Различают дистилляцию с конденсацией пара в жидкость (при которой получаемый конденсат имеет усреднённый состав вследствие перемешивания) и дистилляцию с конденсацией пара в твёрдую фазу (при которой в конденсате возникает распределение концентрации компонентов). Продуктом дистилляции является конденсат или остаток (или и то, и другое) – в зависимости от дистиллируемого вещества и целей процесса. Основными деталями дистилляционного устройства являются обогреваемый контейнер (куб) для дистиллируемой жидкости, охлаждаемый конденсатор (холодильник) и соединяющий их обогреваемый паропровод.

История

Применение

Дистилляция применяется в промышленности и в лабораторной практике для разделения и рафинирования сложных веществ: для разделения смесей органических веществ (например, разделение нефти на бензин, керосин, соляр и др.; получение ароматических веществ в парфюмерии; получение алкогольного спирта) и для получения высокочистых неорганических веществ (например, металлов: бериллий, цинк, магний, кадмий и др.).

Теория

В теории дистилляции в первую очередь рассматриваются двухкомпонентные вещества. Действие дистилляции основано на том, что концентрация некоторого компонента в жидкости отличается от его концентрации в паре, образующемся из этой жидкости. Отношение = является характеристикой процесса и называется коэффициентом разделения при дистилляции. Коэффициент разделения зависит от природы разделяемых компонентов и режима дистилляции.

Режимы дистилляции характеризуются температурой испарения и степенью отклонения от фазового равновесия жидкость-пар. Обычно в дистилляционном процессе n=+, где n - число частиц вещества, переходящих в единицу времени из жидкости в пар, - число частиц, возвращающихся в это же время из пара в жидкость, - число частиц, переходящих в это время в конденсат. Отношение /n является показателем отклонения процесса от равновесного. Предельными являются режимы, в которых =0 (равновесное состояние системы жидкость-пар) и =n (режим молекулярной дистилляции).

При =0, когда число частиц, покидающих в единицу времени жидкость, равно числу частиц, возвращающихся в это же время в жидкость, равновесный коэффициент разделения двухкомпонентного вещества может быть выражен через давления и чистых компонентов при температуре процесса: , где и - так называемые коэффициенты активности, учитывающие взаимодействие компонентов в жидкости. Эти коэффициенты имеют температурную и концентрационную зависимости (см. активность (химия)). С понижением температуры значение коэффициента разделения обычно удаляется от единицы, т. е. эффективность разделения при этом увеличивается.

При =n все испаряющиеся частицы переходят в конденсат (режим молекулярной дистилляции). В этом режиме коэффициент разделения , где и - молекулярные массы первого и второго компонентов соответственно. Режим молекулярной дистилляции может применяться в различных дистилляционных способах, включая ректификацию. Обычно молекулярная дистилляция осуществляется в вакууме при низком давлении пара и при близком расположении поверхности конденсации к поверхности испарения (что исключает столкновение частиц пара друг с другом и с частицами атмосферы). В режиме, близком к молекулярной дистилляции, проводится дистилляция металлов. В связи с тем, что коэффициент разделения при молекулярной дистилляции зависит не только от парциальных давлений компонентов, но и от их молекулярных (или атомных) масс, молекулярная дистилляция может применяться для разделения смесей, для которых , - азеотропных смесей, включая смеси изотопов.

Для различных режимов дистилляции выведены уравнения, связывающие содержание второго компонента в конденсате и в остатке с долей перегонки или с долей остатка при заданных условиях процесса и известной начальной концентрации жидкости (, и - масса конденсата и остатка, а также начальная масса дистиллируемого вещества соответственно). Расчёты проводятся в предположении идеального перемешивания дистиллируемой жидкости, а также жидкого конденсата. Также выведены уравнения распределения компонентов в твёрдом конденсате, получаемого дистилляцией с направленным затвердеванием конденсата или зонной дистилляцией. Параметром этих уравнений является коэффициент разделения α для заданных условий дистилляции.

При дистилляции вещества с большой концентрацией компонентов с конденсацией пара в жидкость при несильной зависимости коэффициентов активности компонентов от их концентраций взаимосвязь величин , и , когда используются концентрации в процентах, имеет вид:

Для дистилляции с конденсацией пара в жидкость при малом содержании примеси

Дистилляционные уравнения могут использоваться для описания процессов распределения примесей в других фазовых переходах из фазы с интенсивным перемешиванием (таких как переходы жидкий кристалл-кристалл, жидкий кристалл-жидкость, газ-плазма, а также в переходах, связанных с квантово-механическими состояниями – сверхтекучая жидкость, конденсат Бозе-Эйнштейна) – при подстановке в них соответствующих коэффициентов распределения.

Дистилляция с конденсацией пара в жидкость (простая перегонка, фракционная дистилляция, ректификация)

Простая перегонка - частичное испарение жидкой смеси путём непрерывного отвода и конденсации образовавшихся паров в холодильнике. Полученный конденсат называется дистиллятом, а неиспарившаяся жидкость - кубовым остатком.

Фракционная дистилляция (или дробная перегонка) - разделение многокомпонентных жидких смесей на отличающиеся по составу части - фракции путём сбора конденсата частями с различной летучестью, начиная с первой, обогащенной низкокипящим компонентом. Остаток жидкости обогащён высококипящим компонентом. Для улучшения разделения фракций применяют дефлегматор.

Ректификация - способ дистилляции, при котором часть жидкого конденсата (флегма) постоянно возвращается в куб, двигаясь навстречу пару в контакте с ним. В результате этого примеси, содержащиеся в паре, частично переходят во флегму и возвращаются в куб, при этом чистота пара (и конденсата) повышается (См. ректификация , ректификационная колонна).

