Теорія Фізика - Ректифікація спирту
Щоб зрозуміти «фізику» ректифікації спирту розглянемо основні властивості абсолютизованого 100%-ного етилового спирту: температура кипіння = 78,3 ° C при 760 мм рт.ст. - густина рідини = 790 кг/м3 при 20°С
Відомо, що етиловий спирт чудово розчиняється у воді, утворюючи бінарну водно-спиртову суміш із будь-якою кількістю спирту. Тут потрібно позначити різницю між масовою та об'ємною концентрацією етанолу у 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 обсягом суміші (позначається як мл/мл чи %об.). Величини об'ємної та масової концентрацій через значну різницю в щільності спирту (0,79 г/мл) і води (1 г/мл) можуть суттєво відрізнятися. Надалі тут використовуватиметься лише поняттям об'ємної концентрації.
Зрозуміло, що температура кипіння розчину двох рідин повинна бути 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 саме, температури насиченої водно-спиртової пари 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.
Найнаочніше процеси дистиляції та ректифікації етанолу пояснити за кривою рівноваги фаз бінарної водно-спиртової суміші (див. рис. 2).
З діаграми видно, що практично вся крива рівноваги знаходиться вище за діагональ Y=X, тобто привипаровуванні водно-спиртового розчину концентрація спирту в парах виходить більшою, ніж у вихідній рідині. Саме це лежить в основі процесів дистиляції та ректифікації етанолу.
Велике значення має точка (А, X=Y=97,2% об'ємних) перетину кривої рівноваги фаз із діагоналлю. Це особлива «точка азеотропа» - рідка суміш, що неподільно кипить, 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% 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 паровий фазі до настання рівноваги фаз (точка А). Горизонтальна складова сходинки показує конденсацію цих пар (точка перетину горизонталі з діагоналлю Y=X). За діаграмою видно, що для отримання спирту-ректифікату з бражки з початковою концентрацією 10% теоретично має пройти більше десятка таких перегонів. Насправді їх має бути набагато більше, так у міру зменшення концентрації спирту в перегінному кубі відповідно зменшується і концентрація дистиляту. Наприклад, на першій сходинці 53% про. відповідає лише початковому моменту перегонки. Через деякий час 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 зазначити, що температура кипіння етанолу залежить відатмосферного тиску (див. рис. 3). Причому ця залежність досить істотна процесу ректифікації, коли кожна десята частка градуса має значення.
У спрощеній постановці, описані вище «сходинки» окремих перегонок, але здійснювані не окремо, а зібрані разом в одному апараті і складають процес ректифікації спирту. Така установка ректифікації має ще один величезний "плюс" - паралельно із завданням отримання спирту-ректифікату вона вирішує ще й завдання очищення його від домішок, що мають відмінну від спирту температуру кипіння (див. таблицю в статті Фізика - Проста перегонка).
Виходячи за рамки нашої мети - отримання спирту, за допомогою колони ректифікації можна виділити в чистому вигляді будь-яку речовину (це буде особливо легко, якщо ви знаєте температуру його кипіння). Наприклад, переганяючи настій ялинових голок, можна спробувати виділити складову, завідуючу запахом хвої, або з настою пелюсток троянди виділити речовину, яка відповідає за цей квітковий запах. Від самогонщика до парфумера один крок ;o).
Насправді колони ректифікації бувають різних типів і мають часом дуже складний пристрій. Більш глибокий опис фізико-технологічних аспектів ректифікації Ви можете переглянути на сайті одного із найстаріших виробників домашніх міні-спиртзаводів.
Відгуки та обговорення: Фізика - Ректифікація спирту
Поки ніхто нічого не написав. Ви можете стати першим!