5. Добавил раствор глюкозы из расчета 3,3гр на литр.
6. Стояла 2 недели. aleha, 19 Окт. 12, 09:45

Это все факультатив, на любителя.

Попробуй следующий эксперимент, ОЧЕНЬ познавательно и поучительно.

1. Делаешь сортировку 40% (мне лично нравится 38% НАМНОГО больше, но это — на любителя. С опытом придет понимание, что 40% это далеко не догма, и далеко не стандарт)))

2. Отливаешь от сортировки 30-50мл в отдельную рюмку

3. Покупаешь фильтр типа Барьер кувшинный и НОВЫЙ катридж к нему. Желательно катридж брать самый простой, без добавок наворочанных, в идеале — один уголь.

4. Пропускаешь через него литров 5-6 воды (промываешь катридж). Воду брать не из лужи, но и не фанатично шишкин лес — достаточно из водопровода (если вода нормальная) или кипяченую

5. Пропускаешь сортировку через фильтр первый раз. Отливаешь еще 50мл в рюмку номер 2

6. Пропускаешь второй раз. Отливаешь в номер 3.

7. Пропускаешь третий раз. Отливаешь в 4.

8. Итак, есть четыре рюмки. Просишь жену выставить из на стол так, чтобы она знала номера рюмок, а ты не знал. ВСЛЕПУЮ за ужином дегустируешь все четыре образца по очереди.
Запоминаешь, какая рюмка по органолептике (запах, вкус, послевкусие, общее удовольствие) тебе больше понравилась.
Просишь жену назвать номер рюмки-победителя.
В итоге ты теперь знаешь СВОЙ рецепт углевания

9. То же самое делаешь с подслащиванием, при желании (не менее важный момент, с моей точки зрения, чем углевание)
9.1 Делаешь углевание по своему рецепту
9.2-9.5 Добавляешь по 0,хх гр сахара, отливаешь. Получаешь 4 рюмки с сахаром от нуля до максимума навески. Вслепую дегустируешь, определяешься.

ДА, и не сыпь глюкозу-фруктозу, баловство это. Обычный сахар более чем хорош в водке)))

источник

Экспертиза спиртосодержащих жидкостей – довольно распространенный вид химических исследований, широко применяющийся в криминалистической практике и иных областях. Предметом данного вида анализа является определение специфических характеристик спиртосодержащих жидкостей и составление выводов об их классификационной принадлежности, соответствии стандартам качества, наличию разнообразных примесей и так далее. В криминалистике экспертиза спиртосодержащих жидкостей применяется для получения доказательств по составу уголовных преступлений – по факту отравлений, производства напитков, содержащих чрезмерную концентрацию вредных для жизни и здоровья веществ, разного рода мошенничества, вымогательства и пр. Экспертизу также применяют для установления фактов производства поддельной алкогольной продукции, по вопросам соответствия предписаниям стандартов качества и т.д.

Под спиртосодержащими жидкостями понимают всевозможные алкогольные напитки с различным процентным содержанием этилового спирта. К ним относятся вина, крепленые вина, водка, коньяк, бренди и другие крепкие алкогольные продукты. Экспертиза проводится для определения соответствия процентного содержания спирта, а также для установления его вида. Традиционно этиловый спирт бывает трех видов – пищевой, технический и синтетический. Пищевой этиловый спирт получают в основном из натурального крахмалосодержащего сырья, а также из некоторых фруктов, например, винограда или яблок. При производстве пищевого этилового спирта предпринимают меры по очистке его от различных примесей – сивушных масел, сухих и летучих примесей, других спиртов. От этих мероприятий напрямую зависит качество конечного продукта. Технический спирт получают из отходов сульфитно-целлюлозного производства. Синтетические спирты производят из природных этиленосодержащих газов, а также из газов, являющихся сопутствующими продуктами нефтепереработки. Технические и синтетические спирты не предназначены для употребления в пищу или производства алкогольных напитков. Однако они значительно дешевле пищевых разновидностей спирта, поэтому часто используются для изготовления контрафактной водки и других видов спиртосодержащих жидкостей. Также для подпольного производства алкоголя применяют метиловый спирт, имеющий сильное токсическое воздействие на организм человека.

Спиртосодержащие напитки принято классифицировать по двум признакам – процентному содержанию этилового спирта и по способу изготовления. Процентное содержание спирта измеряется по объему, а не по массе.

Классификация напитков, основанная на содержании спирта, не имеет однозначного деления на группы. Граница между типами напитков является плавающей и зависит не только от собственно количества спирта в напитке, но еще и от принятого деления алкогольных напитков на классы в зависимости от принципа употребления и производства. В настоящее время принято разделять спиртосодержащие жидкости на:

Слабоалкогольные (до 20% объемного содержания спирта).
Крепкие (свыше 20% объемного содержания спирта).

По способу изготовления спиртосодержащие жидкости делятся на:

Жидкости домашнего изготовления.
Продукты кустарного изготовления.
Напитки, изготовленные в заводских условиях.
Напитки заводского производства.

Определение наличия спирта в исследуемой жидкости.
Установление крепости спиртосодержащей жидкости.
Определение способа изготовления исследуемого продукта.
Установление соответствия предоставленной для исследования жидкости требованиям стандартов качества.
Обнаружение иных примесей в спиртосодержащих жидкостях.
Определение типа спирта, который использовался для приготовления жидкости.
Исследование условий фасовки, хранения и перевозки спиртосодержащих жидкостей.
Определение типа и качества сырья, из которого изготовлены спиртосодержащие жидкости.
Установление соответствия (или несоответствия) различных образцов спиртосодержащих жидкостей.
Установление принадлежности одного объема жидкости другому. Например, определение того, что жидкость в бокале могла быть налита из данной бутылки, т.е. соответствует жидкости в данной бутылке.
Определение способа производства спиртосодержащих жидкостей.
Установление возможных производителей спиртосодержащих жидкостей.
Определение типа, сорта или марки спиртосодержащей жидкости.
Установление характера фальсификации анализируемых жидкостей.

На первом этапе производится сбор и изъятие спиртосодержащих жидкостей. Жидкости, находящиеся в емкостях, предоставляются для проведения экспертизы вместе с ними. Из больших емкостей, таких как баки и цистерны, берут среднюю пробу. При наличии видимого расслоения жидкости пробу берут из нижнего, среднего и верхнего слоев. Если наблюдается выпадения осадка в жидкости, то дополнительно изымается проба жидкости из осадочного слоя. Следы спиртосодержащих жидкостей на объектах-носителях предоставляются вместе с последними. При этом надлежит изолировать следовой слой с помощью материалов, не обладающих способностью к впитыванию жидкостей, например, полиэтиленовой пленки. Одежду, содержащую следы спиртосодержащих жидкостей упаковывают в полиэтиленовые пакеты с прослаиванием слоев одежды полиэтиленовой пленкой. Для продолжительного хранения пакеты дополнительно упаковываются в светонепроницаемую бумагу. Капли спиртосодержащих жидкостей с поверхностей собираются шприцами или пипетками и помещаются в герметично закрывающуюся стеклянную тару.

На втором этапе производится предварительное исследование спиртосодержащих жидкостей, что подразумевает использование специальных знаний эксперта вне процедуры исследования с целью установления связи обнаруженных следов с расследуемым происшествием, извлечения сведений о механизме образования следов, а также сбора дополнительных сведений о лице, оставившем эти следы. Также предварительный анализ определяет пригодность полученных образцов для проведения полноценного исследования и устанавливает круг мероприятий для обеспечения сохранности имеющихся вещественных доказательств.

На третьем этапе проводится собственно экспертиза спиртосодержащих жидкостей с применением специальных методов и технических средств, которые традиционно разделяют на три классификационные группы:

Технические средства и методы, предназначенные для установления химических, физических и иных свойств исследуемых материалов. К этой группе относится исследовательская и аналитическая техника.
Технические средства и методы, предназначенные для осуществления сравнительного анализа, в основном – для определения соответствия или несоответствия различных образцов, предоставленных для исследования.
Технические средства и методы, позволяющие оценить возможность использования извлеченных экспертом сведений в качестве основания для формулирования определенных выводов.

Экспертиза спиртосодержащих жидкостей может быть произведена негосударственной организацией или частным экспертом, обладающим специальными знаниями в данной предметной области. Это право подтверждается Статьей № 41 закона, регламентирующего государственную экспертную деятельность (закон № 73-ФЗ от 31 мая 2001 года).

Производство спиртосодержащих жидкостей, предназначенных для продажи, подчиняется Закону о защите прав потребителей, согласно которому продавец обязан предоставить покупателю товар надлежащего качества (Статья 4 данного Закона), а также несет ответственность за нарушение любых прав потребителя, оговоренных в данном Законе (Статья 13).

источник

Т.к. вы неавторизованы на сайте. Войти.

Т.к. тема является архивной.

В начале визуально проводят определение цвета и прозрачности. Для этого спирт наливают в стеклянный сосуд и в проходящем свете наблюдают цвет, оттенок и наличие примесей. Мутный, белесый оттенок свидетельствует о наличии сивушных масел.

Концентрацию спирта определяют с помощью простого прибора — спиртометра, который несложно изготовить в домашних условиях.

Общая комплексная проверка — проба на чистоту, позволяет в целом оценить качество спирта.

Вторая проверка на окисляемость проводится с использованием 1 % раствора перманганата калия, который не должен изменять характерную малиновую окраску в смеси со спиртом в течение 20 минут.

Спирт должен выдерживать пробу на чистоту и проверку на окисляемость.

Присутствие отдельных примесей: альдегидов, кислот , эфиров определяют по запаху и на вкус, но количественно содержание этих примесей можно определить только путем проведения химических анализов с использованием специальных химикатов.

Чистый спирт не должен содержать примесей более, чем 0,02 г/л свободных кислот, 0.02% альдегидов. 50 мг/л -фиров. 0.003% сивушных масел, присутствие фурфурола не допускается,

В домашних условиях проводят проверку на чистоту 36
и окисляемость, а также оценивают наличие примесей по запаху и на вкус.

ПРОВЕРКА КАЧЕСТВА СПИРТА ВКЛЮЧАЕТ СЛЕДУЮЩИЕ ИСПЫТАНИЯ:

Определение цвета и прозрачности. В чистый сухой цилиндр из бесцветного и прозрачного стекла емкостью 100-150 мл наливают испытуемый спирт и в проходящем рассеянном свете наблюдают цвет, оттенок и наличие в спирте механических примесей.

Определение запаха и вкуса. Небольшое количество испытуемого спирта помещают в сосуд с хорошо закрывающейся пробкой, разбавляют 2.5-3,0 объемами холодной питьевой воды и тотчас же после предварительного сильного перемешивания производят испытание спирта на запах и вкус.

Определение содержания этилового спирта (крепости) Крепость спирта определяют металлическим или стеклянным спиртометром.

Проба на чистоту. 10 мл испытуемого спирта наливают в узкогорлую колбу емкостью 70 мл и быстро прибавляют в 3-4 приема при постоянном взбалтывании 10 мл серной кислоты (уд. в. 1.835). Полученную смесь тотчас же нагревают на спиртовой лампе, дающей пламя высотой 4-5 см и шириной в нижней широкой части около 1 см. Во время нагревания колбу все время вращают. чтобы жидкость хорошо перемешивалась и так. чтобы огонь не касался колбы выше границы нагреваемой жидкости. Нагревание смеси прекращают, когда пузырьки выходят на поверхность жидкости, образуя пену, процесс нагревания длится 30-40 секунд, после чего смеси дают спокойно остыть. После охлаждения смесь в колбе должна быть совершенно бесцветной.

Для точности испытания содержимое колбы переливают (после охлаждения) в специальный цилиндр с притертой пробкой и, пользуясь штатив-камерой, наблюдают окраску смеси, сравнивая со спиртом, а также с кислотой, взятых в равных объемах и налитых в отдельные цилиндры такого же диаметра и качество стекла. Результат испытания признается положительным, если смесь окажется такой же бесцветной, как спирт и кислота.

Проба на окисляемость. Цилиндр с притертой пробкой и меткой 50 мл ополаскивают спиртом, наполняют этим же спиртом до метки и погружают на 10 минут в воду, имеющую температуру 15° С, налитую в стеклянную ванну выше уровня спирта в цилиндре. По истечении 10 минут в цилиндр прибавляют 1 мл раствора марган-цевокислого калия (раствор 0,2 г марганцевокислого калия в 1 л воды), закрывают цилиндр пробкой и, перемешав жидкость, вновь погружают в ванну с водой.