Дистилляция с конденсацией пара в твёрдую фазу (с конденсацией пара в градиенте температуры; с направленным затвердеванием конденсата; зонная дистилляция)

Дистилляция с конденсацией пара в градиенте температуры – дистилляционный процесс, в котором конденсация в твёрдую фазу осуществляется на поверхности, имеющей градиент температуры, с многократным реиспарением частиц пара. Менее летучие компоненты осаждаются при более высоких температурах. В результате в конденсате возникает распределение примесей вдоль температурного градиента, и наиболее чистая часть конденсата может быть выделена в качестве продукта. Разделение компонентов пара при реиспарении подчиняется собственным закономерностям. Так, при молекулярной дистиляции соотношение между количествами и осаждённых в конденсаторе первого и второго компонентов, соответственно, выражается равенством:

где и - скорости испарения первого компонента из расплава и с поверхности реиспарения соответственно, и - то же для второго компонента, и - коэффициенты конденсации первого и второго компонентов соответственно, μ – коэффициент, зависящий от поверхности испарения и углов испарения и реиспарения. Реиспарение повышает эффективность очистки от трудноудаляемых малолетучих примесей в 2-5 раз, а от легколетучих - на порядок и более (по сравнению с простой перегонкой). Этот вид дистилляции нашёл применение в промышленном производстве высокочистого бериллия.

Дистилляция с направленным затвердеванием конденсата (дистилляция с вытягиванием дистиллята) – дистилляционный процесс в контейнере удлинённой формы c полным расплавлением дистиллируемого вещества и конденсацией пара в твёрдую фазу по мере вытягивания конденсата в холодную область. Процесс разработан теоретически.

В получаемом конденсате возникает неравномерное распределение примесей, и наиболее чистая часть конденсата может быть выделена в качестве продукта. Процесс является дистилляционным аналогом нормальной направленной кристаллизации. Распределение примеси в конденсате описывается уравнением:

где С – концентрация примеси в дистилляте на расстоянии х от начала, L – высота конденсата при полностью испарившемся дистиллируемом материале.

Зонная дистилляция - дистилляционный процесс в контейнере удлинённой формы c частичным расплавлением рафинируемого вещества в перемещаемой жидкой зоне и конденсацией пара в твёрдую фазу по мере выхода конденсата в холодную область. Процесс разработан теоретически.

При движении зонного нагревателя вдоль контейнера сверху вниз в контейнере формируется твёрдый конденсат с неравномерным распределением примесей, и наиболее чистая часть конденсата может быть выделена в качестве продукта. Процесс может быть повторён многократно, для чего конденсат, полученный в предыдущем процессе, должен быть перемещён (без переворота) в нижнюю часть контейнера на место рафинируемого вещества. Неравномерность распределения примесей в конденсате (т. е. эффективность очистки) растёт с увеличением числа повторений процесса.

Зонная дистилляция является дистилляционным аналогом зонной перекристаллизации. Распределение примесей в конденсате описывается известными уравнениями зонной перекристаллизации с заданным числом проходов зоны – при замене коэффициента распределения k для кристаллизации на коэффициент разделения α для дистилляции. Так, после одного прохода зоны

где С – концентрация примеси в конденсате на расстоянии х от начала конденсата, λ – длина жидкой зоны.

См. также

Литература

• Девятых Г.Г., Еллиев Ю.Е. Введение в теорию глубокой очистки веществ. - М.: Наука, 1981. - 320 с.
• Девятых Г.Г., Еллиев Ю.Е. Глубокая очистка веществ. - М.: Высшая школа, 1974. - 180 с.
• Степин Б.Д., Горштейн И.Г., Блюм Г.З., Курдюмов Г.М., Оглоблина И.П. Методы получения особо чистых неорганических веществ. - Л.: Химия, 1969. - 480 с.
• Корякин Ю.В., Ангелов И.И. Чистые химические вещества. Руководство по приготовлению неорганических реактивов и препаратов в лабораторных условиях. - М.: Химия, 1974. - с.
• Беляев А.И. Физико-химические основы очиски металлов и полупроводниковых веществ. - М.: Металлургия, 1973. - 320 с.
• Пазухин В.А., Фишер А.Я. Разделение и рафинирование металлов в вакууме. - М.: Металлургия, 1969. - 204 с.
• Иванов В.Е., Папиров И.И., Тихинский Г.Ф., Амоненко В.М. Чистые и сверхчистые металлы (получение методом дистилляции в вакууме). - М.: Металлургия, 1965. - 263 с.
• Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов. - М.: Издательство АН СССР, 1961 - 320 с.
• Кравченко А.И. О временной зависимости состава двойного сплава при его разгонке в вакууме // Известия АН СССР. Серия: Металлы. - 1983. - № 3. - С. 61-63.
• Кравченко А.И. Об уравнениях дистилляции при малом содержании примеси // Вопросы атомной науки и техники, 1990. - № 1 - Серия: «Ядерно-физические исследования» (9). - С. 29-30.
• Нисельсон Л.Я., Ярошевский А.Г. Межфазовые коэффициенты распределения (Равновесия кристалл-жидкость и жидкость-пар). - М.: Наука, 1992. - 399 с.
• Kravchenko A.I. Simple substances refining: efficiency of distillation methods // Functional Materials, 2000 - V.7. - N. 2. - P. 315-318.
• Кравченко А.И. Уравнение распределения примеси в твёрдом дистилляте // Неорганические материалы, 2007. - Т. 43. - № 8. - С. 1021-1022.
• Кравченко А.И. Эффективность очистки в дистилляционном и кристаллизационном процессах // Неорганические материалы, 2010. - Т. 46. - № 1. - С. 99-101.
• Кравченко А.И. Дистилляция с вытягиванием дистиллята // Вопросы атомной науки и техники, 2008. - № 1 - Серия: «Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники» (17). - С. 18-19.
• Кравченко А.И. Зонная дистилляция // Вопросы атомной науки и техники, 2011. - № 6 - Серия: «Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники» (19). - С. 24-26.
• Кравченко А.И. О распределении примесей при фазовых переходах из фазы с идеальным перемешиванием // Вопросы атомной науки и техники, 2011. - № 6 - Серия: «Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники» (19). - С. 27-29.
• ГОСТ 2177 (ASTM D86)

