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.

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 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.

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

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.

Первые упоминания о процессе дистилляции можно отнести к 1 тысячелетию до нашей эры. Аристотель - один из первых ученых, кто полностью описал эту технологию. Позже и различные алхимики со всего мира занимались этим процессом. Можно найти упоминания о перегонке спирта у многих народностей, пользующихся сырьем из винограда, сахарного тростника, яблочного сока, слив и многого другого. Египетские алхимики внесли существенный вклад в развитие дистилляции. Они придерживались мнения, что, благодаря перегонке, из вина можно выделить "душу", а в русской терминологии "спиритус" был упрощен до слова "спирт". Ниже мы поговорим о данном явлении и узнаем, что такое это - дистилляты.

Что такое дистилляция

С латинского языка это означает "стекание каплями". Данная технология является ни чем иным, как перегонкой жидкости, в результате чего она испаряется, превращаясь в пар при охлаждении после контакта с воздухом. Дистилляцию разделяют на 2 вида:

1. С конденсацией пара в жидкость.
2. С конденсацией пара в твердую фазу.

Таким образом, дистилляты - это полученная жидкость или твердое вещество (иначе его называют остаток), полученное в результате конденсата. Помимо этого, дистилляцию разделяют на простую и фракционную. В первом варианте - это непрерывный отвод и испарение жидкости, а второй метод предполагает проведение перегонки с различными температурами, и каждый отвод уходит на отдельную колбу.

Для проведения данного процесса необходимы основные элементы:

• обогреваемая закрытая емкость (куб, контейнер);
• каплеуловитель (труба для устранения уноса брызг);
• охлаждаемый конденсатор (холодильник);
• конденсатор в (труба в трубе);
• паропровод (или змеевик), соединяющий оба элемента;
• приемная емкость.

Для чего используют дистилляцию

Это нужно, когда есть необходимость разделить жидкость на несколько фракций или отделить от примесей. Это касается эфирных масел, воды, гидролатов, цветочной воды, алкоголя и нефтепромышленности. Важно помнить, что соблюдение мер безопасности является ключевым моментом протекания дистилляции.

Обычную питьевую воду подвергают данной технологии для ее очистки. На выходе мы получаем чистую воду без различных примесей. Соли, металлы, микроорганизмы, песок и прочее оседают в кубе, подогреваемом с жидкостью. А конденсат дистиллята избавлен от этих добавок.

Но самая востребованная причина дистилляции - это спиртовая перегонка. В результате нее получают спиртовой продукт. Получается, что такие спиртосодержащие напитки - это дистилляты.

Этапы протекания технологии

Если говорить простым языком, то для получения конечного спиртосодержащего продукта необходимо провести технологию в 3 этапа испарения жидкости.

В плотно закрытой (герметичной) емкости помещена брага (спиртосодержащая основа), которая при нагревании начинает конденсировать при прохождении через змеевик. Первая (или "головная") фракция испарения является самой легкой и в ней содержится Вдыхать и пить его нельзя, так как от него получают сильнейшую интоксикацию, от которой слепнут и умирают.

Вторая фракция (или как ее еще называют "средний дистиллят") - этиловый спирт, именно он и является целью спиртовой дистилляции. Под конец из змеевика капает обычная вода, почти лишенная спирта, но в ней присутствуют тяжелые металлы (бутанол и изопропанола), которые тоже ядовиты, но не как метанол, - несут тяжелое похмелье. Эту фракцию называют "хвостовой". Процесс прекращают тогда, когда дистиллят перестает гореть.

Получается, что "золотая середина" спирта - дистиллята является целью получения элитного алкогольного напитка. К примеру, коньяк, арманьяк, кальвадос, шотландский и ирландский виски, испанский и португальский бренди, мексиканская текила и многие другие изготавливаются именно по этой традиционной технологии спиртовой дистилляции.

Дистиллят - это не просто очищенная жидкость от примесей, это сохранность вкусовых качеств. Особенностью дистилляции является то, что полностью избавиться от примесей невозможно из-за летучести компонентов. Но именно благодаря этому качеству алкогольные напитки сохраняют свой неповторимый ароматный вкус. К примеру, если 100-летнее шотландское виски подвергнуть ректификации (более точное разделение фракций, более чистый спирт), то по вкусу от водки ничем отличаться не будет.

Дистиллят газового конденсата (ДГК)

Это прозрачная жидкость, которая образуется в результате перегонки природных газов и не растворяется в воде. В состав них входят бензиновые, керосиновые фракции без смолистых веществ. Другими словами, это продукт нефтепереработки. Его применяют в качестве или растворителя в лакокрасочной промышленности.

Эти дистилляты разделяются на легкий, средний и тяжелый ДГК. Самый популярный из них используют в нефтяной промышленности в виде добавок в получении бензина, топлива, это легкий ДГК.

Средний дистиллят близок по своему составу к зимним маркам дизельного топлива. Тяжелый - это остаточные фракции перегонки и применяются на технологических установках, котельных в качестве топлива.

Применение и транспортировка ДГК

Нефтехимический дистиллят - это взрывоопасное и взрывчатое вещество. Транспортировка вещества осуществляется с соблюдением строжайших требований безопасности в герметичных емкостях из антикоррозийного покрытия.

Из него изготавливают также некоторые виды полимерных материалов, при соответствующей химической очистке и стабилизации дистиллята. А также в производстве присадок с высоким значением октанового числа и выступает сырьевым материалом для синтеза олефинов. Прекрасно справляется с жирными пятнами на машинных механизмах и выступает в качестве растворителя в лакокрасочной промышленности.

В заключение о дистиллятах

Дистиллят - это продукт, полученный в результате физико-химического процесса, называемого дистилляцией. Технология несложная, но требует соблюдения безопасности и четкого выполнения последовательных действий. На протекание процессов влияет множество факторов, проводить перегонку стоит только при наличии специальных знаний и навыков.

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.