При стоянии красно-фиолетовая окраска смеси постепенно изменяется и достигает окраски специального типового раствора, появление которой принимается за конец испытания.

Для наблюдения за изменением окраски испытуемого спирта под цилиндр подкладывают лист белой бумаги. Время, в течение которого происходит реакция окисления. выражается в минутах. Результат испытаний признается положительным, если окраска сохраняется в течение 20 минут.

Определение содержания кислот. 100 мл испытуемого спирта разбавляют 100 мл воды и, смешав, кипятят в колбе с шариковым холодильником в течение 30 минут. После охлаждения до температуры 35-40° С (дно колбы можно держать рукой), при котором верхняя часть холодильника должна быть закрытой трубкой с натронной известью, кислоты спирта нейтрализуют 0,1 н раствором едкого натра в присутствии фенолфталеина до появления неисчезающего в течение 1 — 2 минуты розового окрашивания.

Количество миллиграммов кислот (G), в пересчете на уксусную кислоту, в 1 л безводного спирта вычисляют по формуле:
G=v*6*10*100/С
где v — количество точно 0,1 н раствора едкого натра,пошедшего на нейтрализацию 100 мл испытуемого спирта, в мл;
6 — количество уксусной кислоты, соответствующее 1 мл точно 0.1 н раствора едкого натра, в мг;
10 — коэффициент пересчета на 1 л спирта;
100 — коэффициент пересчета на безводный спирт;
С — — крепость испытуемого спирта в % (по объему).

Определение содержания фурфурола. В цилиндр с притертой пробкой емкостью 10 мл приливают при помощи капельницы 10 капель чистого анилина, 3 капли соляной кислоты (уд. в. 1,1885) и объем доводят до метки испытуемым спиртом.

Если в течение 10 минут раствор остается бесцветным, считают, что спирт выдержал испытание. Появление красного окрашивания характеризует наличие фурфурола.

Оборудование: колбы емкостью 50. 250 мл; лампа спиртовая; цилиндр мерный 250 мл: спиртометр 0,880- 0,820; термометр химический на 100° С; пробирки; пипетки на 2,10, 25 мл.

Исходные материалы: кислота серная (уд. в. 1,835) и 0,1 н раствор едкого натра; калий марганцовокислый 1% раствор в дистиллированной воде: анилин чистый; кислота соляная (уд. в. 1,1885); вода дистиллированная; фуксин чистый; фенолфталеин 1% спиртовой раствор. ¶

вот еще, попроще:
Для того чтобы обнаружить наличие сивушных масел в проверяемой ., Вам необходима серная кислота. А далее все довольно просто: взяв небольшое количество проверяемой спирта/водки (10-20г), достаточно влить в нее такой же объем серной кислоты. Если при вливании кислоты содержимое емкости с исследуемой спиртом/водкой почернеет, то это укажет на присутствие в большом количестве сивушных масел, а поэтому следует от такой жидкости избавиться.

А еще, для того чтобы определить качество содержимого подозрительной бутылки водки, можно применить лакмусовую бумажку. И хотя она не является предметом, применяемым в домашнем обиходе, найти где-нибудь (например, в школьном химкабинете) вполне возможно. Если при смачивании в водке синий лакмус становится красным, то это свидетельствует о наличие в спирте/водке примесей кислот, добавленных «левыми» производителями в проверяемый напиток с целью повышения его «крепости». ¶

источник

Физико-химические свойства этанола…………………………….

Анализ существующих методов контроля определения содержания этилового спирта в алкогольных напитках…………

Особенности компонентного состава пива……………………….

Определение массовой доли этанола в пиве…………………….

Определение содержания этанола в многокомпонентных спиртосодержащих смесях…………………………………………

Методика проведения эксперимента…………………………….

Приготовление модельных смесей……………………………….

Применение методов математического моделирования при выполнении экспериментальных исследований………………….

Ортогональное центральное композиционное планирование…….

Методика определения опыта……………………………………….

Зависимость температуры кипения водно-спиртовых растворов от величины атмосферного давления и концентрации спирта….

Проверка воспроизводимости опытов

Температура кипения водно-спиртовых растворов с добавками высших спиртов……………………………………………………..

Определение этанола в пиве………………………………………..

Методика проведения эксперимента………………………………..

Экспериментальное определение этанола в пиве………………….

Список использованных источников………………………………..

Тема данной дипломной работы — «Разработка методики экспресс анализа этанола в пищевых продуктах на примере пива» — в рамках, которой были рассмотрены методики определения этанола в водно-спиртовых смесях.

Задача состоит в том, что необходимо проведение серий экспериментов, входе которого будут получены уравнения регрессии для адекватного описания зависимости разницы температуры кипения водно-спиртовых растворов и дистиллированной воды от концентрации этанола в водно-спиртовом растворе и от атмосферного давления.

Цель работы, получить уравнение, адекватно описывающее связь между неизвестной концентрацией этилового спирта в водно-спиртовом растворе и разницей температуры кипения водно-спиртовых растворов и дистиллированной воды, и атмосферного давления. Это уравнение может применяться для определения содержания высших спиртов в пиве, так как повышение разницы температуры кипения водно-спиртового раствора и дистиллированной воды указывает на превышение содержания высших спиртов в пиве по сравнению с безопасным для здоровья потребителей.

Дипломная работа содержит 70 страниц, в том числе 33 таблиц, 7 рисунков, 51 источник.

The theme of this thesis — «Development of methodology for rapid analysis of ethanol in food as an example of beer» — in which were discussed methods for determining ethanol in water-alcohol mixtures.

The challenge is the need to conduct series of experiments, the input will be received by the regression equation to adequately describe the dependence of the temperature difference between boiling water-alcohol solutions and distilled water on the concentration of ethanol in water-alcohol solution and from atmospheric pressure.

The purpose of the work, an equation that adequately describes the relationship between an unknown concentration of ethanol in water-alcohol solution and the difference between the boiling point of water-alcohol solutions and distilled water, and atmospheric pressure. This equation can be used to determine the content of higher alcohols in beer, as the increase of the temperature difference between boiling water and alcohol solution and distilled water, indicating an excess of higher alcohols in beer compared with a safe for consumers.

Diploma thesis contains 70 pages including 33 tables, 7 figures, 51 the source.

Нормативные документы по качеству и безопасности пива ограничивают контролируемые параметры, в основном, по органолептическим характеристикам, а также по микротоксическим примесям, теоретически способным переходить в пищевые продукты из исходного сырья. Нормативы по контролю качества пива и других слабоалкогольных продуктов практически сведены к выявлению фактов фальсификации партий продукции и к выявлению соответствия заявлений производителей фактическому состоянию продукта. С этой целью в России создан Национальный Союз участников алкогольного рынка (СУАР).

При сопоставлении результатов различных исследовательских школ выявились различные национальные подходы к толкованию основополагающих терминов, определений, принципов нормирования, методов контроля, а так же критериев вредности и токсичности химических соединений.

Целью дипломного проекта является разработка методики определения этанола в спиртосодержащих примесях (на примере пива) с апробацией основных ее этапов:

-приготовление модельной смеси

-измерение температуры кипения дистиллированной воды

-измерение температуры кипения модельной смеси

-нахождение разности между температурой кипения дистиллированной воды и модельной смеси

-нахождение разности между температурой кипения дистиллированной воды и подготовленной пробы пива

-обработка результатов наблюдений

-нахождение зависимости между влияющими факторами в виде уравнений регрессии

-сравнение полученных результатов.

В настоящее время методики раздельного определения в многокомпонентных спиртосодержащих смесях не применяются. Это связано как с отсутствием нормативных показателей компонентов микротоксичных примесей, так и доступных методик контроля. Данное обстоятельство подчеркивает актуальность поставленной цели дипломного проекта.

Аналитический обзор

Физико-химические свойства этанола

Внешний вид: в обычных условиях представляет собой бесцветную летучую жидкость с характерным запахом. Следует избегать популярной ошибки: часто смешивают свойства 95,57 % спирта и абсолютизированного. Их свойства почти одинаковы, но величины начинают различаться, начиная с 3 — 4-ой значащей цифры.

Таблица 1.1 — Свойства этанола

241 °C (при давлении 6,3 МПа)

смешивается с бензолом, водой, глицерином, диэтиловым эфиром, ацетоном, метанолом, уксусной кислотой, хлороформом

1,3611 (температурный коэффициент показателя преломления 4,0×10 −4 , справедлив в интервале температур 10—30 °C)

Стандартная энтальпия образования ΔH

Стандартная энтропия образования S

Стандартная мольная теплоёмкость C_p

Таблица 1.2 — Плотность этанола при разных температурах

Таблица 1.3 — Плотность водных растворов этанола при 20 °C

Таблица 1.4 — Показатель преломления водных растворов этанола при 20 °C

Таблица 1.6 — Температура кипения этанола

Смесь 96 % спирта и 4 % воды (95.57 % этанола плюс 4,43 % воды) является азеотропной — т. е. не разделяется при перегонке.

Таблица 1.7 – Зависимость температуры замерзания смеси этилового спирта с водой

Свойства абсолютизированного 100 % этилового спирта (ЭС) с практической точки зрения мало интересны (t_кип=78,3 С при 760 мм.рт.ст., р=790 кг/м 3 ). Поэтому, здесь мы разберемся со свойствами бинарной (двойной) смеси: ЭС плюс вода, дающими полное представление о работе ректификационного оборудования и получения на нем этилового спирта — ректификата.

Всем известно, что ЭС очень хорошо растворяется в воде образуя бинарную водно-спиртовая смесь (раствор), которая может содержать в себе любое количество спирта.

В случае использования тех или иных справочных данных необходимо четко различать два понятия концентрации спирта в водно-спиртовом растворе — массовая и объемная концентрации. Массовая концентрация спирта используется только для физических расчетов, анализа процессов горения и др. Массовая концентрация — это масса спирта в массе раствора ( обозначается как % масс., или кг/кг, или r/г). Чаще и традиционно используется понятие объемной концентрации спирта — это объем спирта в объеме раствора (обозначается как % об., или м /м, или л/л, или мл/мл). Эта «путаница» в концентрациях возникает из-за разной плотности спирта (р=790 кг/м3=0,79 г/мл) и воды (р=1000 кг/м 3 =1 г/мл). Разница в цифрах объемной и массовой концентраций одного и того же раствора существенна, поэтому далее мы будем пользоваться только понятием объемной концентрацией спирта.

Для определения объемного содержания спирта в растворе – концентрации спирта в жидкости (Х) используются специальные спиртометры: АСП-3, позволяющий измерить плотность растворов от 0 % до 100 % . Стоит отметить, что плотность водно-спиртового раствора сильно зависит от его температуры, а все эти приборы измеряют именно плотность, раствора (используют силу Архимеда). Поэтому реальное содержание спирта в растворе совпадает с показаниями этих приборов только при 20 о С, что и указано на шкалах этих приборов.

Наиболее известными растворами являются водка – 40 % и спирт-ректификат — 96,4 %. Кстати, содержание спирта в бражке находится в пределах от 7 % до 12 %, но измерять эту концентрацию с помощью спиртометров нельзя из-за наличия в бражке остаточного сахара и других примесей, влияющих на плотность раствора, и соответственно, искажающих показания прибора.

Пары ЭС также хорошо растворяются и в парах воды и образуют с ними единую паровую смесь с концентрацией спирта в них Y, которую можно определить только после конденсации этих паров — т.е. в жидкости (как в предыдущем случае) или по температуре их парообразования при 760 мм.рт.ст. (см. ниже).

Температура кипения раствора воды (t_кип= l00 о C при 760 мм.рт.ст) и этанола (t_кип= 78,3 о С при 760 мм.рт.ст) должна находится между температурами кипения индивидуальных веществ. Зависимость температуры насыщенного водно-спиртового пара или температура кипения (парообразования) этой бинарной смеси от концентрации спирта в парах Y представлена на рисунке l.1

Рисунок 1.1 — Температура насыщенного водно-спиртового пара или температура кипения водно-спиртовой смеси ( при давлении 760 мм рт.ст.)

Стоит обратить внимание, что на этом графике существует некоторая точка А с концентрацией 96,4 % температура в которой даже меньше температуры кипения 100 %-го этанола.

Равновесным состоянием фаз (жидкой и парообразной) называется такое их сосуществование, при котором не происходит никаких видимых качественных или количественных изменений этих фаз. Равновесие фаз считается достигнутым только в том случае, когда одновременно удовлетворяются два условия: равны температуры фаз и равны парциальные давления каждого компонента в паровой и жидкой фазах; Второе условие означает, что процесс перехода через границу раздела фаз каждого компонента из жидкой фазы в паровую фазу и обратно завершен. Т.е. составы жидкой и паровой фазы стабилизировались, а концентрации компонентов в отдельно взятой фазе одинаковы в каждой точке ее объема.