Галерея

Химические методы разделения

В настоящее время алкогольная продукция достаточно часто используется в нашей жизни. Но, горячительные напитки приносят удовольствие только если они отличаются высоким качеством. Этого можно достичь, используя правильные способы его получения. В связи с этим важно знать основные методы перегонки алкоголя: дистилляция спирта и его ректификация.

Дистилляция алкоголя

Само слово «дистилляция» имеет латинское происхождение и означает «стекание каплями». Обычно такой метод применяется во многих сферах жизни для разделения жидкости на компоненты, отличающиеся между собой составом. Не применяется в том случае, если фракции, входящие в состав жидкости различаются температурой кипения.

Дистилляция используется в нефтеперерабатывающей промышленности для производства бензина, керосина и смазочных масел. Процесс опреснения морской воды также основан на данном методе.

Но нас такой способ интересует с целью выделения этилового спирта из спиртосодержащих жидкостей.

Дистилляцией или перегонкой алкоголя называют явление, в результате которого происходит испарение летучих соединений из перебродившей смеси. Эти компоненты, оседая в виде конденсата, образуют самогон. Для создания самогона используется специальный аппарат – дистиллятор, который представляет собой перегонный куб.

Сам процесс перегонки несложный и состоит из двух шагов:

• Преобразование дистиллируемой жидкости в пар.
• Конденсация пара, тем самым вещество вновь возвращается в жидкую форму посредством охлаждения.

При этом температуры кипения спирта, который нам необходимо извлечь, составляет +78С, у воды — +100С, что приводит к быстрому испарению спирта. В процессе охлаждения происходит конденсация спирта. Дистиллят допустимо перегонять не один раз для повышения концентрации спирта.

Самогон, полученный в начале, отличается как сильной крепостью, так и высоким уровнем содержания в нём вредных веществ: эфиров и альдегидов. В связи с этим, он категорически непригоден для употребления внутрь в качестве алкоголя, лучше его вылить или найти ему другое применения, например, разжечь им костёр.

Процесс перегонки

Также не рекомендуется использовать так называемые «хвосты», содержащие сивушные спирты и метанол. Их можно определить по неприятному запаху. Они возникают после падения крепости самогона до 40%, но, в отличие от первых непригодных капель, «хвосты» разрешается использовать для повторной перегонки.

Завершение перегонки обычно определяется следующим способом: производится поджигание абсорбирующей жидкости. Если она начинает гореть, то дистилляцию останавливают.

Перегонка спирта, согласно классификации, делится на следующие разновидности:

• простая – проводится в один этап;
• фракционная – проводится в несколько этапов;
• ректификация.

Простая перегонка спирта является начальным этапом второй разновидности дистилляции.

Простая дистилляция

Схема процесса дистилляции

Данный метод использовался ещё в Древнем Египте для производства краски из испорченного винограда. Для этого использовались кубы из меди, конструкция которых включала в себя перегонную ёмкость, конденсатор, отводную трубу для испарения. Поначалу эти агрегаты применялись в производстве краски, духов, а спустя время их стали использовать для создания крепкой алкогольной продукции.

В настоящее время простая перегонка представляет собой технологию перегонки спирта, при которой не происходит полного удаления вредных примесей. Даже повторное проведение данного процесса не очистит напиток в полной мере. Крепость его на выходе равна 25-30% об.

Перегонка спирта проводится в несколько этапов:

• Изготовление браги. Существует множество методов её производства. Простейший из них заключается в том, чтобы растворить дрожжи в воде с температурой 30С, добавить к ним приготовленный заранее сахарный сироп. Далее следует плотно закрыть ёмкость крышкой и держать в тёплом месте в течение недели.

Конечный продукт имеет аромат и привкус продуктов, использованных для браги, в связи с чем он подвергается ароматизации. Например, в дубовых бочках происходит настойка рома и коньяка, а в джин добавляют миндаль или хвойную эссенцию.

Метод посложнее предполагает использование картошки, которую в измельчённом виде необходимо залить водой и нагреть. Крахмал, содержащийся в картофеле, преобразуется в сахара. Затем добавляет дрожжи и ставим в тёплое место.

• По окончанию брожения проводится процеживание браги, которую далее следует влит в агрегат для дистилляции.
• Происходит испарение браги.
• Через отводящую трубку возникший пар оказывается в холодильнике, где, конденсируясь, он превращается в дистиллят.

Кроме того, для избавления от неприятных запахов продукт нередко подвергается химической обработке, что может негативно влиять на здоровье человека.

Фракционная дистилляция

Такой метод ещё называют дробным, поскольку он проводится в несколько этапов. Он требует больше внимания и терпения.

В основе фракционной дистилляции лежит разница в температуре кипения составляющих, входящих в состав жидкости. Суть метода заключается в разделении спирта на фракции в ходе перегонки, с последующим их распределением в разные ёмкости.

