Ci eravamo lasciati, in chiusura dell’articolo La colonna Coffey – parte 1, con un primo “prototipo” di alambicco colonna, nato dalla sovrapposizione di diversi potstill, utilizzati in continuo, e interconnessi tra di loro.
Sovrapponiamo gli stadi della distillazione: nasce la colonna
Due i grandi problemi che i primi brevetti hanno dovuto affrontare, compresi quelli di Robert Stein e Aeneas Coffey:
- Come collegare i vari stadi tra di loro, in modo da realizzare una distillazione efficace;
- Come procedere al necessario taglio delle teste e delle code in un sistema che non ha inizio e non ha fine.
Come collegare i vari stadi tra di loro: i piatti e le campane
Vista la disposizione delle pentole, la soluzione pare immediata. Inutile stare a collegare ogni stadio con il successivo attraverso colli di cigno, tubi o altro. È sufficiente forare il fondo di ogni singola pentola per permettere ai vapori alcolici di attraversare tutti gli stadi. Ma facendo così si genererebbe una corrente continua di vapori che dalla pentola inferiore continuerebbe a salire pressocché indisturbata sino alla cima. Non va bene, ogni stadio deve garantire una micro-distillazione, decine di micro-distillazione possono simulare una distillazione completa. E per effettuare ogni singola micro-distillazione serve garantire un efficace riflusso dei vapori, allo scopo di incentivare l’avanzamento solo di quelli più nobili. E, come sappiamo bene, questa operazione è possibile solo con un continuo contatto con il rame.
Sostanzialmente ogni pentola deve poter accogliere un fondo liquido, così che i vapori in risalita sia costretti a rallentare la propria corsa e simulare il passaggio in un step di potstill: liquido – vapore – liquido – vapore – liquido – vapore – ecc. Mille tentativi, tanti insuccessi, la ricerca ha portato a delineare la soluzione vincente.
Ogni pentola deve essere dotata di un tubo di overflow (quello sulla destra nella immagine qui sotto) che tiene controllato il livello di liquido. Lo spirito in eccesso, composto principalmente da “cose” pesanti – visto che quelle leggere tendevano ad evaporare prima – viene riportato alla pentola precedente per essere ridistillato. I vapori in salita devono entrare nel liquido di fondo, dove si condensano per poi ricominciare una nuova micro-distillazione. Dei semplici fori nel fondo della pentola avrebbero portato alla svuotamento della condensa, sono stati adottati dei tubi sormontati da campane, funghetti. Ogni tubo, più corto di quello di overflow per poter garantire la completa immersione nel liquido di fondo, si chiude con una strozzatura semi-occlusa. I vapori spingendo da sotto creano una pressione che impedisce al liquido di fondo di scendere verso il basso. Allo stesso tempo, le campane – realizzate in rame, offrono ai vapori ulteriore contatto con il metallo, che procede alla loro pulizia.
Il risultato, mettendo una sopra l’altra queste strutture, è quello di tante pentole con il fondo forato e una miriade di campane che ostacolano l’ascesa dei vapori.
La naturale evoluzione, a questo punto, era quella di abbandonare il concetto delle pentole. Era sufficiente una struttura di rame – alta e cilindrica – suddivisa in compartimenti, ognuno con le campane di riflusso e i tubi di overflow.
Nascevano così la colonna e i piatti di distillazione.
L’evoluzione tecnica e tecnologica ha portato a piatti di distillazione sempre più efficienti. Qui di seguito riportiamo la fotografia di un piccolo piatto di distillazione che mette ben in evidenza il tubo di overflow e la forma della campane di riflusso. Campane che sono fissate con bulloni per poter essere sostituite in caso di eccessiva usura.
Ogni singolo piatto viene chiamato in inglese plate o tray, ogni singola campana o funghetto viene chiamata bubble cap, l’intera struttura di piatto e campane bubble cap tray.
Come tagliare le teste e le code: la colonna di rettifica
Ok, quindi abbiamo ottenuto un distillato. Anziché utilizzare due potstill in discontinuo ci siamo fatti aiutare da una colonna che lavora in continuo e che è dotata di tanti piatti, ciascuno in grado di incrementare la gradazione di pochi punti percentuali. Una ventina di piatti e il gioco è fatto.
Resta da risolvere il problema più arduo: la rimozione delle “teste” e delle “code”. Solo così potremo ottenere il new make da inserire in botte.
Questa operazione viene svolta in una seconda colonna sorprendentemente simile a quella che abbiamo appena descritto. L’unica differenza, ad una rapida analisi, è la presenza di un tubo che attraversa a zig-zag tutta la colonna, tubo che contiene il wash che vogliamo riscaldare prima della distillazione. Per i vapori alcoli che provengono dalla prima colonna, questo “tubo” è freddo, e la sua presenza provoca una abbondante condensazione delle componenti più “pesanti” dei vapori alcolici. Vapori alcolici che, perdendo le parti pesanti, diventano sempre più leggeri man mano che salgono e incontrano wash e compartimenti sempre più freddi. Risultato? Ogni compartimento si riempirà di una “pozzanghera” di vapori condensati che contiene spiriti sempre più leggeri man mano che si sale.
Quello che accade è che ogni piatto della seconda colonna delimita un compartimento ove – ad apparecchio di distillazione a regime – si concentrano i vapori di analoga densità. Quelli più “pesanti” si troveranno concentrati nel compartimento più in basso, quelli più “leggeri” si troveranno concentrati nel compartimento superiore. Due sono i trucchi a questo punto:
- scartare dalla colonna la quantità giusta di cose pesanti (“code”) e di cose leggere (le “teste” che conterranno acetone e metanolo), prelevandole dal fondo e dal top della colonna stessa
- trovare il compartimento con lo spirito di qualità desiderata (sarà in alto, poco sotto le camere delle cose troppo “leggere”) e prelevare da lì il new make, il “cuore” della nostra distillazione.
