ректифікація спирту

Щоб зрозуміти ректифікацію спирту розглянемо основні властивості абсолютного 100% -ного етилового спирту:
- температура кипіння = 78,3 ° C при 760 мм рт.ст.
- щільність рідини = 790 кг / м3 при 20 ° С

Відомо, що етиловий спирт прекрасно розчиняється у воді, утворюючи бінарну водно-спиртову суміш з будь-якою кількістю спирту. Тут потрібно позначити різницю між масовою і об'ємною концентрацією етанолу в водно-спиртовому розчині. Масова концентрація спирту - це маса спирту в масі розчину (позначається як г / г або% мас.).

Найчастіше застосовується поняття об'ємної концентрації - це обсяг спирту в обсязі суміші (позначається як мл / мл або% об.). Величини об'ємної і масової концентрацій через значну різницю в щільності спирту (0,79 г / мл) і води (1 г / мл) можуть істотно відрізнятися. Надалі тут буде використовуватися тільки поняттям об'ємної концентрації.

Зрозуміло, що температура кипіння розчину двох рідин повинна знаходитися між їх індивідуальними температурами кипіння - 100 ° C для води і 78,3 ° C для етилового спирту (при 760 мм рт. Ст.). Залежність температури кипіння (пароутворення) цього розчину, або, що те ж саме, температури насиченого водно-спиртового пара від концентрації спирту в парах показана на рис. 1.

На особливу увагу на цьому графіку заслуговує точка А з концентрацією 96,4% і з температурою кипіння менше температури кипіння 100% -ного етилового спирту.

Найбільш наочно все процеси дистиляції та ректифікації етанолу пояснити по кривій рівноваги фаз бінарної водно-спиртової суміші (див. Рис. 2).

З діаграми видно, що практично вся крива рівноваги знаходиться вище діагоналі Y = X, тобто при випаровуванні водно-спиртового розчину концентрація спирту в парах виходить більшою, ніж у вихідній рідини. Саме це і лежить в основі процесів дистиляції та ректифікації етанолу.

Велике значення має точка (А, X = Y = 97,2% об'ємних) перетину кривої рівноваги фаз з діагоналлю. Це особлива «точка азеотропа» - нероздільні кипляча рідка суміш двох чистих компонентів, яку шляхом перегонки або ректифікації неможливо розділити на складові. Максимально наближена до точки азеотропа водно-спиртова суміш і називається спирт-ректифікат.

Використовуючи криву рівноваги і діагональ Y = X (див. Рис. 2), можна побачити, що при простій перегонці 10% -ної бражки спочатку виходить самогон з концентрацією приблизно 53% об. Далі, після сходинки 10-53, можна побудувати наступні - 53-82, 82-88, 88-92 і т.д. Вертикальна складова сходинки показує підвищення відсотка етанолу в паровій фазі аж до настання рівноваги фаз (точка А). Горизонтальна складова сходинки показує конденсацію цих парів (точка перетину горизонталі з діагоналлю Y = X). За діаграмою видно, що для отримання спирту-ректифікату з бражки з початковою концентрацією 10% теоретично повинно пройти більше десятка таких послідовних перегонок. На практиці їх повинно бути набагато більше, так у міру зменшення концентрації спирту в перегінному кубі відповідно зменшується і концентрація дистиляту. Наприклад, на першій сходинці 53% об. відповідає тільки початкового моменту перегонки. Після якогось часу концентрація спирту в бражці зменшується і ми маємо в ній вже менше, ніж 10% спирту, в результаті чого до кінця першої перегонки відібраний самогон має середню міцність не 53% об. а 35-40% об.

Варто відзначити, що температура кипіння етанолу залежить від атмосферного тиску (див. Рис. 3). Причому ця залежність досить істотна для процесу ректифікації, коли кожна десята частка градуса має значення.

У дуже-дуже спрощеній постановці, описані вище «сходинки» окремих перегонок, але здійснювані не окремо, а зібрані разом в одному апараті і складають процес ректифікації спирту. Така ректифікаційна установка має ще один додатковий "плюс" - паралельно з метою отримання спирту-ректифікату вона вирішує ще й завдання очищення його від домішок, що мають відмінну від спирту температуру кипіння (див. Схему на форумі Креслення і схеми самогонних апаратів

Виходячи за рамки нашої мети - отримання спирту за допомогою ректифікаційної колони, можна виділити в чистому вигляді будь-яка речовина (це буде не складно, якщо ви знаєте температуру його кипіння). Наприклад, переганяючи настій соснових голок, можна спробувати виділити складову, завідуючу запахом хвої, або з настою пелюсток фіалки виділити речовину, що відповідає за цей квітковий запах. Від самогонника до парфумера один крок