В данном материале речь пойдет об основном понятии в самогоноварении, а именно о значении и особенностях дистилляции и ректификации. Также можно будет узнать, в чем их отличия, и какие виды существют. Статья будет полезна для людей, что только начинают создавать домашний алкоголь и желают добиться качественного успеха.

Дистилляция

Дистилляция или перегонка – является своеобразным процессом, когда спиртовые пары начинают испаряться из подготовленной спиртосодержащей браги, после чего переходят в жидкую форму и выходят в виде конечного продукта – самогона. Процедура получения самогона через дистилляцию весьма простая. Вода закипает при 100 градусах, а вот спирт при 78 градусах. Испарение спиртов происходит быстрее, чем у воды, между двумя такими показателями. После охлаждения он конденсируется за счет чего дистиллят можно перегнать несколько раз. Повторная перегонка повышает крепость напитка, а также очищает его. Но нужно знать, что у первых 100 грамм продукта получается высокая крепость, но вместе с тем, данный напиток пить нельзя, поскольку в его составе много вредных примесей. Поэтому первую часть рекомендуется выливать или применять, чтобы разжигать огонь.

Первый полученный продукт в самогоноварении называется «головой». Именно такая жидкость собирается в отдельную посуду, а потом убирается, дабы основной дистиллят не смешивался. В перегонном кубе, куда закладывается брага, после чего ставится на огонь для получения самогона, через определенный промежуток времени спиртовая концентрация сокращается. Это можно выявить по возрастанию температуры в холодильной камере. В данном случае процедуру перегона нет смысла проводить до 100 градусов, поскольку спирт будет испарен и начнет испаряться вода.

Вторая часть, которую нельзя пить называется «хвост». В ней также много вредных веществ и у нее неприятный запах. «Хвост» это последняя часть получаемого спиртного. Такой алкоголь начинает стекать, когда крепость конечного продукта снижается и становится менее 40%. Но хвостовая часть может подвергаться вторичной дистилляции, чего нельзя делать с «головой». Правда, использовать конечный продукт, можно будет только для технических целей.

Виды дистилляции

Дистилляция существует двух видов и делится на:

1. Простую, когда перегон не разделается на «хвост» и «голову». В данном случае конечный продукт требует повторного перегона.
2. Фракционную, когда происходит разделение самогона на разные части, в зависимости от состава фракций. Средняя часть называется «сердце», именно ее и можно потреблять. Степень очистки получается высокой, а у продукта крепость будет колебаться в пределах от 50 до 70%.

Еще дистилляцию разделяются на:

1. Паровую. При таком виде используется парогенератор. Стоит отметить, что парогенератор и многоуровневая дистилляция позволяют получать продукт отличного качества, но есть и существенный недостаток, что заключается в габаритах устройства, не в каждом помещении получится использовать такое оборудование.
2. Двойную. Данная методика заключается на основе паровой и вакуумной дистилляции. При первом перегоне потребуется сделать вторичную перегонку, для получения более качественного напитка. Как результат из самогона крепостью 40 градусов, получается, улучшить качество водки и поднять крепость до 60 градусов. Дальнейшая перегонка увеличивает крепость до 96%, но все вредные примеси будут оставаться, в отличие от ректификации, через которую, получается, сделать чистый спирт.
3. Вакуумную. Применяется для перегона нефти, поэтому нет смысла останавливаться на данном виде.

Ректификация

Такой метод перегона используется, чтобы производить этиловый спирт. Производя его применяется специальное оборудование под названием ректификационная колонна. Такое устройство может разделить жидкую смесь на разные части, за счет чего конечным продуктом получается чистый спирт, без посторонних примесей, запаха и вкуса. Кроме спирта обладатели колонны могут создавать настойки и прочие напитки, без наличия вредных веществ. Получаемый алкоголь будет наивысшего качества.

Еще оборудование может использоваться в качестве дистиллятора, чтобы производит самогон. Без колонны производится не настолько крепкий алкоголь, а также уменьшается производительность.

Разница дистилляции и ректификации

Дистилляция позволяет сделать самогон, когда ректификация производит чистый спирт без каких-либо примесей, используя самогон, крепость которого 40% и полученный он через дистилляцию. Это означает, что обходиться без самогонного аппарата не рекомендуется, поскольку при перегоне браги через колонну будет забиваться нижняя часть устройства.

Современные дистилляторы имеют много видов и в некоторых есть улучшения, которые позволяют очищать конечный продукт от вредных примесей и других частиц, за счет чего, получается, добиться чистого самогона. Кроме того, в продаже есть универсальные устройства, что используются для ректификации и дистилляции одновременно.