Для бинарной водно-спиртовой смеси это теоретическое высказывание означает очень простую вещь. Если в обычную колбочку (схематично нарисована внутри графика рисунок 2) налить небольшое количество водно-спиртовой смеси с концентрацией Х и нагреть до температуры кипения этой смеси, то в образовавшемся паре концентрация спирта будет Yn. Затем, если быстро закрыть колбочку и интенсивно встряхнуть (перемешать паровую и жидкостную фазы), то температура внутри колбочки выровняется, а пар и жидкость придут в равновесное состояние.

Рисунок 1.2 — Кривая равновесия фаз бинарной водно-спиртовой смеси (при давлении 760 мм.рт.ст.)

Если такие опыты провести для разных концентраций водно-спиртовых растворов, то можно получить некоторую зависимость равновесия фаз — кривая равновесия фаз. График кривой равновесия фаз для бинарной смеси чистый спирт плюс чистая вода представлен на рисунке 1.2

Теоретическая и практическая значимость кривой равновесия фаз с точки зрения процесса ректификации спирта очень велика.

Например, при обычной перегонке бражки с концентрацией спирта Х = 10 % образуется пар с концентрацией в нем спирта Y = 42 %, а после его конденсации мы получаем «самогон» (конденсат, дистиллят) той же «крепости». Таким образом, если самогонный аппарат не снабжен какими-нибудь дополнительными «прибамбасами», то получить более крепкий самогон таким способом теоретически просто невозможно. Таким же образом можно «предугадать» с помощью той же кривой и результат повторной перегонки «первача» — из 40 %-го дистиллята второй перегонкой можно получить 60 %-ый «самогон».

Рассматривая этот график, стоит обратить внимание на диагональ Y = X. Именно благодаря тому, что почти вся кривая равновесия лежит выше этой диагонали, можно при испарении водно-спиртовой смеси получать концентрацию спирта в арах большую, чем его концентрация в исходной жидкости. Исключением является только точка А — пересечение кривой равновесия с диагональю, где Х = Y= 96,4 %. Это особая точка азеотропы.

Азеотропными или нераздельно кипящими называют смеси, у которых пар, находящийся в равновесии с жидкостью, имеет тот же состав, что и жидкая смесь (X=Y). При перегонке азеотропных смесей образуется конденсат того же состава, что и исходная смесь. Разделение таких смесей перегонкой и ректификацией исключается.

Водно-спиртовая смесь в особой точке азеотропы называется «этиловый спирт-ректификат (СР)». Именно к этой точке стремится процесс ректификации, именно она является предельной концентрацией спирта в этом процессе, и именно в этой точке водно-спиртовая смесь имеет минимальную температуру кипения (t_кип= 78,15 С при 760 мм.рт.ст. см. рисунок 1).

На этот продукт существует ГОСТ 5962-67, в котором регламентируется концентрация спирта в спирте-ректификате от 96 % до 96,4 % и его состав.

Таблица 1.8 — Физические свойства этилового спирта-ректификата

Плотность жидкости (при 20 ºС)

Плотность паров (при 760 мм.рт.ст.)

Температура кипения (при 760 мм.рт.ст)

Удельная теплота парообразования

Эти данные являются основой при проектировании спиртового ректификационного оборудования. А для Вас будут являться обычной справочной информацией.

Стоит отметить, что температура кипения СР существенным образом зависит от атмосферного давления. Причем эта зависимость настолько сильная, что при ректификации спирта по температуре, регистрируемой, например, электронным термометром, можно определить точное значение атмосферного давления в данный момент и проградуировать обычный домашний барометр, пользуясь приведенной ниже зависимостью.

Если Вы эксплуатируете ректификационную установку без термометра, то эта информация просто расширяет Ваш кругозор и не имеет для Вас никакого практического значения, поскольку момент выхода СР Вы с абсолютной точностью определяете по запаху. Но, для тех, кто приобрел установку с электронным термометром, эта связь температуры кипения спирта с атмосферным давлением имеет непосредственное практическое значение.

Действительно, имея профессиональное ректификационное оборудование и электронный термометр, способный с высокой точностью определять температуру спиртовых паров, Вы с удивлением можете обнаружить, что его показания отличаются изо дня в день. Если вчера Вы наблюдали температуру кипения спирта 77,0 ºС, а сегодня — 78,0 ºС, то это означает не изменение спиртового состава или неисправность ректификационного устройства, а всего лишь изменение атмосферного давления: вчера было – 730 мм.рт.ст., а сегодня — 755 мм.рт.ст.

Рисунок 1.3 — Зависимость температуры кипения этилового спирта-ректификата от атмосферного давления

Этиловый спирт широко используют в различных областях промышленности и прежде всего в химической. Из него получают синтетический каучук, уксусную кислоту, красители, эссенции, фотопленку, порох, пластмассы. Спирт является хорошим растворителем и антисептиком. Поэтому он находит применение в медицине, парфюмерии. В больших количествах этиловый спирт идет для получения спиртоводочных изделий. Этиловый спирт — сильный наркотик. Попадая в организм, он быстро всасывается в кровь и приводит организм в возбужденное состояние, при котором человеку трудно контролировать свое поведение. Употребление спирта часто является основной причиной тяжелых дорожно-транспортных аварий, несчастных случаев на производстве и бытовых преступлений. Спирт вызывает тяжелые заболевания нервной и сердечнососудистой систем, а также желудочно-кишечного тракта.

Спирт опасен в любой концентрации (водка, настойки, вино, пиво и т.д.). Этиловый спирт, применяемый для технических целей, специально загрязняют дурно пахнущими веществами. Такой спирт называют денатуратом (для этого спирт подкрашивают, чтобы отличить его от чистого спирта).

1.2 Анализ существующих методов контроля определения содержания этилового спирта в алкогольных напитках

Таблица 1.9 – Характеристики методов определения содержания спирта в спиртосодержащих напитках

Воспроизводимость, %, не более

Определение концентрации(по объему)

Определение объемной доли спирта

Определение массовой доли спирта в пиве

Допускаемые расхождения между результатами определения концентрации спирта ареометрическим и пикнометрическим методами по ГОСТ 3639-79 в разных условиях, а также между результатами определения концентрации спирта стеклянными контрольными ареометрами для спирта типа АСп-1 и АСп-2 и металлическим спиртометром – 0,15 % спирта (по объему).

Все методы определяют объемную, а не массовую долю этилового спирта (массовую долю спирта, определенную по ГОСТ 12787-81, переводят в объемную долю в ГОСТ Р 51174-98), это не соответствует международным требованиям, так как вносит большие погрешности. В итоге определяют не этиловый спирт, а все спирты (и высшие спирты, остатки которых полностью не удаляются при ректификации и образуют смесь этанол — сивушные масла – вода). На рисунке 1.4 представлено разделение методов определения содержания этанола в спиртосодержащих жидкостях на стандартизованные в пищевой промышленности и фармакопейные (нестандартизованные в пищевой промышленности). Метод определения содержания этанола по температуре кипения с предварительной обработкой является перспективным с точки зрения поставленной задачи – раздельного определения этанола и высших спиртов в пиве.

Рисунок 1.4 – Классификация методов определения содержания этанола

Задачей исследования является оценка возможности применения химических методов определения содержания этанола в сложном многокомпонентном растворе. Используя литературный источник [13] и методические рекомендации [14] Третьяк Л.Н., рекомендующую среди более чем 2000 компонентов, содержащихся в пиве, принимать во внимание только те вещества, которые находятся в пиве на уровне 0,05 % от общего количества соединений, в дальнейшем анализе мы будем учитывать микротоксичные примеси – высшие спирты.

1.3 Особенности компонентного состава пива

Пиво представляет собой натуральный алкогольный напиток, который содержит большое количество соединений, образующихся в процессе ферментации и поступающих в него из растительного сырья. Компонентами пива являются вода (от 91 % до 93 %), углеводы (от 1,5 % до 4,5 %), этиловый спирт (от 3,5 % до 4,5 %) и азотсодержащие вещества (от 0,2 % до 0,65 %). Прочие компоненты обозначают как минорные.

Пиво, в отличие от вина, содержит незначительное количество высших спиртов (50 — 100 мг/л), а метиловый спирт в нем практически отсутствует .

Азотсодержащие вещества пива представлены в основном полипептидами и аминокислотами. Большая часть их поступает в напиток из солода. Лишь 20-30% аминокислот являются продуктами жизнедеятельности дрожжей. В пиве представлены все основные аминокислоты. Однако, их пищевая ценность из-за малого количества незначительна.

Минорные, или присутствующие в незначительных количествах компоненты пива классифицируют следующим образом: минеральные соединения, витамины, органические кислоты, фенольные соединения, горькие вещества, ароматические соединения, биогенные амины и эстрогены.

Минеральные соединения поступают в напиток из солода, других исходных материалов и с водой. В биологически значимых количествах в пиве присутствуют ионы калия, натрия, кальция, магния, фосфора, серы и хлора. Пиво отличается от других алкогольных напитков и, в частности, от вина высоким содержанием калия (от 160 мг/л до 450 мг/л).

По содержанию кальция (около 80 мг/л), магния (около 80 мг/л), фосфора (около 140 мг/л), а также железа, меди, цинка и других, содержание которых не превышает 1 мг/л, пиво почти не отличается от апельсинового сока.

Витамины поступают в пиво в основном из солода, богатого витаминами группы В. Поэтому в пиве, в отличие от натурального вина, содержится довольно большое количество витамина В1, или тиамина (от 0,005 мг/л до 0,15 мг/л) и витамин В2, или рибофлавина (от 0,3 мг/л до 1,3 мг/л). Употребление пива в количестве 1 л в день способно обеспечить от 40 % до 60 % суточной потребности в этих витаминах. Вместе с тем, большое количество тиамина в пиве имеет и негативную сторону, поскольку этот витамин ускоряет процесс деградации фенольных соединений пива и способствует выпадению их в осадок.

Пиво богато и другими витаминами. Содержание витамина С или аскорбиновой кислоты составляет от 20 мг/л до 50 мг/л. Аскорбиновую кислоту в пиво часто добавляют в процессе производства для предотвращения процессов спонтанного окисления других компонентов. Аналогичным образом пиво может служить основным источником никотиновой кислоты (от 5 мг/л до 20 мг/л) и фолиевой кислоты (около 110 мг/л).

Органические кислоты присутствуют в пиве в виде солей. В наибольшем количестве представлены соли лимонной кислоты (около 130 мг/л), которая выступает в качестве антиоксиданта и повышает стабильность напитка.

Помимо лимонной кислоты, в пиве содержатся соли пировиноградной (около 60 мг/л), уксусной (около 90 мг/л), глюконовой (около 30 мг/л) и щавелевой (около 15 мг/л) кислот.

Содержание полифенолов в пиве примерно в 10 раз ниже, чем в натуральном, виноградном вине и колеблется в пределах от 150 мг/л до 300 мг/л. Около 90 % фенольных соединений поступает в пиво из солода, а остальные — из хмеля.

Больше всего в пиве содержится антоцианидинов (от 14 мг/л до 77 мг/л), в состав которых входят лейкоцианидины, протоцианидины и лейкоантоцианидины. В некоторых сортах пива присутствует одно из наиболее биологически активных фенольных соединений — кверцетин. Помимо соединений, указанных в таблице, в пиве обнаруживаются и другие полифенолы (эллагиковая, протокатехиновая, ваниллиновая, салициловая, параоксибензойная кислоты, а также фенол, ортокрезол и кумарины) в концентрациях 1 мг/л и ниже [16].

Таблица 1.10 — Компонентный состав пива

Оптически -активный амиловый

5.3.1 Летучие органические кислоты:

продукты расщепления белков, аммиачный азот**

биогенные амины(кадаверин,путресцин, гистамин, тирамин, гордеин)

6.4 Минеральные вещества (суммарно)*:

6.5 Горькие, дубильные и красящие вещества*

6.5.2Красящие вещества: меланоидины, флавоны

*процентное содержание вещества от экстрактивных веществ;

**процентное содержание вещества от той группы, в которую входит данное вещество.

Алкоголь содержится в пиве не только в виде этилового спирта. Он всегда присутствует совместно с другими высшими алифатическими спиртами, которые образуются благодаря обмену веществ дрожжей при брожении. Эти высшие спирты называют также сивушными маслами, и в больших количествах они могут приводить к негативным последствиям.

