Статті про самогон і спирт, дистиляцію і ректифікацію

Теплофізичні властивості водно-спиртових розчинів

Властивості абсолютизації 100% етилового спирту (ЕС) з практичної точки зору мало цікаві (t кип = 78,3 ° C при 760мм.рт.ст. # 961; = 790 # 954; г / м3). Тому, тут ми розберемося з властивостями бінарної (подвійний) суміші ЕС + вода, що дають повне уявлення про роботу ректифікованого обладнання і отримання на ньому етилового спирту-ректифікату.

Температура кипіння водно-спиртової суміші.

Природно, температура кипіння розчину двох речовин - води (t кип = 100 ° C при 760мм.рт.ст) і етанолу (t кип = 78,3 ° C при 760мм.рт.ст) повинна знаходиться між температурами кипіння індивідуальних речовин. Залежність температури насиченого водно-спиртового пара або температура кипіння (пароутворення) цієї бінарної суміші від концентрації спирту в парах Y представлена ​​на рис.1.
Варто звернути увагу, що на цьому графіку існує деяка точка А з концентрацією 96,4% температура в якій навіть менше температури кипіння 100% -го етанолу.

Рис.1 Температура насиченого водно-спиртового пара або температура кипіння водно-спиртової суміші (при тиску 760 мм рт.ст.)

Рівноважним станом фаз (рідкої і парообразной) називається таке їхнє співіснування, при якому не відбувається ніяких видимих ​​якісних або кількісних змін цих фаз. Рівновага фаз вважається досягнутим тільки в тому випадку, коли одночасно задовольняються дві умови: рівні температури фаз і рівні парціальні тиску кожного компонента в паровій і рідкій фазах. Друга умова означає, що процес переходу через кордон розділу фаз кожного компонента з рідкої фази в парову фазу і назад завершено. Тобто склади рідкої і парової фази стабілізувалися, а концентрації компонентів в окремо взятій фазі однакові в кожній точці її обсягу.
Для бінарної водно-спиртової суміші це теоретичне висловлювання означає дуже просту річ. Якщо в звичайну колбу (схематично намальована всередині графіка рис.2) налити невелику кількість водно-спиртової суміші з концентрацією Xж і нагріти до температури кипіння цієї суміші, то в нинішньому парі концентрація спирту буде Yп. Потім, якщо швидко закрити колбу і інтенсивно струсити (перемішати парову і рідинну фази), то температура всередині колбочки вирівняється, а пар і рідина прийдуть в рівноважний стан - з концентраціями в них спирту Y і X відповідно.
Якщо такі досліди провести для різних концентрацій водно-спиртових розчинів, то можна отримати деяку залежність рівноваги фаз - крива рівноваги фаз. Графік кривої рівноваги фаз для бінарної суміші чистий спирт + чиста вода представлений на рис.2.

Рис.2 Крива рівноваги фаз бінарної водно-спиртової суміші (при тиску 760 мм рт.ст.)

Теоретична і практична значущість кривої рівноваги фаз з точки зору процесу ректифікації спирту дуже велика, але до цього ми повернемося пізніше в розділі "Ректификация", а зараз покажемо, як цієї кривої користуватися.
Наприклад, при звичайній перегонці бражки з концентрацією спирту X = 10% утворюється пара з концентрацією в ньому спирту Y = 42%, а після його конденсації ми отримуємо "самогон" (конденсат, дистилят) тієї ж "фортеці". Таким чином, якщо самогонний апарат не забезпечений якимись додатковими "прибамбасами", то отримати більш міцний самогон таким способом теоретично просто неможливо. Таким же чином можна "вгадати" за допомогою тієї ж кривої і результат повторної перегонки "перваку" - з 40% -го дистиляту другій перегонкою можна отримати 60% -ий "самогон".
Розглядаючи цей графік, варто звернути увагу на діагональ Y = X. Саме завдяки тому, що майже вся крива рівноваги лежить вище цієї діагоналі, можна при випаровуванні водно-спиртової суміші отримувати концентрацію спирту в парах більшу, ніж його концентрація у вихідній рідини. Винятком є ​​тільки точка А - перетин кривої рівноваги з діагоналлю, де X = Y = 96,4%. Це особлива точка азеотропа.
Азеотропними або нероздільно киплять називають суміші, у яких пар, що знаходиться в рівновазі з рідиною, має той же склад, що і рідка суміш (X = Y). При перегонці азеотропних сумішей утворюється конденсат того ж складу, що і вихідна суміш. Поділ таких сумішей перегонкою і ректифікацією виключається.
Водно-спиртова суміш в особливій точці азеотропа називається "етиловий спирт-ректифікат (СР)". Саме до цієї точки прагне процес ректифікації, саме вона є граничною концентрацією спирту в цьому процесі, і саме в цій точці водно-спиртова суміш має мінімальну температуру кипіння (t кип = 78,15 ° C при 760мм.рт.ст. См. Рис. 1).

Основні властивості спирту-ректифікату

На цей продукт існує ГОСТ 5962-67, в якому регламентується концентрація спирту в спирті-ректифікаті від 96% до 96,4% і його склад.
Наведемо деякі фізичні властивості етилового спирту-ректифікату
Щільність рідини (при 20ºС) ................ .......... .... 812 кг / м3 (≈0.8кг / л)
Щільність парів (при 760 мм.рт.ст.) ............. .......... 1,601 кг / м3
Температура кипіння (при 760 мм.рт.ст) .................. 78,15 ºC
Питома теплота пароутворення ......................... 925 кДж / кг
Ці дані є основою при проектуванні спиртового ректифікованого обладнання. А для Вас будуть звичайної довідковою інформацією.

Температура кипіння спирту-ректифікату і атмосферний тиск.

Варто відзначити, що температура кипіння СР істотно залежить від атмосферного тиску. Причому ця залежність настільки сильна (див. Рис.3), що при ректифікації спирту по температурі, що реєструється, наприклад, електронним термометром, можна визначити точне значення атмосферного тиску в даний момент і проградуювати звичайний домашній барометр, користуючись наведеною нижче залежністю.

Рис.3 Залежність температури кипіння етилового спирту-ректифікату від атмосферного тиску

Якщо Ви експлуатуєте ректификационную установку без термометра, то ця інформація просто розширює Ваш кругозір і не має для Вас ніякого практичного значення, оскільки момент виходу СР Ви з абсолютною точністю визначаєте по запаху. Але, для тих, хто придбав установку з електронним термометром, цей зв'язок температури кипіння спирту з атмосферним тиском має безпосереднє практичне значення.
Дійсно, маючи професійну РЕКТИФІКАЦІЙНА обладнання та електронний термометр, здатний з високою точністю визначати температуру спиртної пари, Ви з подивом можете виявити, що його свідчення відрізняються день у день. Якщо вчора Ви спостерігали температуру кипіння спирту 77,0ºC, а сьогодні - 78,0ºC, то це означає не зміна спиртового складу або несправність ректифікованого пристрою, а всього лише зміна атмосферного тиску: вчора було - 730мм.рт.ст. а сьогодні - 755мм.рт.ст.