Дистилляция этанола не предполагает использование «голов» или первой фракции, в связи с их неприятным запахом и повышенным уровнем вредности. Конденсат, собранный на этом этапе представляет опасность не только для приёма внутрь, но и для наружного применения. При попадании такой фракции на кожу может произойти её повреждение, например, слезет кожа. «Головы» в основном используются для разжигания дров. По завершению выделения данной фракции необходимо заменить приёмную ёмкость.

У средней фракции (тело самогона) отсутствует цвет и резкий запах. На этом этапе происходит отбор самогона высокого качества. Отбор этой части самогона происходит во время горения при температуре до 95С, при этом крепость составляет от 35 до 45%. В интервале от 78 до 83С выделяются наиболее чистые водно-спиртовые массы, не содержащие вредных для здоровья человека примесей.

Конечная фракция или «хвосты» характеризуется сильным, резким запахом по причине содержания в нём сивушных масел и тяжёлых примесей. Также необходимо не допускать их попадания в основную часть фракции, для этого на данном этапе необходимо заменить приёмную ёмкость. «Хвосты» обычно непригодны для приёма внутрь по причине их запаха и порчи качества основной части самогона. Но их возможно использовать для повторной перегонки, добавляют в новую брагу или же добавляют в самогон для любителей такого вкуса.

Для повышения качества алкоголя рекомендовано проводить ещё одну очистку углём, развести с чистой водой, либо провести повторную перегонку, проводя этот процесс медленнее, чем в первый раз. Многократное повторение дистилляции может привести к возникновению азеотропной смеси, состав которой не меняется при последующих перегонках.

В связи с тем, что произвести спирт высокого уровня очистки путём дистилляции, пусть даже и дробной, невозможно по причине наличия у него аромата и вкуса, применяется ректификация.

Сам процесс ректификации представляет собой разделение смеси, в основе которой лежит процесс теплообмена между парами и жидкостью.

Многие ошибочно считаю ректификацию спирта повторной перегонкой, но не следует путать эти два понятия.

Данный метод предполагает использование ректификационной колонны, которая представляет собой аппарат, разделяющий жидкость на компоненты. При этом в итоге получается чистый спирт, не имеющий резких запахов, вкуса, вредных веществ. Ректификация без использования данного аппарата даёт на выходе алкоголь с меньшей крепостью.

При нагревании ёмкости с самогоном начинается кипение жидкости, в результате которого происходит образование пара. Он поднимается по ректификационным колоннам наверх, попадая в агрегат, где происходит конденсация пара и называемый дефлегматором. Этот аппарат охлаждается водой. При попадании паров на охлаждённую поверхность, происходит его конденсация, в результате которой образуется флегма. Флегма стекает в ёмкость. Пар, который поднимается наверх и флегма, которая стекает вниз, взаимодействуют друг с другом, образуя процесс теплообмена. Ректификация предполагает постоянное взаимодействие между паром и жидкостью. В итоге наверху расположены вещества, имеющие более низкую температуру кипения, они трансформируются в конденсат и стекают в ёмкость.

Этот способ перегонки используется при получении чистого этилового спирта. Такой спирт лежит в основе водки. Также ректификация наиболее безопасна, поскольку позволяет делать крепкие алкогольные напитки, исключая наличие большого количества примесей и отравление химикатами при его употреблении.

Какой метод лучше?

Для определения наилучшего способа перегонки спирта необходимо решить, что для вас важнее: тонкий вкус и аромат алкоголя или же чистый спирт.

В ходе разных способов перегонки на выходе образуются разные напитки: дистилляция используется для получения самогона, коньяка, виски, текилы, джина; чистый спирт является продуктом ректификации.

Кроме того, нужно понимать, что после дистилляции, даже фракционной, итоговый напиток имеет аромат и привкус первоначального сырья, в то время как в процессе ректификации вкусовые и ароматические свойства уничтожатся.

Таким образом, нельзя говорить, что тот или иной метод лучше, поскольку на выходе они дают разный результат.

Если Вы начинающий самогоновар с большими амбициями - эта статья для Вас. В ней мы расскажем об основных понятиях самогоноварения, таких как дистилляция и ректификация, объясним, чем они отличаются, какие виды бывают, как получить высокое содержание спирта, что подразумевается под сущностью процесса ректификации и многое другое.

Дистилляция алкоголя

Дистилляция (перегонка) - это процесс в ходе, которого летучие компоненты (пары) испаряются из перебродившей смеси и конденсируются, превращаясь в самогон. Сам процесс довольно простой. Температура кипения воды составляет +100С, спирта - +78С, испарение спирта между двумя температурами происходит быстрее, нежели воды. При охлаждении спирт конденсируется. Таким образом, дистиллят можно перегонят по многу раз для увеличения в нем содержания спирта.

Следует отметить, что первые полученные 100 г самогона имеют высокую крепость и не менее высокий процент вредных примесей (летучие кислоты, эфиры, альдегиды). Именно поэтому, первые капли лучше всего выливать в раковину или использовать для розжига дров или чего-нибудь другого. Употреблять в качестве алкогольного напитка чрезвычайно вредно, да и фактическая крепость отличается от той, которую показывает спиртометр. Это связано с тем, что плотность примесей ниже плотности спирта, в результате чего происходит искажение показателей спиртометра в пользу мнимого завышения градуса. Первые полученные сто грамм называются «головой», которую следует отсечь от основного дистиллята.