Большие количества таких сивушных масел содержится чаще всего в пиве с высоким содержанием алкоголя; пиво с небольшим содержанием алкоголя содержит меньше высших спиртов и потому существенно легче.

Известно, что 80 % высших спиртов возникает во время главного брожения, в фазе дображивания происходит лишь незначительное увеличение концентрации. Возникшие высшие спирты не могут быть удалены из пива посредством каких-либо технологических приемов, поэтому их содержание можно регулировать только на этапе брожения.

Высшие спирты образуются дрожжами, причем они отнимают аминогруппы у аминокислот, содержащихся в сусле, и замещают их группой – ОН спиртов. При этом очень важную роль играет избыток или недостаток тех или иных аминокислот. Если, например, отсутствуем валин, то образуется больше изобутанола, если отсутствует лейцин, то образуется изоамиловый спирт.

Существует несколько путей возникновения высших спиртов в пиве:

— дрожжи перестраивают аминокислоты сусла в высшие спирты через дезаминирование, декарбоксилирование и восстановление;

— образование высших спиртов может проходить через гидроксикислоты или кетокислоты;

— высшие спирты возникают также из сахара через ацетат.

Также использование патоки в количестве более 30 % от массы затираемых продуктов может снизить концентрацию α-аминного азота в сусле и привести к снижению роста и развития дрожжевых клеток, что влечет за собой в числе прочих изменений и увеличение синтеза высших спиртов.

Образование высших спиртов возрастает при:

— увеличении температуры брожения;

— перемешивании молодого пива (например, мешалкой или насосом);

— пониженной концентрации аминокислот в сусле;

— интенсивной аэрации сусла;

— многократном доливе сусла;

— температуре внесения дрожжей выше 8 0 С;

— начальной экстрактивности сусла более 13 %.

Образование высших спиртов понижается при:

— повышенной норме внесения дрожжей;

— низких температурах начального сусла;

— более холодном ведении брожения;

— исключении попадания кислорода в пиво уже после внесения дрожжей;

— достаточно высоком количестве аминокислот в начальном сусле.

Концентрация высших спиртов свыше 100 мг/л ухудшает вкус и полезные свойства пива.

Таким образом, доказанный факт многокомпонентности состава пива не согласуется с существующей методикой суммарного анализа «спиртов», тем более что раздельно нормируются и хорошо отработаны методики раздельного определения почти всех составляющих пива.

1.4 Определение массовой доли этанола в пиве

Нормативных документов по методам определения этанола в пиве в открытых источниках не выявлено.

Западные фирмы (например, компания «Тедди Бир») для определения спиртового градуса пива (но не этанола!) рекомендует пользоваться таблицей определения возможного содержания алкоголя в пиве.

Под термином «возможное содержание алкоголя» в реальности скрывается суммарное содержание этанола, метанола, сивушных масел, альдегидов и других летучих компонентов – побочных продуктов брожения (ППБ). Большинство из них имеют различные классы токсичности и последствия при употреблении неумеренных доз. Для любителей пива это суммация не имеет принципиального значения, что и приводит к развитию «пивного алкоголизма».

Вычисление содержания алкоголя в пиве проводят так: при выявлении показателя начальной плотности сусла отмечается соответствие алкоголя по таблице. После определения конечной плотности так же необходимо с помощью таблицы найти процентное содержание алкоголя, соответствующее ей. Из первого значения алкоголя вычитается второе и получается возможное содержание алкоголя в приготавливаемом пиве.

Таблица 1.11 – Возможное содержание алкоголя, исходя из соответствующей плотности пива

Процентное содержание алкоголя, (%)

Плотность, измеряемая гидрометром

Плотность, измеряемая ареометром (российская шкала в %)

Набор стандартов по методам исследования качества пива основан на оценке различий качества конечного продукта-пива и исходного зернового сырья. На момент разработки государственных стандартов, видимо, еще была неизвестно удручающая статистика последствий злоупотребления пивом. Очевидно, что разработчики стандарта на «Пиво. Общие технические условия» проанализировали узко профессиональные связи качественных характеристик пива с показателями экстрактивности исходного сырья. Для этого в ГОСТ Р 51174-98 и были сопоставлены показатели экстрактивности начального сусла (%) и все показатели качества конечного продукта (хотя они прямо не взаимосвязаны и между этими показателями проходят сложнейшие биотехнологические процессы), а в ГОСТ Р 12787-81 раздел 3 введена методика обратного расчета сухих веществ в начальном сусле (m₉) по показателям конечного продукта на основе, казалось бы, вечных исходных показателей:

где m₇— массовая доля спирта в пиве, %;

m_8-массовая доля действительного экстракта в пиве, %.

2,0665- масса экстракта (в граммах), расходуемая на получение 1,0 грамма спирта;

1,0665- масса веществ (в граммах), удаляемых при брожении с получением 1,0 грамма спирта.

Или другой вариант расчета (п.3.1.):

где К_2- коэффициент поправок на соотношение массовой доли спирта и полученными величинами сумм (2 m₇+ m₈) двух долей спирта и массы действительного экстракта. При этом величина поправок К₂ варьирует от 0,05 до 0,82.

Концентрацию этанола чаще всего выражают в объемных процентах (С_v_,%), что показывает, какое количество миллилитров безводного этанола содержится в 100 мл водно-спиртового раствора при температуре 20 С. То есть, все измерений следует проводить при стандартной температуре или вносить температурные поправки. Иногда пользуются не зависящими от температуры массовыми процентами содержания этанола, что означает число граммов абсолютного этанола в 100 граммах раствора. Но тогда должен быть «индекс — С_m(%_m)». Однако в стандартах используются другие показатели, что некорректно. Соотношения между объёмными и массовыми процентами содержания этанола в водно-спиртовых растворах подчиняются зависимости: С_vr б/в этанола = С_mr водно-спиртового раствора.

Эти соотношения приведены в Алкоголеметрической таблице № 1 ГФ Х1 выпуск 1,с.303 (Приложение Б, Таблица Б.1)

Таким образом, нет принципиальной (методической) необходимости проводить пересчет предположительного содержания спирта по массе действительного экстракта.

Существующий межгосударственный стандарт ГОСТ 12787-81 регламентирует два метода определения массовой доли спирта:

— рефрактометрическим методом с расчетом ожидаемой концентрации спирта по корреляционным уравнениям взаимосвязи относительной плотности пива с показателями преломления пива или по табличным значениям массовой доли спирта.

Массовую долю спирта в процентах (по специальным таблицам- номограммам) можно определить только после определения относительной плотности раствора дистиллята.

Дистилляционный метод определения массовой доли спирта

Рисунок 1.5 — Лабораторная установка для перегонки спирта:

1 — электроплитка; 2 — перегонная колба (плоскодонная или круглодонная); 3 — каплеуловитель; 4 — холодильник (ХПТ или ХШ); 5 — стеклянная трубка; 6 — приемная колба

Лабораторная установка для перегонки спирта может быть двух исполнений — I или II (рисунок 1.5) и состоит из перегонной (плоскодонной или круглодонной) колбы 2, соединенной через каплеуловитель 3 с зашлифованной нижней частью холодильника 4. Допускается использовать колбу, закрывающуюся резиновой пробкой с отверстием, в которое вмонтирован каплеуловитель с оплавленным концом.

Дистилляционный метод определения спирта в пиве основан на отгонке спирта из навески пива и определении относительной плотности дистиллята и остатка после отгонки, доведенных водой до начальной массы. Метод применяется также при разногласиях в оценке указанных показателей.

Перед началом испытаний проводят освобождение пива от двуокиси углерода. При этом от 250 см 3 до 300 см 3 пива наливают колбу вместимостью 1000 см 3 , доводят температуру до 20 0 С, затем встряхивают, закрыв колбу ладонью, периодически приоткрывая ее, до тех пор, пока прекратится ощущение давления изнутри. Встряхивание повторяют два-три раза с интервалом в 5 минут. Непрозрачное пиво фильтруют через бумажный фильтр.

Допускается применение аппарата для встряхивания. В этом случае колбу с пивом закрывают пробкой с одним отверстием, через которое пропущена тонкая трубка для выхода газа, закрепляют в аппарате и встряхивают в течение от 20 минут до 30 минут.

В сухую плоскодонную тарированную колбу взвешивают 100 г пива на лабораторных весах с наибольшим пределом взвешивания 1 кг, предварительно освобожденного от двуокиси углерода, добавляют 50 см 3 дистиллированной воды. Затем колбу соединяют с холодильником через каплеуловитель и отгоняют от 70 см 3 до 80 см 3 пива в предварительно взвешенную на лабораторных весах с наибольшим пределом взвешивания 1 кг приемную колбу, установленную в сосуд с холодной водой. В приемную колбу предварительно наливают от 5 см 3 до 10 см 3 дистиллированной воды.

После отгонки к содержимому приемной колбы добавляют до 100 г дистиллированную воду, перемешивают и заполняют пикнометр испытуемым дистиллятом пива температурой 20 0 С, предварительно ополоснув его два-три раза и погружают в водяную баню температурой (20,0 ±0,2) 0 С выше уровня дистиллята в пикнометре не менее чем на 15 минут. Пикнометр вынимают из воды, вытирают досуха и взвешивают на лабораторных весах с наибольшим пределом взвешивания 200 г.

Относительную плотность раствора дистиллята (d ) вычисляют по формуле:

где т – масса пикнометра с раствором дистиллята, г;

т₂ – масса пикнометра с дистиллированной водой, г.

Массовую долю спирта в процентах в зависимости от относительной плотности раствора дистиллята определяют по таблице 1 Приложения ГОСТ 12787-81.

Вычисления проводят до второго десятичного знака.

Расхождение между результатами двух параллельных определений одной и той же пробы при доверительной вероятности Р = 0,95 по абсолютной величине не должно превышать в процентах:

0,06 – для массовой доли спирта;

0,03 – для массовой доли действительного экстракта.

Расхождение между результатами определений одной и той же пробы в разных лабораториях при доверительной вероятности Р = 0,95 по абсолютной величине не должно превышать в процентах:

0,14 – для массовой доли спирта;

0,07 – для массовой доли действительного экстракта.

За окончательный результат испытания принимают среднеарифметическое результатов двух параллельных определений и выражают целым числом с одним десятичным знаком.

Объемную долю V_с % спирта рассчитывают по формуле:

где т_с – массовая доля спирта, %;

d – относительная плотность пива при 20 0 С;

0,79067 – относительная плотность безводного спирта при 20 0 С.

Рефрактометрический способ определения спирта основан на определении показателя преломления при помощи погружного рефрактометра и относительной плотности пива пикнометром с последующим вычислением по формулам.

Перед проведением испытаний проводят юстировку рефрактометра путем измерения показателя преломления дистиллированной воды при (20,0 ± 0,2) 0 С. Для этого в одно из гнезд штатива термостата-бани, установленной на (20,0 ± 0,2) 0 С, помещают стаканчик с дистиллированной водой. В стаканчик погружают измерительную призму рефрактометра и выдерживают от 10 минут до 15 минут для выравнивания температуры воды в стаканчике и призмы. После этого делают отсчет по шкале, показания которой должно соответствовать 14,5 единицы с погрешностью не более 0,1. Если показание отличается от 14,5, следует установить его на 14,5 винтом микрометренного барабана.

Для определения показателя преломления в стаканчик от 1/2 до 1/3 его вместимости наливают пиво, освобожденное от двуокиси углерода и помещают в штатив термостата-бани. Призму рефрактометра погружают в пиво, выдерживают от 10 минут до 15 минут при (20,0 ± 0,2) 0 С, после чего устанавливают резкую видимость линии раздела шкалы рефрактометра при помощи осветителя и зеркала.

Приводят микрометренный винт в нулевое положение и делают отсчет целых делений по шкале окуляра, десятые доли отсчитывают по барабану микрометренного винта, поворачивая его до тех пор, пока линия раздела не совпадет с делением, отсчитнным по шкале окуляра.

Для определения относительной плотности пиво, освобожденное от двуокиси углерода, наливают в пикнометр.

Термостатирование, установку мениска и взвешивание проводят так же, как при дистилляционном методе. Относительную плотность пива определяют по формуле (1), принимая т равным массе пикнометра с пивом.

Массовую долю спирта (т₇) и действительного экстракта (т₈) в процентах вычисляют по формулам:

При анализе Жигулевского, Рижского, Украинского, Мартовского пива и Портера:

При анализе Московского пива

При анализе Ленинградского пива

где п – показатель преломления пива;

14,5 – показатель преломления воды;

d – относительная плотность пива.