В общем оба продукта полученные разными путями сразу нельзя будет пить, поскольку спирт следует разбавлять, а самогон – очищать. Нужно запомнить, что дистилляция позволяет добиться ароматных напитков, которые пахнут и оставляют прикус фруктов, злаков, ягод и другого сырья, используемого для браги. Ректификация данного результата не сможет дать и на выходе будет напиток с нейтральными вкусами. Продукт ректификации используется для дальнейшего приготовления настоек, наливок, но можно потреблять в качестве чистой водки.

В результате дистилляции мы получаем самогон, а не спирт. Даже после многократных перегонок в нем все равно останется немного сивушных масел и других примесей. Сейчас в продаже есть ректификационные колонны, и делать чистый спирт дома стало легко. Так почему самогонщики продолжают выбирать дистилляторы?

Дистилляция – это испарение жидкостей (например, спиртосодержащей браги), охлаждение и конденсация пара. Ректификация – это отделение спирта в процессе многократного теплообмена между спиртосодержащими жидкостью и паром. В процессе дистилляции мы получаем самогон – более или менее крепкую жидкость, содержащую спирт, воду и небольшое количество примесей. В процессе ректификации мы получаем чистый спирт практически без примесей.

Дистиллят, даже самый чистый, содержит примеси. В ректификате примесей практически нет.

Казалось бы, чистый спирт всегда лучше. Для того и занимаемся самогоноварением, чтобы пить чистые напитки. Спирт можно разбавить и получить водку, можно настоять на ягодах или травах. Значит, делаем простейшую сахарную брагу, строим , гоним спирт и используем как основу для приготовления напитков без сивушных масел и ацетона. И будет нам счастье.

На основе ректификата можно готовить водку, наливки, настойки и ликеры.

Но не все так просто. Возьмем, например, коньяк – ароматный напиток, сделанный методом возгонки из виноградного вина. Откуда берется его аромат? Это и есть сивушные масла, изначально содержащиеся в вине. Если вино ректифицировать, отобрав все примеси, мы получим очень чистый, но безликий спирт. Если вино дистиллировать, сохранив в процессе перегонки ароматические вещества, получится основа для приготовления коньяка. Конечно, ее еще нужно выдержать в специально подготовленной , но главное – основа из правильного материала. Из спирта-ректификата “коньяк” можно получить, только добавив .

Примеси – это не только опасный метанол, но и ароматические вещества, которые создают запах коньяка или виски.

Конечно, для приготовления хорошего коньяка дистиллят все равно требуется очищать от головной фракции, в которой не содержится ничего вкусного и полезного. И начать отбор хвостовой фракции для хорошнего результата тоже нужно вовремя. В городе Коньяк во Франции этим занимаются настоящие мастера дистилляции, тонко чувствующие, когда отобрать самую лучшую часть дистиллята. Но и простой смертный может научиться этому, если будет настойчив в пробах.

Со временем винокур приобретает необходимый опыт и отбирает питейную часть, отсекая все вредное и сохраняя аромат зерна, яблок или винограда в напитке.

Выводы. Выбор оборудования сводится к выбору между напитками. Что вы больше любите – виски или водку? Кальвадос или абсент? Чачу или наливки? Если вы везде выбрали первое – вам нужен дистиллятор. Для второго берите ректификационную колонну. Ваш Алковод.

ДИСТИЛЛЯЦИЯ (ПЕРЕГОНКА)

Для систем без азеотропной точки и вдали от критической точки справедливо правило, что при равновесии с жидкой фазой пар всегда обогащен более летучим компонентом, т.е. тем, который имеет в чистом виде более низкую температуру кипения и более высокое давление пара. В любом случае (за исключением Тир, близких к критическим) справедлив первый закон Коновалова: пар, находящийся в равновесии с жидкой фазой, относительно богаче тем компонентом, добавление которого повышает давление фазового равновесия при данной температуре или понижает температуру фазового равновесия при данном давлении.

Еще одно правило, известное как третий закон Коновалова, констатирует: с увеличением содержания одного из компонентов в жидкой фазе при постоянной температуре или давлении его содержание в равновесной газовой фазе увеличивается. (То есть у в является возрастающей функцией х в.)

