Ректификация спирта

Чтобы понять ректификацию спирта рассмотрим основные свойства абсолютного 100%-ного этилового спирта:
- температура кипения = 78,3°C при 760 мм рт.ст.
- плотность жидкости = 790 кг/м3 при 20°С

Известно, что этиловый спирт прекрасно растворяется в воде, образуя бинарную водно-спиртовую смесь с любым количеством спирта. Здесь нужно обозначить разницу между массовой и объёмной концентрацией этанола в водно-спиртовом растворе. Массовая концентрация спирта - это масса спирта в массе раствора (обозначается как г/г или %масс.).

Чаще применяется понятие объёмной концентрации - это объем спирта в объеме смеси (обозначается как мл/мл или %об.). Величины объёмной и массовой концентраций из-за значительной разницы в плотности спирта (0,79 г/мл) и воды (1 г/мл) могут существенно различаться. В дальнейшем здесь будет использоваться только понятием объёмной концентрации.

Понятно, что температура кипения раствора двух жидкостей должна находиться между их индивидуальными температурами кипения - 100°C для воды и 78,3°C для этилового спирта (при 760 мм рт. ст.). Зависимость температуры кипения (парообразования) этого раствора, или, что то же самое, температуры насыщенного водно-спиртового пара от концентрации спирта в парах показана на рис. 1.

 Температура кипения

Особого внимания на этом графике заслуживает точка А с концентрацией 96,4% и с температурой кипения меньше температуры кипения 100%-ного этилового спирта.

Нагляднее всего процессы дистилляции и ректификации этанола объяснить по кривой равновесия фаз бинарной водно-спиртовой смеси (см. рис. 2).

Равновесие фаз

Из диаграммы видно, что практически вся кривая равновесия находится выше диагонали Y=X, то есть при испарении водно-спиртового раствора концентрация спирта в парах получается большей, чем в исходной жидкости. Именно это и лежит в основе процессов дистилляции и ректификации этанола.

Большое значение имеет точка (А, X=Y=97,2% объёмных) пересечения кривой равновесия фаз с диагональю. Это особая «точка азеотропа» - нераздельно кипящая жидкая смесь двух чистых компонентов, которую путём перегонки или ректификации невозможно разделить на составляющие. Максимально приближенная к точке азеотропа водно-спиртовая смесь и называется спирт-ректификат.

Используя кривую равновесия и диагональ Y=X (см. рис. 2), можно увидеть, что при простой перегонке 10%-ной бражки сначала получается самогон с концентрацией примерно 53%об. Далее, после ступеньки 10-53, можно построить следующие - 53-82, 82-88, 88-92 и т.д. Вертикальная составляющая ступеньки показывает повышение процента этанола в паровой фазе вплоть до наступления равновесия фаз (точка А). Горизонтальная составляющая ступеньки показывает конденсацию этих паров (точка пересечения горизонтали с диагональю Y=X). По диаграмме видно, что для получения спирта-ректификата из бражки с начальной концентрацией 10% теоретически должно пройти более десятка таких последовательных перегонок. На практике их должно быть намного больше, так по мере уменьшения концентрации спирта в перегонном кубе соответственно уменьшается и концентрация дистиллята. Например, на первой ступеньке 53%об. соответствует только начальному моменту перегонки. По прошествии какого-то времени концентрация спирта в бражке уменьшается и мы имеем в ней уже меньше, чем 10% спирта, в результате чего к концу первой перегонки отобранный самогон имеет среднюю крепость не 53%об., а 35-40%об.

Стоит отметить, что температура кипения этанола зависит от атмосферного давления (см. рис. 3). Причём эта зависимость достаточно существенна для процесса ректификации, когда каждая десятая доля градуса имеет значение.

Зависимость температуры кипения от атмосферного давления

В очень-очень упрощенной постановке, описанные выше «ступеньки» отдельных перегонок, но осуществляемые не по отдельности, а собранные вместе в одном аппарате и составляют процесс ректификации спирта. Такая ректификационная установка имеет еще один дополнительный "плюс" - параллельно с задачей получения спирта-ректификата она решает еще и задачу очистки его от примесей, имеющих отличную от спирта температуру кипения (см. схему на форуме Чертежи и схемы самогонных аппаратов

Выходя за рамки нашей цели - получение спирта с помощью ректификационной колонны, можно выделить в чистом виде любое вещество (это будет не сложно, если вы знаете температуру его кипения). Например, перегоняя настой сосновых иголок, можно попробовать выделить составляющую, заведующую запахом хвои, или из настоя лепестков фиалки выделить вещество, отвечающее за этот цветочный запах. От самогонщика до парфюмера один шаг

Практический пример ректификации

Статьи