Формулы для пива других наименований заводов и национальных сортов пива выбирают на основании серии сравнительных анализов рефрактометрическим и дистилляционным методами.

Применяют ту пару формул, которая дает результаты, наиболее близкие к результатам, получаемым дистилляционным методом.

Вычисления проводят до второго десятичного знака.

0,06 – для массовой доли спирта;

0,04 – для массовой доли действительного экстракта.

0,14 – для массовой доли спирта;

0,06 – для массовой доли действительного экстракта.

Рекомендуется для внесения в государственные стандарты методов дифференцированного определения потенциально токсичных компонентов пива. Если принять за основу ГОСТ 12787-81, раздел 1 – «Дистилляционный метод определения спирта», изложенный выше, то из суммарного содержания дистиллята предлагаем выделить содержание сивушных масел (высших спиртов). Известно, что они представляют наиболее значительную по объему часть летучих веществ, не относящихся к этанолу. К тому же известен метод определения высших спиртов в составе коньячных и плодовых спиртов (ГОСТ 14138-76).

Применительно к целям нашего исследования данный метод оказался не применим, поскольку изоамиловый и изобутиловый спирты (основные компоненты сивушных масел) не могут накапливаться в дистилляте пива, т.к. температуры их кипения составляют от 132,1 0 С до 108,0 0 С соответственно.

Мы предлагаем исправить это несоответствие, используя методический опыт, накопленный фармакологами страны.

1.5 Определение содержания этанола в многокомпонентной спиртосодержащих смесях

Другим фактором, делающим метрологически некорректными методы определения этанола в составе пива по показателям плотности, является факт многокомпонетности состава пива и его насыщенность множеством составляющих. Государственная Фармакопея (ГФ Х1, в.1,с.26-29 ) прямо указывает, что определять содержание этилового спирта по плотности в лекарственных препаратах можно с достаточной точностью только при малом содержании остальных ингредиентов, так как их присутствие меняет значение плотности и вносит искажение в полученные результаты.

В пиве же содержание растворимых веществ может достигать 23 %, что делает некорректным определение малых концентраций этанола Государственная Фармакопея рекомендует определение содержание спирта следующими методами:

а) для экспресс — контроля наличия содержания этанола применять метод рефрактометрии (особенности рефрактометрического анализа водно-спиртовых растворов: в водных растворах этилового спирта линейная зависимость показателя преломления и концентрации наблюдается в пределах 50 — 60 %);

б) количественное определение содержание спирта рекомендуют методом отгонки с химическим устранением мешающих сопутствующих соединений;

в) наиболее современным и перспективным методом нашего времени считается хроматографический метод определения спирта в сложных по составу растворах.

В инструкциях, которые представлены по внутриаптечному контролю качества спиртсодержащих лекарственных препаратов для аналогичных случаев, то есть, «если испытуемая жидкость кроме этанола содержит летучие вещества- эфиры, эфирные масла, хлороформ, камфару, летучие кислоты или основания, её предварительно обрабатывают»

Авторы (Сливкин) приводят требования Государственной Фармакопеи: «если жидкость содержит менее 30 % этанола, то высаливание других летучих компонентов производят не раствором, а 10 г. сухого хлорида натрия. При этом, при содержании летучих кислот их нейтрализуют раствором щелочи; при содержании эфирных масел, кроме поваренной соли, добавляют петролейный эфир и т.д.».

Таким образом, опыт фармакологов подсказывает, что более точно определить массовую долю этанола в дистилляте пива можно с применением метода химического удаления (высаливания сухим NaCl плюс петролейный эфир).

Петролейный эфир (нефрас-П4-30/80) — смесь легких углеводородов (пентанов и гексанов), получаемая из попутных нефтяных газов и легких фракций нефти, а также синтезом из СО и H₂. Бесцветная жидкость с температурой кипения, от 40°C до 70 °C (лёгкий) и от 70 °C до 100 °C (тяжёлый), и с плотностью от 0,650 г/см 3 до 0,695 г/см 3 . Петролейный эфир — растворитель жиров, масел, смол и др.

Название вещества является традиционным, а не номенклатурным, так как по химическому составу петролейный эфир не имеет отношения ни к простым, ни к сложным эфирам.

Только после этого можно применить рекомендации п.1.5.2 ГОСТ 12787-86: «Остаток после отгонки спирта (и фильтрации от неизбежных осадков высаливания) доводят в колбе дистиллированной водой до первоначальной массы пива 100 г, перемешивают. Только после этого плотность отгона определяют пикнометром и по алкоголеметрическим таблицам находят соответствующее содержание спирта в процентах по объему. Однако и эти действия не исключают мешающих влияний метанола и продуктов окисления этанола и метанола (ацетальдегида и формальдегида), накапливающихся в пиве на этапах дображивания и созревания.

На наш взгляд следует рекомендовать для внутризаводских лабораторий фармакопейную методику определения содержания спирта по температуре кипения смеси.

2 Расчетно-экспериментальная часть

2.1 Методика проведения эксперимента

2.1.1 Приготовление модельных смелей

Для приготовления растворов применялся спирт этиловый по ГОСТ Р 51652-2000 «Спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья. Технические условия», вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72 «Вода дистиллированная. Технические условия».

Крепость спирта определялась при атмосферном давлении 747 мм.рт.ст. с помощью ареометра-денсиметра ГОСТ 1300-74 с пределом измерения плотности ρ= 0,880 г/см 3 , температура спирта 25 0 С.

Модельная смесь № 1 представляет собой раствор этилового спирта в дистиллированной воде с концентрацией этанола 4 %.

Согласно таблице Г.1 Приложения Г, 1 л 4 % раствора этилового спирта в воде весит 991 грамм. Составляем пропорцию:

Следовательно, в 1 л 4 % раствора содержится 39,64 грамм безводного этилового спирта. Известно, что для этилового спирта С_об% = 73 % соответствует С_масс% = 65,63 % (плотность ρ = 0,878 г/см 3 ).

где V – объем исходного спирта;

т – масса исходного спирта;

ρ – плотность исходного спирта

Доведя этот раствор до метки 1000 мл в мерной колбе дистиллированной водой, получаем 1 л 4 % — ного раствора этилового спирта в воде.

Для проведения экспериментов потребуется 500 мл раствора, поэтому возьмем 34,4 мл исходного спирта.

Модельная смесь № 2 представляет собой раствор этилового спирта в дистиллированной воде с концентрацией этанола 6 %.

Согласно таблице Г.1 Приложения Г, 1 литр 6 % — ного раствора этилового спирта в воде весит 987,5 грамм. Составим пропорцию:

Следовательно, в 1 л 6 % раствора содержится 59,25 г безводного этилового спирта. Известно, что для этилового спирта С_об% = 73 % соответствует С_масс% = 65,63 % (плотность ρ = 0,878 г/см 3 ).

Доведя этот раствор до метки 1000 мл в мерной колбе дистиллированной водой, получаем 1 л 6 % — ного раствора этилового спирта в воде.

Для проведения экспериментов потребуется 500 мл раствора, поэтому возьмем 51,4 мл исходного спирта.

Модельная смесь № 3 представляет собой раствор этилового спирта в дистиллированной воде концентрацией этанола 8 %.

Согласно таблице Г.1 Приложения Г, 1 л 8 % раствора этилового спирта в воде весит 985 грамм. Составляем пропорцию:

Следовательно, в 1 л 8 % — ного раствора содержится 78,80 г безводного этилового спирта. Известно, что для этилового спирта С_об% = 73 % соответствует С_масс% = 65,63 % (плотность ρ = 0,878 г/см 3 ).

Доведя этот раствор до метки 1000 мл в мерной колбе дистиллированной водой, получаем 1 л 8 %-ного раствора этилового спирта в воде.

Для проведения экспериментов потребуется 500 мл раствора, поэтому потребуется 68,4 мл исходного спирта.

Для приготовления водно-спиртовых растворов применялись пипетки химические объемом 20 мл, 25 мл, и 50 мл по ГОСТ 20292-74 , колбы мерные 100 мл и 250 мл по ГОСТ 20292-74.

2.1.2 Применение методов математического моделирования при выполнении экспериментальных исследований

Моделирование — один из прогрессивных методов, широко применяемых в современной науке, в первую очередь — в её прикладных областях. Моделирование позволяет ускорить технический прогресс, существенно сократить сроки освоения новых производств. В эпоху научно — технической революции особенно бурно развивается одно из новейших направлений математическое моделирование. Его развитие теснейшим образом связанно с развитием кибернетики, электроники и вычислительной техники.

В научно-технических исследованиях весьма часто возникает ситуация, когда исследователей интересует какой-либо объект-оригинал. Но вместо того, чтобы изучать непосредственно оригинал, исследователь проводить изучение другого объекта — модели, а результаты исследования модели распространяются на оригинал. Процесс создания модели, её исследования и распространения результатов на оригинал называется моделированием.

Математическая модель — это чаще всего система уравнений, а так же

неравенства, алгоритмы, иногда графики, таблицы или другие математические структуры, описывающие оригинал.

Чтобы моделирование имело смысл, оно должно удовлетворять двум требованиям:

а) экономичность. Исследование на модели, должно быть более экономичным, чем непосредственное исследование оригинала. В противном случае выгоднее было бы изготовить оригинал и проводить исследования непосредственно на нём. Экономичность понимается в широком смысле. Это не всегда экономия средств. Моделирование может экономить время или, например, быть более безопасным, чем непосредственное изучение оригинала. Заметим так же, что экономичность не обязательно означает дешевизну модели. Экономичности можно добиться либо создав дешёвую модель (малую по размерам, сделанную из дешёвых материалов и так далее), либо создав модель дорогую, но универсальную, способную изображать различные оригиналы;

б) традуктивность. Данный термин означает, что исследователи должны знать, как по результатам испытания модели определить интересующие их параметры оригинала. При этом исследователей практически всегда интересует количественная традукция. При экспериментальном исследовании недостаточно знать в результате моделирования, что процесс в принципе осуществим. Важно иметь возможность рассчитать и оптимизировать его.

Как правило, бывает достаточно ясно, какой должна быть модель, чтобы выполнить требование экономичности. Определить же условия, при которых моделирование традуктивно, часто гораздо сложнее. По сути, основная задача, решаемая теорией моделирования — это задача о традукции, об условиях, при которых моделирование даёт результаты, пригодные для распространения на оригинал, и о том, как осуществлять это распространение. Разные способы моделирования — это в некотором смысле разные типы традукции.

В теории моделирования существует понятие подобия, которое определяет традуктивность моделирования. Подобие — это условие, при котором возможно количественное распространение результатов эксперимента с модели на оригинал. Более того, подобие модели и оригинала непосредственно даёт правило традукции, которое гласит о том, что безразмерные комплексы (критерии подобия) в сходных точках подобных объектов (модели и оригинала) равны. Следовательно, в данном случае традективность определяется тривиально — простым приравниванием критериев подобия.

Таким образом, при моделировании на основе метода подобия безразмерные комплексы играют двоякую роль. Во — первых, на их основе определяют, когда модель подобна оригиналу — и значит, возможна традукция. Во вторых, значения тех же комплексов в сходных точках и есть та количественная мера, которая переносится с модели на оригинал.

И так, применение теории подобия позволяет сформулировать требования к модели, удовлетворение которых обеспечивает возможность количественного распространения результатов эксперимента с модели на оригинал. Однако в случае, когда процесс в оригинале сложен, удовлетворить этим требованиям оказывается очень сложно.

Существует очень большое число оригиналов, математические модели которых представляют собой системы дифференциальных уравнений. Существует возможность создать элементы, законы, функционирования которых соответствуют основным математическим операциям, встречающимся в дифференциальных уравнениях. Данные элементы носят названия аналоговых элементов. Однако, моделирование, использующее аналоги, не свободно от трудностей, связанных с условиями подобия. Если оригинал сложен и условия подобия включают несколько критериев, то часто не удаётся создать модель, подобную оригиналу.

Дальнейшее расширение возможностей моделирования связанно с тем, что в аналоговом моделировании модель и оригинал объединяет общность математической модели. Как следствие этого, можно сделать вывод о том, что записав математическую модель оригинала, можно обработать её при помощи электронной вычислительной техники. Если первоначальное описание было верно, то результаты, полученные при помощи данного метода можно количественно перенести на оригинал.

Таким образом, рассмотренная процедура играет ту же роль, что и моделирование, так как в данном случае, применение электронных вычислительных комплексов имеет существенное сходство с моделированием, поскольку на основе мыслительной модели процесса — его математического описания — организуется некоторая виртуальная система, результаты работы которой распространяются на оригинал.