В кубе, который заполнен брагой и поставлен на источник тепла, по истечению времени концентрация спирта уменьшается. На это указывает увеличение температуры в конденсаторе (холодильнике). Продолжать процесс перегонки до температуры 100 градусов по Цельсию не имеет смысла - из куба будет испаряться вода, так как спирт в браге закончился.

Вторая непригодная часть к употреблению с высоким содержанием вредных примесей называется «хвосты» (содержит сивушные спирты, метанол). Отличаются неприятным запахом. Они идут после того, как крепость самогона падает до 40%. Хвостовую часть, в отличие от «голов», можно использовать для вторичной перегонки, в то время как «головы», лишь в технических целях.

Виды дистилляции

Дистилляция бывает 2 видов:

• простая (обычная);
• фракционная.

Простая дистилляция - это перегонка без разделения «головной» и «хвостовой» частей. Брага, которая не испарилась до конца, называется барда или кубовый остаток, а полученный конденсат - дистиллят. Процентное содержание такого спирта на выходе составляет 25-30% об., количество примесей - больше нормы. Простая (обычная) дистилляция требует вторичной перегонки.

Фракционная дистилляция - это разделение полученного дистиллята на части по составу фракций, оставляя так называемое «сердце» пригодное для употребления. Крепость такого напитка составляет 50-70% об., степень очистки - относительно высокая.

Дистилляция также делится на:

• Паровую;
• Двойную;
• Вакуумную.

Паровая дистилляция осуществляется при помощи парогенератора. Парогенератор и многоступенчатая дистилляция дают продукт непревзойденного качества. Единственный минус - такая установка требует большого пространства для себя. Вакуум-дистилляция применяется для перегонки нефти. И мы на ней останавливаться не будем.

Двойная дистилляция - этот вид вытекает из двух предыдущих. Если мы осуществили простую дистилляцию, наш напиток требует вторичной перегонки, т.е. с сырьё подвергают двойной дистилляции. А также, в результате двойной перегонки, например, 40% об. раствора можно получить 60% об самогон. Если на этом не останавливаться, то с третьего раза мы получим 80% об. спирта. При многократной процессе - до 96% об. самогона, тем не менее, все примеси, которые были в браге останутся в нашем самогоне. В то время как процесс ректификации позволяет получить чистый спирт.

Ректификация - что это?

Данный вид перегонки применяется для получения этилового спирта.Ректификационная колонна - это аппарат, разделяющий жидкие смеси на части, давая на выходе чистый спирт без ароматов и привкусов, вредных сивушных масел, ацетона, метанола и других неприятно-вредных веществ (ректификатор - это синоним ректификационной колонны). Ректификации позволяет изготавливать настойки и другие напитки без риска отравления вредными химическими элементами.

Колонна может выполнять функцию дистиллятора, получая чистый самогон.

Ректификация без колонны дает меньшую крепость, нежели с колонной, а также, небольшую производительность.

Отличия дистилляции и ректификации

С помощью дистиллятора получают самогон, в то время как ректификация позволяет получить чистейший спирт без примесей из спирта-сырца, разбавленного до 40%. А это значит, что без самогонного аппарата все равно не обойтись. Использовать ректификационную колону для того, чтобы гнать брагу означает привести ее к неизбежному засорению колонны в нижней части.

Современные самогонные аппараты, дополненные дефлегматорами и другими элементами, позволяют производить чистый самогон. К тому же, сейчас можнокупить самогонный аппарат с уже встроенной колонной, т.е. работающий в режиме или дистилляции или ректификации, в зависимости от Вашей цели.

В целом, оба продукта не готовы к употреблению сразу же после выгонки. Спирт нужно разбавлять, самогон - очищать. Одно без другого не обойтись, но и тут все зависит от цели.

Следует помнить!

Методом дистилляции мы получаем ароматный дистиллят имеющий характерные органолептические нотки исходного сырья. Граппа из винограда, полугар из солода, кальвадос из яблок и т.д.

Ректификацией же мы получаем нейтральный продукт, который после разбавления и фильтрации используется для приготовления настоек, наливок или употребления в чистом виде.

Как сделать качественный алкоголь, и в чем заключается отличие ректификата от дистиллята. Эти две технологии по производству спирта и самогонки вызывают вопросы среди начинающих. Они интересуются, в чем заключается суть технологий, и какая из них лучше? Чем отличается дистилляция от ректификации, с помощью каких способов и приспособлений достигается нужный результат.

Дистилляция самогона

Когда говорят «гнать самогон» – это означает проведение дистилляции (distillatio -латинское слово, переводится как стекание каплями). При перегонке пары спирта испаряются из браги и конденсируются. Чтобы увеличить крепость и избавиться от лишних примесей самогон перегоняют несколько раз.

Дистилляция – это получение спирта из браги с использованием дистиллятора

Для этого созревшую брагу нагревают и ждут испарения. После охлаждения пар, прошедший по охладителю (змеевику), конденсируется и начинает капать водно-спиртовой раствор. Дистилляция подразделяется на простую и фракционную. В чем разница между ними?

Простая дистилляция

Простая дистилляция или получение спирта сырца, брага просто перегоняется на самогонном аппарате быстрым способом без разделения на фракции. При такой дистилляции примеси из напитка не удаляют, как того требует технология. Первые капли самогона с вредными примесями остаются в напитке. Такой продукт имеет неприятный запах. Некоторые недобросовестные виноделы очищают некачественный дистиллят химикатами, чтобы избавиться от запаха. Этот алкоголь вреден для здоровья, так как в нем содержится метиловый спирт, вредные для здоровья альдегиды и сивушные масла. Такой метод требует дальнейшую переработку, дробную перегонку с разделением на фракции или ректификацию.