Эти свойства лежат в основе метода разделения компонентов жидких смесей, называемого перегонкой или дистилляцией. Вообразим, что смесь бензола и толуола нагрели при постоянном давлении до такой температуры, когда фигуративная точка прошла приблизительно половину пути в области двухфазных состояний (точка «а» на рис. 7.7). Равновесный пар в точке «г» имеет мольную долю бензола у в, которая больше, чем содержание бензола п в /п в системе. Если систему «открыть» и пар сконденсировать отдельно от жидкой фазы, то получится жидкость (конденсат), обогащенная бензолом по сравнению с начальным составом. Конденсат можно снова нагреть до равновесия жидкость - пар, открыть систему и сконденсировать в отдельную емкость пар, еще более богатый бензолом. Повторяя процесс несколько раз, можно получить практически чистый бензол, хотя в тем меньшем количестве, чем он чище. Аналогичный процесс разделения компонентов можно осуществить при постоянной температуре путем понижения давления для испарения, затем отделения пара и последующего повышения давления для конденсации в отдельной емкости. Такой способ разделения называется изотермической перегонкой.

Рис. 7.7.

На практике вместо стадийной конденсации в разные емкости применяют непрерывный процесс, в котором пар и жидкость движутся в вертикальной фракционной колонке над емкостью, содержащей перегоняемую жидкость. Такую перегонку называют фракционной. Пар поднимается по колонке, в которой имеется множество «полочек» для конденсации. Жидкость стекает по полкам в противоположном направлении. В установившемся режиме, который достигается после некоторого времени работы устройства, температура в колонке плавно распределена по высоте от высоких температур внизу до более низких вверху. Так как составы жидкости и пара являются функциями температуры, на низких полках конденсируется пар с относительно высоким содержанием компонента, имеющего более высокую температуру кипения, тогда как пар, поднимающийся по колонке, обогащен компонентом с более низкой температурой кипения. В результате последовательной конденсации на своем пути вверх пар постепенно обогащается одним компонентом и в заключение конденсируется в отдельную емкость. Рисунок 7.8 дает представление о способе осуществления этого процесса в лаборатории. Фракционная колонка в такой установке называется дефлегматором. Она представляет собой полую трубку, обычно стеклянную, с теплоизолирующей рубашкой вокруг нее и множеством мелких стеклянных

Рис. 7.8. Перегонка с дефлегматором в лаборатории деталей внутри (например, насыпанные стеклянные кольца или радиальные выступы из стеклянных стенок). Окончательная конденсация происходит в «холодильнике» - полой трубке, вокруг которой протекает холодная вода для резкого снижения температуры пара.

При данной разности температур кипения чистых компонентов степень обогащения пара одним компонентом зависит от длины и конструкции фракционной колонки. С этой точки зрения процесс характеризуют числом теоретических тарелок (тарелок, на которых могли бы происходить последовательная конденсация и испарение смеси). Это число можно посчитать с помощью диаграммы жидкость-пар, если вообразить, что процессы испарения и конденсации происходят стадийно и с максимальным возможным обогащением на каждой стадии (на каждой тарелке). Например, если в результате дистилляции смесь бензол-толуол обогащается от х в = 0,20 до х в = 0,81, то число теоретических тарелок по фазовой диаграмме этой системы равно трем (рис. 7.9).

Рис. 7.9.

В промышленности часто требуется разделить смесь многих компонентов, из которых одни различаются по летучести существенно, а другие - очень мало. Для этой цели сначала проводят предварительное, грубое разделение на фракции простой дистилляцией, а затем одну или каждую из фракций перегоняют с дефлегмацией для полного разделения компонентов. Стадию более глубокого разделения называют ректификацией. В промышленном производстве ректификационная колонна может иметь высоту до 75 м и характеризоваться тысячами теоретических тарелок. Это необходимо для разделения компонентов, имеющих очень близкие температуры кипения.

Если на диаграмме системы есть точка азеотропа, то разделение жидкости на чистые компоненты невозможно. При любом начальном составе (за исключением чистых компонентов и самого азеотропа) самое полное разделение заканчивается двумя жидкостями: один чистый компонент и азеотроп. Например, смесь этанола и воды имеет азеотропный состав с весовыми долями 96% этанола и 4% воды (при нормальном давлении). Это содержание этанола является максимальным, которое может быть достигнуто при дистилляции любой бинарной смеси вода - этанол с начальным содержанием воды более 4%. С другой стороны, существование азеотропной точки позволяет получать двухкомпонентные смеси с точно определенным и известным составом. Например, концентрированная хлористоводородная кислота НС1 (водный раствор) имеет массовую долю НС1, известную до пяти значащих цифр, а именно 20,222%, если она получена дистилляцией при 101,325 кПа (нормальное давление). Такой промышленный продукт применяется в лабораториях для приготовления растворов НС1 с точно известной концентрацией.