Таким образом, вычислительный комплекс, рассчитывающий процесс на основе математического описания, можно считать материальной моделью рассматриваемого процесса. Поэтому применение вычислительной техники для, анализа и расчёта процессов принято рассматривать как разновидность моделирования. Чаще всего данный способ моделирования называют математическим моделированием, в отличие от физического моделирования, при котором модель и оригинал физически идентичны, а основой построения модели служит теория подобия.

Следует отметить, что при математическом моделировании соблюдаются оба основных требования к моделированию. Результат моделирования количественно распространяется на оригинал. Кроме того, моделирование дешевле, чем прямой эксперимент на оригинале.

Необходимо иметь в виду, что нельзя противопоставлять физическое и математическое моделирование. Во многих случаях физический эксперимент просто оказывается дешевле сложного расчёта, хотя возможно и то, и другое и, наконец, необходимо иметь в виду, что, как правило, теория даёт общий вид уравнения математического описания, а численные коэффициенты этих уравнений, значения которых отличают один частный случай от другого (их называют параметрами математической модели), всё равно должны быть найдены из опыта.

В целом, при разработке нового химико — технологического процесса на различных этапах чередуется применение различных приёмов моделирования, и каждый раз целесообразно оценить применение того или иного приёма. При разработке химико-технологического процесса вначале проводят физико-химическое исследование, распадающееся на две основные части:

а) исследование равновесия и энергетики реакции;

б) исследование кинетики реакции.

В случае достаточно сложной реакции результаты этих опытов, как правило, обрабатываются при помощи электронных вычислительных комплексов. При этом уже с самого начала возникают обратные связи; ход обработки может показать, что опытных данных недостаточно или что какие то из них нуждаются в уточнении. Таким образом, последующая стадия влияет на предыдущую. Подобные обратные связи возникают на всех этапах работы.

Результатом обработки физико-химических опытов является мысленная модель химического процесса, включающая схему основных и побочных реакций, данные по равновесию, энергетике и кинетике и так далее. На основе этой мысленной модели осуществляют ориентировочный выбор технологической схемы и аппаратуры.

Следующей стадией является моделирование основных сторон работы аппаратуры, в результате чего, привлекая данные предыдущего этапа, получают математическую модель процесса в целом — с учётом влияния аппаратуры. Эту модель закладывают в электронный вычислительный комплекс и рассчитывают оптимальные параметры химико-технологического процесса.

Вначале нужно получить математическую модель — составить математическое описание оригинала. Этот этап носит название этапа идентификации объекта моделирования. Далее выбирается или создаётся алгоритм моделирования, показывающий, каким образом должна проводиться математическая обработка; на основе алгоритма пишется программа для загрузки в электронный вычислительный комплекс. На следующем этапе в работу включается вычислительная машина, выдающая решение — результат математического моделирования.

Следующий этап наиболее вожен и носит название про верки адекватности модели: необходимо установить, достаточно ли точно полученное нами решение соответствует поведению объекта. Если адекватность не достигнута, проводится коррекция модели и все последующие этапы повторяются.

В заключении приводится интерпретация результатов моделирования, на основе которой принимается решение о практической реализации химико технологического процесса или о продолжении исследования.

В настоящее время очень часто ключевым этапом математического моделирования оказывается первый — составление математического описания. Математическая и техническая стороны моделирования (прикладная математика, программирование и вычислительная техника) развиваются столь интенсивно и уже настолько разработаны, что во многих случаях можно быть уверенным: химик — технолог, имеющий достаточно хорошую математическую модель, сможет успешно провести моделирование.

Под математическим описанием химико — технологического процесса понимают систему уравнений, связывающих функции отклика с влияющими факторами. В простейшем случае это может быть одно уравнение. Часто математическое описание химико-технологического процесса называют математической моделью химико-технологического процесса.

С помощью математических методов оптимального планирования эксперимента можно получить математическую модель химико-технологического процесса даже при отсутствии сведений о механизме протекания данного процесса.

Ценность математического описания химико-технологического процесса заключается в том, что оно:

а) даёт информацию о влиянии факторов;

б) позволяет количественно определить значение функции отклика при заданном режиме ведения процесса;

в) может служить основой для оптимизации химик о технологического процесса.

Следует отметить, что на основе методов планирования эксперимента можно количественно описать также свойства таких продуктов, как сплавы, пластмасса, керамика и так далее.

Математические модели, получаемые с помощью методов планирования эксперимента, принято называть экспериментально — статистическими.

Процесс оптимизации приводит в область факторного пространства, где кривизна поверхности отклика велика и вследствие этого поверхность не может быть описана простым многочленом. Для адекватного математического описания здесь требуется многочлен более высокой степени, например, отрезок ряда Тейлора, содержащий члены с квадратами переменных. С этой целью используют центральное композиционное планирование эксперимента (ЦКП). Различают два вида ЦКП- ортогональное и ротатабельное.

Количество опытов при ортогональном ЦКП определяется по формуле

( 0,0,…, α). Здесь величина α называется звездным плечом; 1– опыт в центре планирования, т.е. в точке факторного пространства с координатами (0, 0, …, 0).

Если с помощью полного факторного эксперимента не удается получить адекватного математического описания в форме (2.1), то к нему добавляют опыты в «звездных» точках и в центре плана, а полученную при этом композицию используют для получения математического описания процесса в виде многочлена второй степени. Отсюда и произошло название метода – центральное композиционное планирование.

Значения звездного плеча α для ЦКП с различным числом факторов n следующие:

α . . . . . . . . . 1,000 1,215 1,414 1,547

Эти значения α выбраны из условия ортогональности матрицы планирования.

Уравнение регрессии при ортогональном ЦКП ищут в следующем виде:

Введены для того, чтобы матрица планирования была ортогональна и коэффициенты регрессии определялись независимо друг от друга по результатам опытов.

Для того чтобы получить равнение регрессии в обычной форме

○ — полный факторный эксперимент;

Рисунок 2.1 — Схема опытов ортогонального ЦКП для двух факторов

В таблице 2.1 приведена в качестве примера матрица ортогонального ЦКП для двух факторов, а на рис 2.1 изображена схема этих опытов.

Таблица 2.1 — Ортогональное ЦКП для двух факторов

Полный факторный эксперимент

Коэффициент b_i считается значимым, если ׀b_i׀>S_bit. Аналогично проверяется значимость остальных коэффициентов регрессии. Проверка адекватности уравнения регрессии осуществляется с помощью критерия Фишера.

2.1.2.2 Ротабельное планирование

Этот метод планирования эксперимента позволяет получать более точное математическое описание поверхности отклика по сравнению с ортогональным ЦКП, что достигается благодаря увеличению числа опытов в центре плана и специальному выбору величины звездного плеча α. В таблице 2.2 приведены основные характеристики матриц ротатабельного планирования.

Таблица 2.2 Характеристики ротатабельного ЦКП

Число опытов факторного планирования

Число опытов в звездных точках

Число опытов в центре плана

При ротатабельном ЦКП для вычисления коэффициентов регрессии и соответствующих оценок дисперсий

2.1.3 Методика проведения опыта

Известно, что температура кипения водно-спиртовых растворов зависит от атмосферного давления. С целью проверки правильности проведения эксперимента измерение температуры кипения проводилось с интервалом в несколько дней при различном атмосферном давлении.

Для проведения эксперимента использовалось следующее оборудование:

— электронный термометр «ЛТ-300»;

Рисунок 2.2 — Крупный план. Термометр лабораторный электронный

Термометр «ЛТ-300» (рисунок 2.2) предназначен для измерения температур различных объектов в лабораториях промышленных предприятий и научно-исследовательских учреждений.

Работа термометра основана на измерении электрического сопротивления чувствительного элемента датчика и последующем преобразовании его в значение температуры.

В качестве чувствительного элемента датчика используется миниатюрный пленочный платиновый термометр сопротивления, нанесенный на керамическую подложку. Чувствительный элемент отличается хорошей воспроизводимостью температурной характеристики и долговременной стабильностью.

Результаты измерений выводятся на жидкокристаллический индикатор.

В результате проведенных экспериментов были получены следующие данные, приведенные в таблице 2.4.

2.2 Зависимость температуры кипения водно-спиртовых растворов от величины атмосферного давления и концентрации спирта

Результаты измерения температуры кипения водно-спиртовых растворов в зависимости от величины атмосферного давления и концентрации спирта представлены в таблице 2.4

Таблица 2.4 — Результаты измерений температуры кипения водно-спиртовых растворов

Атмос-ферное давление, мм рт. ст.

Температура кипения раствора t_кс, 0 С

Темпера-тура кипения воды t_кв, 0 С

2.2.1 Проверка воспроизводимости опытов

Прежде чем приступить к планированию эксперимента, необходимо убедиться в том, что опыты воспроизводимы.

Результаты измерений, полученные в ходе первой части исследования, приведены в таблице 3.3.

Таблица 2.5 — Условия проведения опытов и результаты измерений

Для каждой серии параллельных опытов вычислим среднее арифметическое значение функции отклика [39].

где k – число параллельных опытов, проведенных при одинаковых условиях.

Затем вычислим оценку дисперсии для каждой серии параллельных опытов:

С ней связано число степеней свободы :

Для проверки воспроизводимости опытов (расчетный критерий Кохрена) найдем соотношение наибольшей из оценок дисперсий к сумме всех оценок дисперсий:

t_кип дистилли-рованной воды, 0 С

∆t_{кип таб} при 760 мм рт. ст.

Пользуясь полученными экспериментальными данными, мы можем перейти к ортогональному центральному композиционному планированию эксперимента.

Составим матрицу для двух факторов, основные характеристики плана эксперимента представлены в таблицах

Таблица 2.7 — Основные характеристики плана эксперимента

Фактор атмосферного давления

Таблица 2.8 – Ортогональные центральные композиционные планы для двух факторов

Полный фактор-ный экспери-мент

Находим величины коэффициентов уравнения регрессии

Для расчета оценок дисперсий в определении коэффициентов регрессии используем следующие выражения:

Оценка дисперсии для каждой серии параллельных опытов рассчитана при проверке воспроизводимости опытов и равна:

Погрешность в определении коэффициентов регрессии вычислим по формуле:

Пользуясь Приложением 3 [39], находим, что для доверительной вероятности Р = 0,95 и 2 степеней свободы значение критерия Стьюдента t = 2,31

Для оценки значимости коэффициентов регрессии рассмотрим следующие отношения:

Отсюда видно, что все коэффициенты регрессии значимы, кроме и

Следовательно, искомое уравнение имеет вид:

Для проверки адекватности уравнения регрессии найдем расчетные значения функции отклика:

Вычислим оценку дисперсии адекватности по формуле:

где В – число коэффициентов регрессии искомого уравнения, включая свободный член;

, — экспериментальное и расчетное значение функции отклика в j-м опыте;

С ней связано число степеней свободы f = 9 – 4= 5

Проверка адекватности уравнения регрессии осуществляется с помощью критерия Фишера:

Оно не превосходит значение F = 4,82, приведенное в Приложении 4 [39]. Следовательно, уравнение регрессии адекватно.

Кодированные переменные Х₁ и Х₂ связаны с факторами следующими соотношениями:

Перейдем в уравнении регрессии от кодированных переменных к физическим. В нашем уравнении Х₁ – концентрация этанола в водно-спиртовом растворе, Х₂ – атмосферное давление, причем координаты центра плана х₀₁ = 6% и х₀₂ = 755 мм рт. ст., а шаги варьирования ∆х₁ = 2% и ∆х₂ = 5 мм рт ст.

Подставляя их в полученное уравнение регрессии:

Пользуясь таким уравнением, мы избавляемся от необходимости переводить всякий раз условия опыта в кодированные переменные.

2.3 Температура кипения водно-спиртовых растворов с добавками высших спиртов

Если в водно-спиртовом растворе содержатся примеси высших спиртов, то температура кипения такой сложной смеси должна повышаться по сравнению с температурой кипения исходного водно-спиртового раствора, так как температура кипения высших спиртов (изоамилового, изобутилового, пропилового) выше, чем этилового.

Таблица 2.9 – Температура кипения спиртов

Во второй серии экспериментов это предположение будет проверено. Для этого мы приготовим модельные смеси № 1.1, 2.1 и 3.1

Приготовление модельных смесей для второй серии эксперимента

Модельные смеси № 1.1, 2.1 и 3.1 представляют собой ранее приготовленные модельные смеси № 1, 2 и 3, в которые были дополнительно введены высшие спирты в количестве:

-изоамиловый – 0,0086 мл/100 мл

-изобутиловый – 0,0025 мл/100 мл

-пропиловый – 0,0015 мл/100 мл

При приготовлении модельных смесей № 1.1, 2.1 и 3.1 использовались микропипетки ГОСТ 20292-74.