Viene chiamata distillazione frazionata: nella colonna di frazionamento vengono separati i diversi componenti di una miscela per la loro differente volatilità (o temperatura di ebollizione).
Ecco qui sopra lo schema del sistema di distillazione che abbiamo appena descritto.
A sinistra, la prima colonna, che chiameremo colonna di concentrazione (analyser o stripping column). Il suo compito è di prendere in carico il fermentato e di portarlo, grazie ai piatti di concentrazione, ad una gradazione alcolica più elevata, anche vicina al 95% abv.
A destra la seconda colonna, che chiameremo colonna di rettifica (rectifier column), che si occupa invece di preriscaldare il fermentato (fatto scorrere nel tubo a zig-zag, grazie al contatto con i vapori caldi provenienti dall’analyser) e di separare le diverse frazioni della miscela (andando a scartare teste e code, e a prelevare il cuore al punto giusto).
La distillazione avviene quindi per separazione spaziale (i vapori vengono isolati per densità e si prelevano teste, cuore e code in spazi diversi) e si distingue nettamente dalla distillazione discontinua in potstill, che invece effettua una separazione temporale (le componenti vengono prelevate in tempi diversi, prima le teste, seguite dal cuore e – in chiusura – dalle code).
Velocità e riscaldamento
Ho lasciato inesplorato un aspetto fondamentale: il riscaldamento dell’alambicco. Per il potstill siamo portati ad immaginare una fiamma sotto l’alambicco, una fonte di calore che riscaldi il wash freddo sino a portarlo, progressivamente, a liberare teste, cuore e code. Per la colonna cambia tutto.
Impensabile riscaldare con fiamma o serpentina interna di vapore. Il wash, pur preriscaldato, impiegherebbe troppo tempo prima di iniziare a bollire, e questo ostacolerebbe il vincolo progettuale dell’alambicco di lavorare in continuo. Il riscaldamento viene effettuato con iniezione diretta nella base della prima colonna di vapore acqueo. Una cosa anomala, perché questa operazione porta ad aggiungere “acqua” nell’alambicco, uno strumento che ha esattamente lo scopo contrario, quello di rimuovere acqua.
Ma, evidentemente, non ci si deve preoccupare. L’efficienza dei piatti di distillazione, e il loro elevato numero, consente ai vapori in salita nella prima colonna di catturare il wash che cade dall’alto e di ottenere comunque un incredibile concentrazione della loro parte alcolica. Il vapore acqua, quando viene in contatto con il wash, volatilizza l’etanolo, gli fa cambiare direzione e lo trascina verso l’alto, costringendolo a passare attraverso i piatti. La spinta introdotta dal vapore acqueo vale molto più della riduzione del grado alcolico che ha introdotto, perché “attiva” le bubble caps al massimo della loro resa. La colonna è una macchina che, già come la abbiamo sopra descritta, ha delle prestazioni di distillazione molto elevate se confrontate con quelle del potstill, e che diventa una vera e propria formula 1 grazie all’iniezione di vapore.
Il risultato?
Il new make in fuoriuscita da una colonna siffatta può raggiungere concentrazioni alcoliche elevatissime, vicine al massimo teorico del 96% abv. Chiaramente è una macchina complessa, che – se usata per produrre la maggior quantità possibile di alcol – non valorizza le qualità organolettiche del distillato.
Pregi? Velocità, resa e costo. È una macchina praticamente automatica che riesce a distillare 24 ore al giorno, senza interruzioni e con solo una supervisione umana. Produrre più alcol, in una quantità minore di tempo, significa una sola cosa: a pari costo si potranno riempire molte più botti e produrre molto più whisky. Un whisky più economico con aromi primari e secondari potenzialmente quasi azzerati.
La colonna per la produzione del Bourbon whiskey americano (limitato per disciplinare ad una gradazione massima di distillazione dell’80% abv), e la colonna Creola di Martinica, seguono il principio di funzionamento sopra descritto. Possiamo dire che un Bourbon perde completamente traccia degli aromi primari e che quindi è identico ad un Rye whiskey? Oppure che un Rhum Agricole bianco non ha alcun aroma della canna da zucchero utilizzata? Chiaramente no, è l’uso che viene fatto della colonna che porta alla produzione di uno spirito neutro. Invece l’industria dello Scotch Whisky ha necessità di distillare il proprio grain whisky a colonna, alla gradazione massima consentita dal disciplinare del 94.8% abv, perché poi lo usa per tagliare miscele di malt whisky molto aromatiche, rendendole più bevibili ed economiche.
Come indicato nel precedente articolo, le osservazioni che ho descritto in questi due contributi sono approssimative e non elencate in ordine cronologico. La realtà è sempre molto complessa, e fatta di percorsi in avanti, insuccessi e ripartenze. Ho solo voluto evidenziare quelli che sono i traguardi tecnologici che hanno portato alla progettazione dei primi alambicchi continui a colonna.
Vedremo settimana prossima quali brevetti sono stati presentati, chi ha introdotto le principali migliorie, e perché la colonna di Aeneas Coffey si è guadagnata il titolo di primo alambicco continuo di successo.
LA COLONNA COFFEY
Parte 1: la distillazione continua in potstill
Parte 2: il passaggio alla colonna
Parte 3: I primi brevetti e Coffey