Когда требуется очистить растворитель от растворенных веществ, имеющих очень высокую температуру кипения или очень низкое давление пара при обычной температуре (таких, как неорганические соли), необходимости во фракционной перегонке нет. Достаточно применить простую перегонку: выпарить жидкость и сконденсировать ее в отдельную емкость. Такая простая дистилляция повсеместно применяется для очистки воды от «солей жесткости» и от гидроксидов железа - обычных примесей водопроводной воды в городах.

Дистилляцию чаще проводят при атмосферном давлении. Но если температура кипения отгоняемой жидкости велика и особенно если при этой температуре вещество разлагается, то применяют дистилляцию при пониженном давлении и соответственно при более низкой температуре. Во многих случаях нет необходимости снижать общее давление в системе насосом, достаточно ввести в нее инертный компонент, который не смешивается с перегоняемым веществом в жидкой фазе, а просто снижает парциальное давление насыщенного пара. Для органических веществ, практически не смешивающихся с Н 2 0 в жидкой фазе, применяют перегонку с водяным паром.

На практике перегонка с водяным паром заключается в том, что пар Н 2 0 пропускают через перегоняемую жидкость (в которой Н 2 0 практически не растворяется) так, что над жидкостью находится смесь насыщенных паров, когда температура системы повышается до температуры совместного кипения воды и жидкости Г А+В. Газовую фазу конденсируют отдельно и получают две жидкости: воду и очищенный перегоняемый продукт.

Эффективность этого процесса принято характеризовать отношением массы воды /Яд к массе перегоняемого с ней продукта В /я в (расход пара на 1 кг перегоняемого вещества). Так как перегонка осуществляется при давлении р, равном сумме давлений насыщенных паров чистых компонентов: р = р в + р А, можно записать для массы одного компонента в газовой фазе:

Аналогично для массы второго компонента:

В результате:

Так как молярная масса воды (компонент А) значительно меньше молярной массы любого органического вещества с высокой температурой кипения, расход пара обычно сравнительно невелик.

Дистилляция – способ разделения и рафинирования различных веществ с помощью перегонки и выпаривания. Чаще всего этому процессу поддаются вещества, состоящие из двух компонентов. Известные примеры: разделение нефти, дистилляция спирта , создание духов. Ученые различают дистилляцию с получением жидких и твердых продуктов – остаток или конденсат. До 10 века дистиллировали только эфирные масла.

Что собой представляет дистилляция алкоголя

Дистилляцию используют в промышленности для разделения различных жидкостей. Дистилляция алкоголя – это отделение этилового спирта от спиртосодержащих продуктов. В результате этого процесса испаряются летучие соединения из смеси, которая прошла процесс брожения.

Основной процесс построен на двух этапах:

1. Жидкость преобразуется в пар с помощью процесса дистилляции.
2. Полученный пар конденсируется. После процесса охлаждения снова становится жидкостью.

Спирт имеет свойство быстро испаряться, что обусловлено его температурой кипения +78С. Вода испаряется медленнее, ведь закипает при 100С. После испарения происходит процесс конденсации.

На самом деле, осуществить дистилляцию можно и в домашних условиях. По-простому это называется «перегонка». А на выходе из аппарата выходит самогон. Людей, которые изготавливают и употребляют его немало. Однако это делать не рекомендуется. Ранее он не использовался для употребления в организм, а создавался в качестве горючего вещества.

Внимание! Самогон – это крепкий напиток, который имеет в составе вредные для организма человека вещества, смолы, хотя он и считается высококачественным продуктом.

Бренди, текила и абсент по сути тот же самогон. После процесса дистилляции их наделили ароматом и привкусом. Для изготовления этого напитка можно использовать не только брагу на дрожжах. В качестве сырья могут использоваться фрукты, крупы (гречка, рис), каштан, даже томатная паста и картофель!

В домашней обстановке можно изготовить не только самогон, но даже абсент

Несмотря на то, что самогон опасен для здоровья, в России его изготовление издавна было прихотью аристократов. А первый рецепт датирован 6 веком!

Сегодня у любого из нас есть возможность получать самогон в домашних условиях, ведь аппарат для его производства очень прост и состоит из трех частей:

• емкость для сырья. В колбообразную емкость заливают сырьевой продукт. Процесс начинается с ее нагрева, для чего внизу располагается нагревательный элемент. Для контролирования процесса нужно знать температуру. На колбу устанавливается термометр, за показаниями которого следует следить;
• вторая деталь – трубка, которая соединяет первую емкость со второй. Для того чтобы происходил процесс охлаждения, она направлена вниз. Так пар стекает уже в жидком состоянии в другую емкость.
• спирт оседает в третьем отсеке аппарата. Эта колба по размеру меньше первой и расположена ниже.

