 |
Из сказанного можно сделать вывод, что испарение спиртсодержащих примесей не является процессом подобным фильтрации, т.е. при температуре кипения в кубе 78,3°С испаряться будет только спирт. Речь должна идти о преимущественном испарении спирта, как имеюще
|
|
|
|
Из сказанного можно сделать вывод, что испарение спиртсодержащих примесей не является процессом подобным фильтрации, т. е. при температуре кипения в кубе 78, 3°С испаряться будет только спирт. Речь должна идти о преимущественном испарении спирта, как имеющего молекулы с более высокой энергией, что позволят им легче покидать поверхность раздела фаз под действием броуновского движения.
Однако вместе со спиртом будут испаряться и молекулы воды с температурой кипения 100°С, и акролеин (52, 4°С), и уксусноизоамиловый эфир (142°С). Их следы будут отмечаться на хроматограммах от начала перегонки до полного исчерпания летучих веществ, различаться будет только концентрация с учетом аналитических возможностей химических анализов.
Процесс кипения при дистилляции необходимо рассматривать как один из возможных, но не единственный, как будет показано далее, способ развертывания поверхности раздела жидкость-пар, а температуру - как универсальный, но также не единственный (перегонка под вакуумом при комнатных температурах), способ интенсификации броуновского движения. Следует также следить за состоянием пара, не допуская его полного насыщения, т. к. в этом случае движущая сила массопередачи становится равной нулю, что предотвращается постоянным отбором из аппарата образующейся паровой смеси.
2. Простая перегонка
Понятие дистилляция или простая перегонка означает процесс разделения взаиморастворимых жидкостей путем испарения жидкости и конденсации паров, обогащенных легколетучих компонентов. С физической точки зрения перегонка не обязательно является процессом разделения жидкостей. Например, перегонкой называют также процесс, в ходе которого жидкое вещество испаряют, образовавшиеся пары конденсируют с получением дистиллята (дистиллирование воды). В последнем случае от жидкости отделяют сухие, неиспаряющиеся вещества (соли, растворенные в неочищенной воде).
|
|
|
Главное условие устойчивой работы перегонного аппарата - кипение жидкости внутри для получения развернутой поверхности контакта фаз. Для подогрева используют:
поверхность теплообмена (иногда выносные кипятильники), нагреваемую электрическими устройствами (ТЭНами), перегретым водяным паром, газом - получение коньячных спиртов из бражек с малым содержанием сухих веществ (вина). Применение данного способа имеет ряд ограничений по подводимой мощности: пригорание нагреваемых веществ с образованием дурно пахнущих продуктов распада, " пленчатое" кипение (см. выше);
непосредственный ввод водяного пара внутрь аппарата (" острый" пар) через открытую трубу или более сложные устройства - барботеры, кольцевые или лучевые трубы с отверстиями для лучшего распределения пара по сечению аппарата. Последний способ рекомендуют для бражек с большим количеством сухих веществ и склонных к пригоранию - зерновых при производстве зернового спирта или виски. Недостаток - необходимость дополнительных устройств - парогенераторов, барботеров.
На рис. 13 представлена схема установки для проведения процесса перегонки; она состоит из куба 1, холодильника 2, делительного (сортировочного) крана 3 и сборников отгона (дистиллята) 4. При кипении в кубе жидкости с содержанием спирта, равным X, образуется пар с содержанием спирта, равным Y. Этот пар непрерывно отводится в холодильник, где конденсируется, образуя дистиллят (отгон).
|
| Рис 13. Схема установки для простой перегонки: 1 – перегонный куб; 2 – холодильник; 3 – делительный кран; 4 - сборники |
На основании материального баланса легко установить, что по мере испарения жидкости будут уменьшаться концентрация спирта в ней (т. к. Y> X) и его концентрация в парах, а, следовательно, и в дистилляте, что наглядно представлено на рис. 14.
|
|
|
|
| Рис. 14. Изменение концентрации спирта в кубовой жидкости и дистилляте по мере перегонки |
При частичном испарении кубовой жидкости будет получаться дистиллят, обогащенный спиртом, и остаток в кубе, обедненный спиртом, т. е. будет происходить частичное разделение летучей смеси на спирт и воду по сравнению с исходной смесью. Такой процесс разделения летучих смесей именуется простой перегонкой. Если испарить всю исходную смесь, то концентрация спирта в дистилляте будет равна концентрации в исходной смеси.
При проведении процесса простой перегонки наперед задаются концентрацией спирта в кубовом остатке или в дистилляте, и на оснований расчета материального баланса определяют долю частичного испарения, с учетом формы кривой фазового равновесия.
В практике часто осуществляют фракционную перегонку. При такой перегонке первые порции дистиллята будут иметь максимальную концентрацию спирта – около YH, а следующие – меньшую концентрацию, например Yx, Yr…, и далее концентрация дистиллята будет снижаться. Фракционная перегонка дает возможность получать дистиллят различной концентрации и собирать его в отдельные сборники с помощью распределительного крана 4 (рис. 13).
Так, например, при его концентрации в исходной смеси 8 % об. первые порции дистиллята будут иметь концентрацию спирта 49, 6 % об. По мере перегонки и снижения концентрации спирта в кубовой жидкости до Хк = 1 % об. концентрация спирта в конечной порции дистиллята снизится примерно до 9 % об.
При содержании в бражке 10% об. спирта после нескольких перегонок получают следующую концентрацию спирта:
1-ая 32, 7% об.;
2-ая 58, 3% об.;
3-я 74, 8% об.;
4-ая 83, 2% об.;
5-фя 87, 3% об.
|
|
|