В результате проведения экспериментов были получены данные, приведенные в таблице 2.10.

Таблица 2.10 — Результаты измерения температуры кипения водно-спиртовых растворов (модельные смеси №№ 1.1, 2.1, 3,1)

Атмосфе-рное давление, мм рт. ст.

Температура кипения раствора , 0 С

Темпера-тура кипения воды,, 0 С

Прежде чем приступить к планированию эксперимента, необходимо убедиться в том, что опыты воспроизводимы. Воспроизводимость должна показывать правильную характеристику опыта, ее дальнейшее протекание, а также будут достигнуты те цели, которые мы поставили.

Таблица 2.11 — Условия проведения опытов и результаты измерений

Для продолжения эксперимента необходимо построить следующие графики:

— зависимость температуры кипения водно-спиртовой смеси с добавлением высших спиртов от атмосферного давления (для каждого значения концентрации этанола);

Таблица 2.12 — Сравнительные данные

Атмосфер-ное давление, мм рт.ст.

Концент-рация этилово-го спир-та, %

t_кип водно-спиртовой смеси, 0 С

t_кип дистилли-рованной воды, 0 С

∆t_{кип таб} при 760 мм рт. ст.

Таблица 2.13 — Основные характеристики плана эксперимента

Фактор атмосферного давления

Таблица 2.14 – Ортогональное ЦКП для двух факторов

Полный фактор-ный экспери-мент

Рассчитаем коэффициенты регрессии по формулам (1.23 – 1.26):

Для расчета оценок дисперсий в определении коэффициентов регрессии используем формулы (1.27 – 1.31):

Погрешность в определении коэффициентов регрессии вычислим по формуле:

Для оценки значимости коэффициентов регрессии рассмотрим следующие отношения:

Отсюда видно, что все коэффициенты регрессии значимы, кроме и следовательно, искомое уравнение имеет вид:

Для проверки адекватности уравнения регрессии найдем расчетные значения функции отклика:

Вычислим оценку дисперсии адекватности по формуле 1.34:

С ней связано число степеней свободы f = 9 – 4= 5

Проверка адекватности уравнения регрессии осуществляется с помощью критерия Фишера по формуле 1.35:

Оно не превосходит значение F = 4,82, приведенное в Приложении А [39]. следовательно, уравнение регрессии адекватно.

Кодированные переменные Х₁ и Х₂ связаны с факторами следующими соотношениями:

Перейдем в уравнении регрессии от кодированных переменных к физическим. В нашем уравнении Х₁ – концентрация этанола в водно-спиртовом растворе, Х₂ – атмосферное давление, причем координаты центра плана х₀₁ = 6 % и х₀₂ = 755 мм. рт. ст., а шаги варьирования ∆х₁ = 2 % и ∆х₂ = 5 мм. рт. ст.

Подставляя их в полученное уравнение регрессии:

Итак, с помощью полученных уравнений регрессии можно определять разницу в температуре кипения дистиллированной воды и температуре кипения водно-спиртовой смеси при любом атмосферном давлении (разница в температуре кипения как функция от концентрации спирта в растворе и атмосферного давления): ∆t = f (С_спирта;Р_атм)

Следовательно, мы можем перейти к определению концентрации спирта в растворе как функции от разницы в температуре кипения водно-спиртовой смеси и атмосферного давления: С_спирта = f (∆t; Р_атм)

В результате проведенных экспериментов были получены следующие данные:

Таблица 2.15 — Результаты измерений температуры кипения водно-спиртовых растворов

Атмосферное давле-ние, мм рт. ст.

Температура кипения раствора t_кс, 0 С

Темпера-тура кипения воды, 0 С

Прежде чем приступить к планированию эксперимента, необходимо убедиться в том, что опыты воспроизводимы.

Таблица 2.16 — Условия проведения опытов и результаты измерений

Для каждой серии параллельных опытов вычислим среднее арифметическое значение функции отклика по формуле (2.15):

где k – число параллельных опытов, проведенных при одинаковых условиях

Затем вычислим оценку дисперсии для каждой серии параллельных опытов по формуле (2.16):

где k – число параллельных опытов, проведенных при одинаковых условиях.

С ней связано число степеней свободы:

Для проверки воспроизводимости опытов (расчетный критерий Кохрена) найдем соотношение наибольшей из оценок дисперсий к сумме всех оценок дисперсий по формуле (2.18):

Фактор атмосферного давления

Рассчитаем коэффициенты регрессии по формулам (1.23 – 1.26):

Для расчета оценок дисперсий в определении коэффициентов регрессии используем формулы (1.12 – 1.31):

Погрешность в определении коэффициентов регрессии вычислим по формуле:

Пользуясь Приложением 3 [39], находим, что для доверительной вероятности Р = 0,95 и 2 степеней свободы значение критерия Стьюдента

Для оценки значимости коэффициентов регрессии рассмотрим следующие отношения:

Отсюда видно, что все коэффициенты регрессии значимы, кроме и следовательно, искомое уравнение имеет вид:

Для проверки адекватности уравнения регрессии найдем расчетные значения функции отклика:

Вычислим оценку дисперсии адекватности по формуле (1.43):

С ней связано число степеней свободы f = 9 – 4= 5

Проверка адекватности уравнения регрессии осуществляется с помощью критерия Фишера:

Оно не превосходит значение F = 2,77, приведенное в Приложении 4 [39]. Следовательно, уравнение регрессии адекватно.

Кодированные переменные Х₁ и Х₂ связаны с факторами следующими соотношениями:

Перейдем в уравнении регрессии от кодированных переменных к физическим. В нашем уравнении Х₁ – ∆t_кс, Х₂ – атмосферное давление, причем координаты центра плана х₀₁ = 4,5 0 С и х₀₂ = 760, а шаги варьирования ∆х₁ = 1,5 0 С и ∆х₂ = 10 мм рт. ст.

Подставляя их в полученное уравнение регрессии:

Таким образом, в результате проведения серии экспериментов нами были получены уравнения регрессии для адекватного описания зависимости разницы температуры кипения водно-спиртовых растворов и дистиллированной воды от концентрации этанола в водно-спиртовом растворе и от атмосферного давления. Из полученных графиков видно, что разница температуры кипения водно-спиртовых растворов и дистиллированной воды возрастает с повышением атмосферного давления.

С помощью данных, полученных в ходе проведения экспериментов, было получено уравнение, с помощью которого можно адекватно описывать нахождение неизвестной концентрации этилового спирта в водно-спиртовом растворе в зависимости от разницы температуры кипения водно-спиртовых растворов и дистиллированной воды и атмосферного давления. Это уравнение может применяться для определения содержания высших спиртов в пиве, так как повышение разницы температуры кипения водно-спиртового раствора и дистиллированной воды указывает на превышение содержания высших спиртов в пиве по сравнению с содержанием безопасным с точки зрения потребителя.

2.4 Определение этанола в пиве

2.4.1 Методика проведения эксперимента

В основе метода лежит эффект эбуллиоскопии, то есть изменение температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя. В качестве растворителя принимается вода (основной ингредиент пива), а в качестве растворов принимается само пиво и пиво с добавкой модельной смеси. Модельная смесь увеличивает содержание этанола в анализируемом пиве на фиксированную величину (принимаем 4% этанола). Поэтому концентрация компонентов модельной смеси (этиловый спирт, высшие спирты и глицерин) при добавке к пиву уменьшается примерно в 20 раз. На основе этого при приготовлении модельных смесей учитывается эта величина растворения, то есть модельная смесь должна содержать основные примеси в концентрация в 20 раз превышающие их содержание в пиве.

При проведении экспериментов использовались следующие растворы:

— Раствор № 1 – 96 %-ный раствор спирта;

— Раствор № 2 – 96 %-ный раствор спирта с добавлением изоамилового, изобутилового, пропилового спиртов и глицерина.

При приготовлении раствора № 2 исходили из содержания указанных примесей в пиве в количестве:

— изоамиловый спирт – 50 мг/л;

— изобутиловый спирт – 15 мг/л;

Приготовление раствора № 2. В мерную колбу на 200 мл заливают 50-100 мл 96%-ного спирта и прибавляют с помощью микропипеток следующие объемы:

— изоамиловый спирт – 0,25 мл;

— изобутиловый спирт – 0,075 мл;

Полученную смесь перемешивают и доводят 96 %-ным раствором спирта до метки.

2.4.2 Экспериментальное определение этанола в пиве

Измерение температуры кипения растворов проводят на предлагаемой установке с использованием электронного термометра. В ходе эксперимента измерят температуру кипения:

— раствора анализируемого пива;

— раствора пива с добавкой этанола (раствор № 1);

— раствора пива с добавкой модельной смеси (раствор № 2);

Обязательно фиксируется величина атмосферного давления.

Измерение температуры кипения раствора пива. В мерную колбу на

100 мл добавляют 80 мл пива и доводят раствор до метки дистиллированной водой. Определяют температуру кипения Т_кип.

Измерение температуры кипения раствора пива с добавкой этанола.

В мерную колбу на 100 мл добавляют 80 мл пива и 4,17 мл 96 %-ного раствора спирта (раствор № 1). Доводят раствор до метки дистиллированной водой. При этом дополнительная концентрация этанола в растворе пива увеличивается на 4 % (по объему). Измеряют температуру кипения данной смеси Т_смеси.

Измерение температуры кипения пива с добавкой раствора модельной смеси. В мерную колбу на 100 мл добавляют 80 мл пива и 4,38 мл модельной смеси (раствор № 2). Доводят раствор до метки дистиллированной водой. При этом дополнительная концентрация этанола в растворе пива увеличивается на

4 % (по объему), а концентрация высших спиртов и глицерина будет находиться в пределах значений, указанных в таблице 2.16. Измеряют температуру кипения данной смеси Т_смеси.

Для определения содержания этанола в пиве методом эбуллиоскопии (изменению температуры кипения растворов пива относительно исследуемых растворов и дистиллированной воды) использовано уравнение, полученное при преобразовании уравнения регрессии.

При расчете используются следующие уравнения:

— Уравнение для определения изменения температуры кипения в зависимости от концентрации этанола и атмосферного давления

Δt_кип = -8880,298 + 0,2105*С + (23,2134 – 0,01516*Р)*Р (2.17)

— Уравнение для определения концентрации этанола в зависимости от изменения температуры кипения растворов и величины атмосферного давления

С = 4,7506*Δt_кип + 42186,6888 – (110,2774 — 0,07202*Р)Р (2.18)

В мерную колбу на 100 мл добавляют 80 мл пива и 4,38 мл модельной смеси (раствор №2). Доводят раствор до метки дистиллированной водой. При этом дополнительная концентрация этанола в растворе пива увеличивается на 4 % (по объему), а концентрация высших спиртов и глицерина будет находиться в пределах значений, указанных в таблице 2.16. Измеряют температуру кипения данной смеси Т_мс.

По результатам эксперимента заполняют таблицу результатов

Таблица 2.20 — Результаты экспериментов

Величина атмосферного давления, мм.рт.ст.

Раствора пива с добавкой мод.смеси

Последовательность расчетов предусмотрена следующая:

1) По уравнению (2.17) определяем расчетное значение понижения температуры кипения пива с добавкой модельной смеси Δt_{кип.расс} по сравнению с температурой кипения пива без добавки (концентрация С=4 %). Это понижение температуры кипения связано с увеличением концентрации этанола в пиве на 4% за счет добавления модельной смеси. Сравниваем полученные значения с экспериментальными измерениями. Эти величины будут отличаться, так как на температуру кипения пива действуют неучтенные факторы. Для их компенсации необходимо введение поправочного коэффициента, определяемого по формуле

Таблица 2.21 Результаты экспериментов

Изменение температуры кипения пива с добавкой по сравнению с пивом без добавки, о С

Изменение температуры кипения пива по сравнению с дист.водой, о С, Δt_кип

Расчетное значение, согласно уравнения (1),Δt_{кип.расс}

2) Уравнение (2.18), с учетом поправочного коэффициента принимает вид

С = 4,7506· Δt_кип· К + 42186,6888 – (110,2774 — 0,07202· Р)Р (2.20)

Результаты расчета представлены в таблице 2.22, где представлены концентрация этанола содержащийся в различных марках пива. Значение данных расходятся исходя их физико-химических свойств пива

Таблица 2.22 Окончательные результаты опыта

Концентрация этанола в пиве, %

Анализ национальных нормативных документов и современной литературы показал, что в современной нормативно-правовой базе отсутствует общий подход к определению содержания этилового спирта в алкогольных напитках, т.е. существует несоответствие принципам стандартизации и метрологии. Существующие стандартизованные методики регламентирует методы определения «возможного содержания алкоголя, не более», причем, под термином «возможное содержание алкоголя» в реальности скрывается суммарное содержание этанола, метанола, сивушных масел, альдегидов и других летучих компонентов – побочных продуктов брожения (ППБ). Большинство из них имеют различные классы токсичности и последствия при употреблении неумеренных доз спиртных напитков. Высшие спирты, являясь среди микропримесей наиболее токсичными, существенно влияют на вкус и аромат пива. Так в концентрациях свыше 100 мг/л, они ухудшает вкус и полезные свойства пива.