Процесс нужно остановить в тот момент, когда спирт испарится, а в емкости останется только вода.

Виды дистилляции

Дистилляцию алкоголя разделяют на несколько видов:

• простая;
• фракционная;
• ректификация.

Простая перегонка является первой частью фракционной. А вот последний вид имеет значительные отличия от первых двух, ведь на выходе получается продукт, который имеет не только более качественный состав и крепость, его также используют для приготовления других алкогольных напитков.

Простая

Метод простой дистилляции раньше использовался не для производства алкоголя. Древние Египтяне делали краску из порченных виноградных плодов, а также других фруктов.

Процесс состоит из нескольких этапов:

1. Перегонка спирта начинается с приготовления браги. Самый популярный рецепт включает в себя дрожжи и сахарный сироп. Растворенные дрожжи (растворяют в воде не более 30С) с сахарным сиропом настаивают около 7 дней.
2. Полученную бражку через неделю вливают в аппарат для перегонки.
3. В первой емкости происходит процесс испарения.
4. Пар конденсируется и переходит в жидкое состояние.

Фракционная

Вид дистилляции, который включает в себя пару этапов, называется фракционный.

В процессе перегонки спирт разделяют на фракции, которые далее разливают отдельно. В дистилляции этанола первую и третью фракции утилизируют.

В первой части процесса образуется дистиллят, который называют «голова».

Важно! Эта часть полученной жидкости имеет высокую концентрацию и содержит в себе вредные вещества. Основная характеристика «головы» неприятный резкий запах. Получить повреждения можно не только при приеме такой жидкости во внутрь, но и при попадании ее на кожу в виде химического ожога. Такую жидкость не используют даже в быту, ее стоит сразу же вылить.

При перегонке спирт необходимо разделять на фракции

Вторая фракция не имеет такого запаха, ее называют «телом». Так как на выходе образуется высококачественный самогон, на этапе его прогона следует быть особо внимательным. Температура при прогоне должна быть не выше 95С. Образуется жидкость с крепостью 35-45%, которая не содержит вредных компонентов и не несет вред здоровью.

Все примеси остаются в последней фракции «хвост». Как и голова, она имеет неприятный сильный запах. Если третья фракция попадет в среднюю, то вся жидкость окажется непригодной для употребления. Поэтому нужно обязательно следить за процессом перегонки и быть осторожным.

Последняя фракция опасна, но повторный ее прогон допускается. А вот «голову» используют максимум для розжига дров.

Преимущества многоступенчатой дистилляции

В процессе многоступенчатой дистилляции одна часть смеси конденсируется, а другая попадает в другую часть аппарата, где процесс конденсации происходит частично.

Аппарат для многоступенчатой дистилляции – целая система:

1. Пара сухопарников;
2. 4-15 барботеров.

Многоступенчатая дистилляция является более сложным процессом

Эти детали соединяются перегонным кубом и холодильником.

Мокропарник или Барботер – герметичная емкость, в крышке которой находятся два отверстия. Длинная трубка вставляется в первое и лишь немного не доходит до дна. Второе отверстие с более короткой трубкой.

Сухопарник – аналогичная часть. Однако длина обеих трубок одинакова.

Принцип работы состоит в следующем: после нагревания браги ее пары по трубе попадают на дно мокропарника. Здесь происходит конденсация. Тут же часть спирта снова переходит в состояние газа, и выходит из емкости сквозь короткую трубу.

Подобный процесс проходит в сухопарнике. Но из-за короткой трубы спирт в газообразном состоянии не проходит сквозь жидкость. На это уходит меньше времени.

Из барботера спирт в газообразном состоянии попадает в охладитель. В результате получается 90% самогон.

Многие ошибочно считают, что такой метод помогает производить такой же качественный продукт, как и ректификация на производстве. Но это мнение ошибочно. При неправильной организации процесса на выходе может образоваться более опасная жидкость, чем при обычной перегонке. Однако сторонников многоступенчатой дистилляции много, и это оправдывается рядом преимуществ:

• при соблюдении правил дистилляции качество выходящего продукта будет значительно выше обычного самогона;
• крепость продукта такого метода выше.

Что собой представляет ректификация алкоголя

Ректификационная колонна

Ректификационные колонны были созданы в 1867 году, и основной их целью было производство 96% спирта. Позже стали производить «столовое вино», которое позже называлось водкой.