Фракционная дистилляция

Хороший самогон получается при фракционной дистилляции с отделение головных и хвостовых фракций, которые вредны и в конечном продукте не нужны. Этот метод позволяет получить качественный напиток.

Особенности фракционной дистилляции:

• Головную фракцию «отсекают», это первые 10% от абсолютного спирта. Она подходит только для технического использования. «Первач» имеет неприятный запах и содержит в большом количестве вредные вещества такие как ацетон, метил и прочее
• Хвостовая фракция содержит сивушные масла, портящие вкус самогона. Хвосты начинают идти когда температура в перегонном кубе достигает 91-65 градусов, при достижении такой температуры отбор питьевого тела нужно прекращать. Их можно использовать только для последующей ректификации

После того как перегнали два раза готовый напиток получается чистым от вредных примесей, его крепость составляет 90-92%. Самогон получается чистым, но специфический вкус и аромат исходного сырья сохраняется.

Ректификация - что это?

Чтобы получить в домашних условиях питьевой спирт, пользуются специальной ректификационной колонной. Этот аппарат немного сложнее самогонного, но вполне доступный и имеется в продаже. Большинство самогонных аппаратов нового поколения идут как дистиллятор или ректификационная колонна одновременно, путем несложного изменения конфигурации можно делать спирт и самогон. Стоимость качественных колонн достаточно высокая, но лучше не покупать недорогие модели, так как они могут испортить напиток.

Процесс ректификации отличается от повторной дистилляции. Чистота спирта на выходе не менее 96%. Ректификационная колонна выдает спирт без вкуса и аромата исходного сырья. Для ректификации нельзя использовать чисто брагу, только спирт сырец после первой перегонки крепостью 30-40%.

Дистиллят и ректификат: что предпочтительнее

Чтобы оценить преимущества и недостатки ректификата и дистиллята, важно решить, какой результат вам нужен: тонкий вкус напитка или чистый спирт.

Дистилляция и ректификация – эти методы используются для получения разных продуктов: самогон получают методом дистилляции, а водка – это продукт ректификации

Основные различия:

• После дистилляции напиток сохраняет аромат продукта из которого сделана брага
• При ректификации исходный аромат и вкус сырья теряется. Это то, чем отличается спирт от самогона

Сказать, что лучше пить дистиллят или ректификат, сложно. Это разные алкогольные напитки, одни люди предпочитают самогон, а другие спирт. Противники ректификации утверждают, что при ректификации выходит «мертвый» напиток.

Основные виды концентрирования, очистки и разделения веществ.

В настоящее время существует значительное количество методов разделения, концентрирования и очистки веществ и создаются все новые в связи с актуальностью задач получения и анализа суперчистых материалов с заданными свойствами, например, для наноэлектроники, полупроводниковой и вычислительной техники, биологических препаратов нового поколения. Наиболее распространенными из них являются:

Ø методы испарения (перегонка, упаривание и отгонка);

Ø озоления;

Ø экстрагирования;

Ø осаждения и соосаждения;

Ø управляемой кристаллизации;

Ø сорбционные и ионообменные методы;

Ø электрохимические методы.

Применение каждого из методов очистки определяется как выбранной методикой анализа, так и физико-химическими свойствами системы (агрегатное состояние компонентов, химическая и термическая устойчивость веществ, содержание определяемого компонента в исходной пробе и т. д.). Как правило в основе процесса очистки лежит либо химическая реакция (реакции осаждения, ионного обмена, окисления), либо физический процесс (диффузия, адсорбция и десорбция, испарение и конденсация) (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – общие принципы и способы разделения компонентов на фазы (концентрирования и разделения веществ).

Учитывая многообразие способов концентрирования веществ, поясним значение некоторых терминов.

Разделение –это операция, в результате которой компоненты, входящие в исходную смесь, отделяются друг от друга.

Концентрирование – это процесс, в результате которого содержание определяемого или очищаемого компонента в веществе повышается, по сравнению с его исходным содержанием. Концентрирование может быть абсолютным и относительным .

Абсолютное концентрирование – это перевод микрокомпонента (примеси) из исходного образца большого объема или массы, в новый образец с меньшим объемом (массой). Такое концентрирование происходит при процессах экстрагирования, осаждения, перегонки и т. д.

Относительное концентрирование (обогащение) заключается в увеличении содержания интересующего компонента в исходном образце по отношению к другим компонентам или растворителю. Например, при упаривании раствора или озолении пробы.

Испарение – процесс перехода вещества из жидкой или твердой фазы в газообразную, который осуществляется тем или иным путем. Методы испарения можно реализовать в виде перегонки и отгонки (упаривания, выпаривания и возгонки).

Перегонка – это разделение жидких смесей, основанное на переводе летучего компонента в газовую фазу путем испарения его и последующей конденсацией.

Конденсат – продукт, образующийся при охлаждении газовой или паровой фазы.

Отгонка – удаление летучих компонентов из твердых веществ (порошков, кристаллов) или растворов при нагревании.

Упаривание – метод отгонки, в процессе которого происходит удаление части растворителя и летучих примесей в следствии длительного нагрева пробы. При упаривании часть основы (обычно растворителя) остается в образце.

Выпаривание (до суха) сопровождается полным удалением растворителя и летучих компонентов из исходного образца.

Возгонка или сублимация – это процесс, при котором твердое вещество переводят в газовую фазу минуя стадию плавления. Продукт конденсации, образующийся в процессе возгонки называют сублиматом .