Рекомендуется для внесения в государственные (национальные) стандарты методов дифференцированного определения потенциально токсичных компонентов пива. При разработке метода раздельного определения этанола за основу взят ГОСТ 12787-81, раздел 1 – «Дистилляционный метод определения спирта».

Однако из суммарного содержания дистиллята предложено выделить содержание сивушных масел (высших спиртов). Известно, что они представляют наиболее значительную по объему часть летучих веществ, не относящихся к этанолу.

В основной части дипломного проекта обосновано, почему не применим дистилляционный метод определения спирта в пиве. Это связано с тем, что:

— изоамиловый и изобутиловый спирты (основные компоненты сивушных масел) не могут накапливаться в дистилляте пива, т.к. температуры их кипения составляют 132,1 и 108,0 0 С соответственно;

— многокомпонентность состава пива и его насыщенность множеством составляющих делает метрологически не корректными методы определения этанола в составе пива по показателям плотности. с достаточной точностью это возможно только при малом содержании остальных ингредиентов, так как их присутствие меняет значение плотности и вносит искажение в полученные результаты.

В дипломном проекте обосновано, дистилляцию по ГОСТ 12787-81 п.1.5.2 можно применять только после высаливания других летучих компонентов.

В дипломном проекте апробирован фармакопейный метод определения содержания этанола по температуре кипения смеси.

Выполненная классификация стандартизованных методов определения этанола в пиве и анализ нового метода позволили выявить его преимущества. Невысокая по сравнению с традиционными методами стоимость делает его привлекательным для внесения в национальные стандарты, применения даже в небольших заводских. А внедрение методики отделения мешающих примесей, приведенной в Государственной фармакопее СССР делает этот метод незаменимым при контроле таких сложных многокомпонентных органических смесей, как пиво.

Системный анализ, выполненный с помощью диаграмм Исикавы, показал, что погрешность пробоподготовки является основной. Поэтому дальнейшее апробация проведена с целью установления степени воспроизводимости метода.

В результате проведения серии экспериментов нами были получены уравнения регрессии для адекватного описания зависимости разницы температуры кипения водно-спиртовых растворов и дистиллированной воды от концентрации этанола в водно-спиртовом растворе и от атмосферного давления. Полученные зависимости свидетельствуют, что разница температуры кипения водно-спиртовых растворов и дистиллированной воды возрастает с повышением атмосферного давления.

С помощью данных, полученных в ходе проведения экспериментов, было получено уравнение, адекватно описывающее связь между неизвестной концентрацией этилового спирта в водно-спиртовом растворе и разницей температуры кипения водно-спиртовых растворов и дистиллированной воды, и атмосферного давления. Это уравнение может применяться для определения содержания высших спиртов в пиве, так как повышение разницы температуры кипения водно-спиртового раствора и дистиллированной воды указывает на превышение содержания высших спиртов в пиве по сравнению с безопасным для здоровья потребителей.

Статистическая обработка результатов спланированного по матрице ортогонального центрального композиционного эксперимента показала, что результаты являются воспроизводимыми, а коэффициенты регрессии значимыми.

В экономической части выполнены расчеты экономической эффективности от внедрения новой методики определения содержания спиртов в пиве. Они показали, что:

— чистый дисконтированный доход положителен;

— внутренняя норма доходности превышает норматив;

— фактический срок окупаемости меньше нормативного значения;

— индекс доходности больше норматива.

Результаты показывают, что внедрение новой методики экономически эффективно.

В разделе «Безопасность жизнедеятельности» выполнен анализ и обеспечение безопасных условий труда, и производственных факторов, влияющих на состояние рабочего места. Был произведен расчет необходимой освещенности. В разделе были рассмотрена чрезвычайная ситуация, которая может возникнуть в лаборатории при несоблюдении техники безопасности при работе с легко воспламеняющимися токсичными жидкостями.

В экологическом разделе дана оценка жизненного цикла обслуживающего производства, проведены необходимые расчеты для оценки величины предотвращенного ущерба от загрязнения атмосферы, водных и земельных ресурсов.

Список использованных источников

ГОСТ Р 51653-2000 Метод определения объемной доли этилового спирта. – Введ. 2001-01-01. – М. : Издательство стандартов, 2000 . – 24 с.
ГОСТ 3639-79 Методы определения концентрации этилового спирта. – Введ. 1980-03-01. – М. : Издательство стандартов, 1980 . – 36 с.
ГОСТ Р 52472 Водки и водки особые. Правила приемки и методы анализа. – Введ. 2004-03-04. – М. : Издательство стандартов, 2005 . – 31 с.
ГОСТ 12787-81 Пиво. Методы определения спирта, действительного экстракта и расчет сухих веществ в начальном сусле. – Введ. 1982-01-01. – М. : Издательство стандартов, 1982 . – 28 с.
СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. Контроль качества. Введен с 01.07.01. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2003.-90 с.
Главачек, Ф. Пивоварение. /Ф. Главачек / Перевод с чешского И. В. Холодовой. / Под ред. А. П. Колпакчи. М.: Пищевая промышленность, 1977.-577 с.
Тихомиров, В. Г. Технология и организация пивоваренного и безалкогольного производств / В. Г. Тихомиров — М.: Колос, 2007.- 461с.:
Хорунжина, С. И. Биохимические и физико-химические основы технологии солода и пива. / С. И. Хорунжина — М.: колос, 1999.-312с.: ил.
Кунце, В.. Технология солода и пива: перевод с немецкого / В. Кунце, Г. Мит.- СПб., Издательство «Профессия», 2003.- 912с.,
Нужный, В. П. Алкогольная ситуация в России. / В. П. Нужный // Вопросы наркологии.-1995-№4.-с.73-81
Меледина, Т. В. Технологический подход к регулированию сенсорного профиля пива. Ч. I. Высшие спирты. / Т. В. Меледина, Е. Л. Лебедева. // Индустрия напитков.- 2004 — № 4. — с. 10-14.
Меледина, Т. В. Технологический подход к регулированию сенсорного профиля пива. Ч. II. Эфиры. / Т. В. Меледина, Е. Л. Лебедева. // Индустрия напитков — 2004 — № 5 — 5. — с.30-33.
Меледина, Т. В. Технологический подход к регулированию сенсорного профиля пива. Ч. III. Жирные кислоты. / Т. В. Меледина, Е. Л. Лебедева. // Индустрия напитков.- 2004 — № 6. — с.19-23.
Третьяк Л.Н. «Вкус, аромат и безопасность пива»
Новый взгляд на проблемы пивоварения Текст/ Л. Н. Третьяк, Е.М. Герасимов. – 2003, № 2. – С. 147 — 156.
Долманова И.Ф. «Погрешности химического анализа» .Соросовский журнал т.7, №11, 2001
Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. / Изд. 7-е, пер. и доп. В трех томах. Том I, II. Органические вещества. Под ред. заслуженного деятеля науки профессора Н. В. Лазарева и доктора медицинских наук Э. Н. Левиной. Л., «Химия», 1976.
ГОСТ 17.4.1.02-83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения. Введен с 01.01.84 -М.: Изд-во стандартов,

Елисеев, Ю. Ю. Окружающая среда и здоровье. Гигиеническое нормирование. / Ю. Ю. Елисеев, И. Н. Луцевич, А. В. Жуков, Ю. В. Клещина , А. Н. Данилов. // Общая гигиена: Конспект лекций ЛА «Научная книга»-2005.-№4.-с.22-34.
ГОСТ 12.1.007-76 Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. Введен с 01.01.77. — М.: Издательство стандартов, 1976.
МУ 1.2.1105-02. Общие вопросы. Гигиена, токсикология, санитария. Оценка токсичности и опасности дезинфицирующих средств. Введ. с 10.02.01.-М.: Бюро Комиссии по госсанэпиднормированию Минздрава России 2002.-21 с
ГОСТ Р 51174-98 Пиво. Технические условия. Методы анализа. Введен с 01.07.99. — М.: Издательство стандартов, 1998. — 44с.
СТ РК 10-2006. Пиво. Общие технические условия. Введ. с 01.01.2007. Изд-во стандартов. 2007.- 22 с.
ГОСТ УК 3473-78. Пиво. Общие технические условия. Введ. с 01.071.1979. Изд-во стандартов. 1996.- 48 с.
Наука о пиве [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://votb.ru/nauka/nauka.htm — 25.03.2009.
30 Государственная Фармакопея Х1. Выпуск.1[Текст]. – М. : 1989. — С.26-29. – 398 с.
Сливкин, А. И. Физико-химические и биологические методы оценки качества лекарственных средств [Текст] / А. И. Сливкин [и др.]. – Воронеж : Издательство Воронежского Государственного университета, 1999. — C. 238
Саноцкий И.В., Сидоров К.К. «Классификация токсичности и опасности химических соединений, применяемых в разных странах и международных организациях»
Государственная фармакопея СССР издание ХI вып. 1 «Общие методы анализа» М., Медицина, 1987 г, 335 с.
Сливкин А.И. «Физико-химические и биологические методы оценки качества лекарственных средств» Воронеж : Издательство Воронежского Государственного университета, 1999. — C. 238
Хорсли Л. «Таблицы азеотропных смесей» Москва, Издательство иностранной литературы, 1951 г.
ГОСТ Р 51652-2000 «Спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья. Технические условия»
ГОСТ 6709-72 «Вода дистиллированная. Технические условия».
Руководство по эксплуатации СШЖИ 2.822.000 РЭ «Термометр лабораторный электронный «ЛТ-300» Томск, 2006 г
Саутин С.Н. «Планирование эксперимента в химии и химической технологии», изд. «Химия», Ленинградское отделение, 1975 г. 47 с.
Буцко В.А., Цицура А.А. / под редакцией Белова С.В. Основы экологических знаний. – Оренбург: ОГУ. 1990. – 99с.
ГОСТ Р ИСО 14001-98 Системы управления окружающей средой. Требования и руководство по применению. М .: Из- во стандартов, 1999. – 19с.
Инженерная экология и экологический менеджмент: Учебник / М.В. Буторина, Л.Ф. Дроздова, Н.И. Иванова и др. /Под ред. Н.И. Иванова, И.М. Фадина. – М.: Логос, 2004. – 520с.
Горелов, А.А. Экология [Текст]: учеб. пособие /А.А. Горелов.- М.: Центр, 2000.-240 с.: ил.
Акимова, Т.А. Экология: Человек – Экономика – Биотасфера [Текст]: учеб. для вузов / Т.А. Акимова, В.В. Хаспин. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: ЮНИТИ – ДАННА, 2000. -566 с.
Степановских, А.С. Общая экология [Текст]: учеб. для вузов / А.С. Степановских. – 2-е изд., перераб. и доп.- Курган: Зауралье, 1999. -512 с.
Новиков, Ю.В. Экология, окружающая среда и человек [Текст]: учеб. пособие / Ю.В. Новиков. – М.: ФАИР – ПРЕСС, 1999. -320 с.
Карабасов, Ю.С. Экология и управление: термины, определения [Текст] / Карабасов Ю.С., Чижмкова. — М.: высшая школа. 2002 г., 405 с.
Сохошко, И.А. Влияние экологических факторов на здоровье населения [Текст]/ И.А. Сохошко. – Омск: ОГМА, 1999г.-501 с.
Варламов, А.А. Экологическое землепользование и охрана природных ресурсов [Текст]/ Варламов А.А., Хабаров А.В. — М.: Колос, 1999г.-387с.

50 Бандурин В.В., Ларицкий В.Е. Проблемы управления несостоятельными предприятиями в условиях переходной экономики. – М.: Наука и экономика, 2003.- 164 с.

51 Быкадоров В.Л., Алексеев П.Д. Финансово-экономическое состояние предприятия. — М.: ПРИОР-СТРИКС, 2004. — 315 с.

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

источник