Производится, когда требуется более качественный спирт. Основная ее особенность – спирт такого способа перегонки более качественный и используется в производстве крепких напитков. Количество примесей ректификата меньше чем у простого самогона.

Основа процесса – разделение смеси способом теплообмена.

Произвести такой процесс в домашних условиях невозможно, так как он предполагает использование специального аппарата. Такой способ перегонки имеет больше этапов:

• колба с самогоном нагревается и доводится до кипения;
• образуется пар и поднимается в дефлегматор;
• охлаждение водой вызывает конденсацию;
• полученная жидкость стекает в колбу;
• процесс теплообмена образует пар и жидкость, которая опускается. Они взаимодействуют постоянно.
• в результате этого вверху вещества переходят в конденсат и стекают.

Существует ошибочное мнение, что ректификация – это просто повторная дистилляция. Но на деле это не так. Важно помнить, что для ректификации не используют брагу. После дистилляции образуется спирт 40%, который используют для дальнейшей ректификации.

Какой метод лучше: дистилляция или ректификация

Однозначно ответить на вопрос, «Какой способ лучше?» сложно, ведь каждый метод имеет свои недостатки и преимущества. Выбор способа перегонки зависит от того, какой продукт должен получиться на выходе.

Конечно, ректификация обещает более качественный напиток, который не так опасен для здоровья. Но методы приготовления некоторых спиртных напитков заставляют прибегать к простому способу дистилляции. Это объясняется особенностями методов перегонки.

Ректификация лишает конечный продукт запаха и вкуса его первоначальной основы. Он отлично подойдет для водки. В некоторых случаях это неуместно. Так, если производят коньяк, используют дистилляцию, ведь этот алкогольный напиток должен иметь запах сырья, из которого изготовлен, его нельзя лишить аромата и вкусовых качеств.

Не менее важным остается дальнейшее хранение алкоголя. Если он произведен способом дистилляции, то перенесет хранение в деревянной бочке. Ректификация предусматривает только дальнейшее разведение. Продукты дистилляции поддаются хранению практически в любых условиях. Это помогает в производстве коньяка.

Перегонка методом дистилляции требует меньших затрат. Во-первых, она производится в один этап и не заберет много усилий, времени. В то время как ректификация предполагает два процесса, что увеличивает расход и время. Во-вторых, аппарат для простой перегонки имеет более простую конструкцию, а также более доступен. Для того чтобы совершить процесс ректификации, нужно пройти первичную дистилляцию.

Ректификация и дистилляция – два совершенно разных способа изготовления спиртовой жидкости, несмотря на их схожесть. Конечный продукт этих процессов разный и используется в разных целях.

Дистилляция и ректификация широко используются в промышленности. Этими способами очищают этиловый спирт, из нефти выделяют керосин, бензин, ДТ и прочие компоненты, в парфюмерии получают ароматические вещества и многое другое.

В основу обеих технологий положен один и тот же принцип перегонки жидкости. Тем не менее, различия есть, и довольно серьезные.

Определение, схема устройств и принцип работы

Дистилляция

Дистилляцией называется процесс, в ходе которого жидкость, находящаяся в кубе (емкости) нагревается и испаряется, после чего охлаждается и конденсируется. Пар в итоге может переводиться в жидкость или твердое тело (второй вариант в данной статье не рассматривается). Продукт на выходе называется дистиллят. Или кубовый остаток (так называется жидкость, которая не испарилась), в зависимости от того, с какой целью перегоняли исходную смесь.

Устройство простейшего аппарата для получения дистиллированной воды. Жидкость находится в кубе 1 с крышкой 2 и термометром 3. После нагрева емкости, вода превращается в пар, который поднимается вверх и попадает в трубку 4 с вентилем 5. А оттуда – в трубку 6, находящуюся в холодильнике 7. Чтобы пар сконденсировался и снова перешел в жидкое состояние, его надо охладить. Для этого трубка 6 омывается проточной ледяной водой. Для повышения эффективности охлаждения, она завита в спираль, чтобы пар дольше находился под действием низкой температуры. Выйдя из холодильника, жидкость попадает в сосуд для сбора дистиллята.

При дистилляции смеси, состоящей из двух компонентов (одним из них является базовая растворяющая жидкость, а второй – в ней растворенный), в пар превращается низкокипящий, то есть тот, у которого более низкая температура кипения. А высококипящий (с более высокой температурой кипения) остается в жидком состоянии. Термометр нужен для регулирования степени нагрева так, чтобы данный параметр находился между указанными температурами.