Озоление – метод, при котором исходный образец путем нагрева переводят в минеральный остаток, называется золой . Его используют обычно при анализе различных веществ на содержание микроэлементов или общего количества органических веществ (анализ почв). Различают сухое озоление , когда пробу вещества калят в тигле при нагреве не выше 500ºС, и влажное (мокрое) . При влажном озолении исходную навеску вещества помещают в тигель и обрабатывают либо кислотами, либо ще6лочами, а образующиеся летучие продукты удаляются в процессе ее прокаливания. Озоление можно рассматривать как частный случай минерализации пробы.

Метод перегонки (дистилляция)

Перегонка (дистилляция) относится к группе методов, базирующихся на термическом испарении веществ, и применяется для очистки воды и разделения органических жидкостей с относительно близкими температурами кипения . Она основана на различии в летучести веществ . Сущность процесса перегонки заключается в том, что в испарителе смесь веществ (обычно раствор) нагревают выше температуры кипения наиболее летучего компонента. Образовавшаяся таким образом газовая (паровая) фаза имеет более высокую концентрацию летучего компонента, по сравнению с исходным раствором. Эту фазу затем охлаждают (конденсируют) в холодильнике, получая на его выходе конденсат (жидкость либо твердое вещество), обогащенный наиболее летучим соединением. При необходимости процесс повторяют до тех пор, пока не будет достигнута необходимая степень разделения или концентрирования компонентов.

Процесс перегонки можно охарактеризовать количественно, рассчитав коэффициент распределения D . Пусть имеется 2-х компонентная идеальная система А + В (отсутствует межмолекулярное взаимодействие, а компоненты химически инертны по отношению друг к другу). При нагревании такой системы до температуры испарения, например компонента А , получим газовую фазу, которая находится в равновесии с оставшимся раствором. При этом газовая фаза обогатится более летучим компонентом А , а в оставшемся растворе возрастет соответственно концентрация компонента В. Молярные доли компонентов А и В в обеих фазах связаны соотношением:

где у А и у В – молярные доли в газовой фазе; a = 1/D – коэффициент разделения (относительная летучесть); х А и х В – молярные доли компонентов в жидкой фазе. Учитывая, что x + y = 1 – сумма молярных долей компонентов в исходном растворе, и x A + x В = x; y A + y В = y, то коэффициент распределения D можно вычислить из соотношения:

D = . (2.2)

Формула (3.2) может быть преобразована с помощью уравнения Клаузиуса-Клапейрона в выражение для приближенного вычисления летучести компонентов:

lga = 8,9 . (2.3)

где Т кип (А) и Т кип (В) – температуры кипения разделяемых компонентов А и В соответственно. Из формулы 2.3 следует, что чем выше разница в температурах кипения разделяемых компонентов, тем выше степень их разделения в одностадийном процессе.

В пищевой, фармацевтической и химической промышленности дистилляция - это один из способов водоподготовки, который применяется наряду с ионным обменом. Для аналитических целей пригодна вода либо однократной очистки (дистиллят), либо двукратной – бидистиллят . Одностадийная дистилляция обычно используется для разделении веществ со значительной разницей в температурахкипения . При этом анализируемым компонентом может обогащаться как жидкая фаза, остающаяся после дистилляции, так и газовая фаза, а значит и образующийся конденсат Этот метод непригоден для азеотропных смесей (системы, в которых состав газовой и жидкой фазы одинаковы и находятся в состоянии равновесия). В этом случае полного разделения компонентов достичь невозможно.

Метод ступенчатой дистилляции (ректификации) осуществляют в специальных колоннах и используют при разделении на фракции многокомпонентных гомогенных смесей жидкостей с достаточно близкими температурами кипения . Он широко распространен в перерабатывающей промышленности, в частности, при получении продуктов перегонки нефти, таких как: петролейные эфиры, бензины, керосины и масла.

При очистке продуктов с низкой термической устойчивостью, присущей для некоторых органических и биологически активных веществ, осуществляют молекулярную дистилляцию - низкотемпературная дистилляция в высоком вакууме , которую проводят при остаточном давлении 1,3 – 1,8 кПа и ниже. В этом случае процесс разделения и концентрирования может протекать либо без нагрева, либо при температурах, значительно ниже комнатной. Молекулярная дистилляция используется при производстве фармацевтических препаратов и биоактивных пищевых добавок.

Методы отгонки.

Отгонку делят на простую или выпаривание и возгонку (сублимацию ). При выпаривании вещества удаляются в форме готовых летучих соединений. Осуществить выпаривание можно различными способами: нагреванием снизу (водяные и песчаные бани); сверху (инфракрасные лампы), используя сушку под вакуумом (лиофильная сушка ) - для исключения потерь связанной влаги или термически неустойчивых компонентов. Выпаривание позволяет к примеру, значительно повысить концентрацию солей в растворе (получение рапы).

Частный случай выпаривания – упаривание до суха . Этот прием применяют, когда необходимо или значительно повысить концентрацию нелетучего компонента, или растворитель и летучие примеси мешает проведению анализа. При упаривании вещество сначала длительно осторожно нагревают (выпаривают) до образования практически сухого остатка. Иногда применяют дополнительно прокаливание сухого остатка при более высокой температуре, чтобы удалить следовые количества растворителя. Качество выпаривания можно контролировать по изменению массы сухого остатка.

Отгонка будет более эффективна, если на вещество воздействовать еще и химически с помощью реагентов – сухая и мокрая минерализация . Минерализацию образцов широко используют в элементном органическом анализе. Пробу, органическую или биологическую, помещают в трубчатую печь или автоклав, через которую продувают воздух или кислород. В процессе окисления (сжигания) ее образуются летучие соединения такие, как CO, CO 2 , N 2 , SO 2 , SO 3 , которые легко могут быть определены с помощью специальных приборов – газоанализаторов или, после селективного поглощения (адсорбции ) газов, по стандартной методике. При сухой минерализации погрешность анализа выше, чем при мокрой . Это обусловлено потерями легколетучих компонентов и отчасти нелетучих, захватываемых каплями образовавшегося аэрозоля. Снижения потерь вещества при сухой минерализации можно добиться при использовании автоклавов (устройства для нагрева при повышенном давлении).