Отличительной особенностью дистилляции является тот факт, что летучие компоненты испаряются однократно. При таком простом способе невозможно добиться высокой степени разделения составляющих смеси. Кроме того, выделяется только один ингредиент.

Ректификация

Ректификация – это процесс, на начальном этапе которого жидкость, как и при дистилляции, тоже нагревается и испаряется. Но затем пар попадает в ректификационную колонну. В ней, за счет противотока между жидкой и газообразной фазами смеси, происходит тепловой и массовый обмен между паром и сконденсировавшимися каплями. Исходная смесь делится (притом, с высокой степенью очистки) на компоненты с разными температурами кипения за счет того, что жидкость, фактически, многократно испаряется и конденсируется.

Схема простейшего ректификатора, который можно изготовить даже в домашних условиях. Он состоит из куба, подогреваемого на огне или водяной бане. Над ним расположена ректификационная колонна (в бытовых аппаратах – царга, представляющая собой жесткую трубу) с заполняющими ее насадками (на рисунке называются «мочалки», потому что для домашних устройств их нередко делают из дешевых металлических кухонных мочалок). Над ней – дефлегматор. Сбоку, напротив узла отбора дистиллята, находится специальная отводящая трубка (на схеме окрашена красным). Она соединена с холодильником и далее – с приемной емкостью. В лабораторных и бытовых ректификаторах в качестве «мочалок» применяются насадки, которыми заполняется колонна. Самые популярные: спирально призматическая (Селиваненко) и регулярно проволочная (Панченков). Первая дает самую лучшую степень очистки, вторая, при достаточно эффективной работе, наиболее простая по конструкции. Делаются, обычно, из нержавейки или меди. В промышленных установках вместо насадок применяются специальные тарелки.

Аппарат работает следующим образом. Исходная смесь нагревается в перегонном кубе и начинает испаряться. Пар проходит через ректификационную колонну. На узле отбора дистиллята часть пара отводится через красную трубку, попадает в холодильник, конденсируется и стекает в приемную емкость. Другая часть поднимается в дефлегматор. Последний представляет собой, по сути, еще один холодильник с проточной водой в рубашке. В нем эта вторая часть пара тоже конденсируется, после чего в виде капель, которые называются флегмой или орошением, стекает в ректификационную колонну и движется внутри нее сверху вниз. Расход воды для охлаждения дефлегматора можно регулировать, тем самым изменяя количество орошения, поступающего обратно в колонну.

В ректификационной колонне осуществляется противоток двух фаз – пар поднимается вверх, флегма опускается вниз. Между ними происходит массовый и тепловой обмен, в результате которого пар обогащается низкокипящими (легколетучими) компонентами смеси, а капли стекающей жидкости – высококипящими (труднолетучими) ингредиентами. За счет этого, при достаточной высоте колонны, из верхней ее части (узел отбора дистиллята) выводится целевая фракция большой степени чистоты. Насадки в колонне служат для интенсификации массового и теплового обмена, поскольку конденсация пара осуществляется именно на их развитой поверхности. В промышленных установках это происходит на тарелках.

Каждая находящаяся в колонне тарелка, называется физической (ФТ). Она нужна для того, чтобы между жидкой и паровой фазами как можно быстрее достигалось состояние равновесия. Пузырьки пара проходят сквозь находящийся на ФТ слой флегмы. В результате ускоряется массовый и тепловой обмен между фазами. Но, после прохождения пара через одну ФТ равновесия еще не будет, потому что КПД данного элемента колеблется в пределах от 50% до 60%. Таким образом, чтобы получить равновесное состояние фаз, которое бы соответствовало одной теоретической тарелке (ТТ), надо поставить две ФТ. Это значит что, если по расчету требуется колонна на 40ТТ, то в действительности в нее надо ставить 80ФТ.

Установки для ректификации бывают непрерывные и периодические.

В первых жидкая смесь все время подается в колонну, и также постоянно из нее выводятся разделенные ингредиенты. Во вторых в куб сразу загружается определенное количество смеси, после чего аппарат работает до полной ее переработки.

В бытовых устройствах в качестве ректификационной колонны используется царга. Это труба диаметром от 30мм до 50мм, заполненная по всему объему насадками. Чтобы последние не высыпались, по краям ставят проницаемые для пара и капель пыжи. Состояние равновесия фаз достигается в том случае, когда пар проходит через некоторый слой царги, эквивалентный одной ТТ. Его высоту рассчитывают в миллиметрах и называют высотой единицы переноса.

Главные особенности ректификации: выделение нужного ингредиента в чистом виде и возможность разделения исходной смеси сразу на несколько компонентов. Чем выше колонна, тем медленнее идет процесс, но тем чище конечный продукт.

Процессы в виноделии

В отрасли изготовления алкогольных напитков, разница между дистиллированным и ректифицированным спиртом объясняется следующим образом. Дистиллят – это сырье, в котором остается органолептика (вкус и запах) исходного продукта. То есть, если делается напиток зерновой, то зерна, если яблочный – яблока и так далее. При этом в дистиллированном этиловом спирте еще есть множество примесей. Часть из них формируют вкус и запах. От прочих избавляются с помощью различных рецептов. Ректификат – это рафинированно очищенный спирт. Органолептика исходного продукта полностью отсутствует. В нем вкус и запах только спирта, и больше – ничего. На следующих стадиях технологического процесса, с помощью вкусовых добавок и ароматизаторов, в него вносят заданную органолептику, после чего получают широкий ассортимент наливок, настоек и прочего.

Исходя из этого, нельзя говорить, что один способ лучше, а другой – хуже. У каждого свое предназначение. Если, например, делается бренди со вкусом и ароматом винограда, то нужна дистилляция. После ректификации указанные особенности исчезнут. Для получения приятного аромата, дистиллированный спирт выдерживают в дубовых бочках. А для ректифицированного 96%-го спирта это бесполезно, он годится лишь для разведения, например, при изготовлении водки. К этому еще можно добавить, что оборудование для ректификации спирта стоит дороже, чем для дистилляции. К тому же, для проведения ректификации требуется дистиллированная брага.

Теоретические основы дистилляции

В смеси, состоящей из двух ингредиентов (одним из которых является жидкость, как основа раствора), концентрация растворенного вещества в жидкости С1 отличается от концентрации С2 его же в паре этой жидкости. Коэффициент разделения (распределения)

является характеристикой процесса. В некоторых случаях удобней работать с обратной величиной: А = 1 / В, которая называется так же. Данный параметр зависит от условий проведения дистилляции и природы веществ, составляющих смесь.

В зависимости от условий, коэффициент В может быть:

Идеальный. На него влияют только парциальные давления ингредиентов смеси (парциальным называется давление отдельно взятого газа, входящего в смесь из нескольких газов; то есть, это давление одного газа, которое у него было бы, если бы он занимал весь объем, который занимает смесь газов).

Равновесный. В этом случае число молекул газа Н, улетучивающихся из жидкости, равно числу его молекул Н1, которые возвращаются в жидкость за то же время.

Эффективный.

На практике на проведение дистилляции влияют перемешивание раствора и наличие в нем примесей. Присутствие последних может оказаться настолько значительным, что по разделению основного вещества и примесей эффективный коэффициент может очень сильно отличаться от идеального.

Не менее важными параметрами процесса являются температура испарения и степень отклонения системы от фазового равновесия между жидкостью и паром. Во время дистилляции:

Где НС – число молекул, переходящих в конденсат. Количественно отклонение определяется соотношением: НС / Н. В этом случае есть два предельных состояния системы. Если НС = 0, то имеет место равновесие, сколько частиц ушло из жидкости за единицу времени, столько же в нее и вернулось. Если НС = Н, то это молекулярная дистилляция, то есть, все частицы, испарившиеся из жидкости, перешли в конденсат. Обычно такое бывает, если процесс проводится в вакууме, давление пара небольшое, а расстояние от поверхности воды до точки конденсации минимальное. В этом случае частицы пара не сталкиваются, ни с молекулами воздуха, ни между собой.

Виды дистилляции

Описанный в начале статьи процесс, при котором жидкость нагревается и частично испаряется, а ее пары непрерывно отводятся в холодильник и там конденсируются, называется простой перегонкой. При работе с многокомпонентной жидкой смесью, применяется дробная перегонка или фракционная дистилляция. В этом случае ингредиенты смеси собирают в конденсат по частям, в зависимости от их летучести, начиная с самого низкокипящего.

Ректификация многими специалистами считается разновидностью дистилляции. Она происходит за счет того, что любая замкнутая система, состоящая из газа и жидкости, стремится к состоянию равновесия. А при ректификации рабочая (фактическая) концентрация ингредиентов паровой фазы отличается от той, которая должна быть, чтобы данная жидкость находилась в равновесии.

Дистилляция и ректификация – это два способа разделения компонентов жидкой смеси, в основе которых лежит один и тот же физический процесс. Но разные технологии их проведения позволяют получить на выходе совершенно различные результаты.

← Вернуться