Мокрая минерализация заключается в воздействии на пробу минеральных кислот или щелочей в комплексе с окислителями (H 2 O 2 , KClO 3 , KMnO 4), растворение устойчивых соединений проводят в автоклавах при нагреве и повышенном давлении, а определение – в специальных камерах, соединенных с анализатором. Эффективно также применение ряда твердых, жидких и газообразных минерализаторов, способных селективно переводить некоторые труднорастворимые вещества в газовую фазу (галогены и галогеноводороды, CCl 4 , AlCl 3 , BBr 3).

Сублимация это вариант отгонки, который заключается в разделении веществ путем перевода одного или нескольких компонентов при нагревании в газовую фазу минуя жидкую . Для этой цели применяют устройства - сублиматоры , состоящие из испарителя и зоны сублимации с более низкой температурой (вплоть до отрицательных). В зоне сублимации при конденсации газов вновь образуется твердое вещество (сублимат). Этот метод можно использовать в том случае, когда разделяемые компоненты, например, плохо растворимы или трудно плавятся. Ограниченное применение сублимации обусловлено малым количеством пригодных для этой цели матриц. Примером сублимационной очистки в аналитических целях служит отделение кристаллического иода от нелетучих примесей.

На качество очистки при сублимации влияют размер частиц и однородность распределения компонентов в них. Поэтому более качественной будет отгонка в тщательно измельченных пробах, а также в тех, где отгоняется основное вещество (макрокомпонент) , а не примеси (микрокомпоненты ).

Для низко температурного полного обезвоживания неустойчивых веществ применяют низкотемпературную отгонку под вакуумом – сублимационная сушка , которую можно рассматривать как вариант лиофильной сушки, выполняемой в болеежестком режиме.

Метод экстрагирования.

Метод экстракционного разделения (экстракция ) широко применяется не только в химическом анализе, но и на производстве, так как позволяет сконцентрировать анализируемое вещество в небольшом объеме раствора. Процесс экстракции основан на избирательном извлечении одного или нескольких компонентов из смеси жидких или твердых фаз с помощью органического растворителя (экстрагента) не смешивающегося с водой. В основе процесса экстракции - различие растворимости компонентов смеси в водной и органическойфазах . В органических веществах (спиртах, эфирах, бензинах и т.д.) хорошо растворяются многие неорганические соли (нитраты, хлориды, роданиды) и комплексные соединения.

Более эффективно извлечение происходит при применении смеси экстрагентов. Явление возрастания степени извлечения при воздействии смеси экстрагентов называют синергизмом. Степень извлечения можно также повысить, добавляя в экстрагент экстракционный реагент, например, дитизон или оксихинолин, формирующие комплексы со многими катионами металлов. В результате проведения экстракции получается экстракт , который может быть как в виде раствора, так и сухого вещества (сухие экстракты ). Сухие экстракты обычно образуются из жидких путем их высушивания каким-либо способом.

К основным понятиям этого метода относят:

Ø реэкстракция – процесс извлечения выделяемого компонента из экстракта в водную или иную фазу;

Ø реэкстрагент – раствор реагента (чаще водный), используемый для извлечении вещества из экстракта;

Ø соэкстрагент – органический или иной растворитель, применяемый в смеси с основным экстрагентом с целью повышения селективности процесса или степени экстракции;

Ø синергизм – существенное повышение степени извлечения (экстракции) при использовании смеси экстрагентов, по сравнению с действием каждого из них по-отдельности;

Ø экстрагент – органический или иной растворитель, извлекающий компонент из водного раствора;

Ø экстракционный реагент – составная часть экстрагента, реагент, образующий с извлекаемым веществом хорошо растворимое в экстрагенте соединение, чаще всего - органический комплекс;

Ø экстракт – органическая фаза, содержащая выделяемый компонент;

Ø экстрактор – аппарат для проведения экстракции.

Конструкции экстракторов достаточно разнообразны (рис. 2.2) и подбираются в зависимости от условий проведения процесса и применяемых реагентов.

Рисунок 2.2 – схемы экстракторов различного назначения

(в – водная фаза; о – органический растворитель):

а – делительные воронки (случай, когда плотность экстрагента выше, чем водной фазы); б – прибор непрерывной экстракции (при плотность экстрагента ниже, чем воды).

Различают: периодическую экстракцию (выполняется отдельными порциями экстрагента), непрерывную (при постоянном перемещении фаз друг относительно друга, при этом водная фаза обычно неподвижна) и противоточную , где органическая фаза постоянно перемещается через серию экстракционных трубок, содержащих свежие порции водного раствора. В качестве простейшего экстрактора можно использовать делительную воронку с двумя кранами (рис. 2.2 – а), которая применяется для выполнения периодической экстракции . После заполнения воронки водно-органической смесью раствора, ее энергично встряхивают и дают отстояться, через нижний кран осторожно удаляют водный раствор (если плотность органического реагента меньше, чем водного), стараясь, чтобы экстракт остался в воронке. Разделение фракций протекает с высокой скоростью в течении 1 – 3 минут. Если плотность органической фазы выше, чем водной, то в нижней части воронки будет скапливаться экстракт, который затем также осторожно удаляется.