Distilarea și rectificarea sunt utilizate pe scară largă în industrie. Prin aceste metode, alcoolul etilic este purificat, kerosenul, benzina, motorina și alte componente sunt separate de ulei, substanțele aromatice sunt obținute în parfumerie și multe altele.

Ambele tehnologii se bazează pe același principiu de distilare lichidă. Cu toate acestea, există diferențe și destul de serioase.

Definiție, diagramă dispozitiv și principiu de funcționare

Distilare

Distilarea este un proces în care un lichid dintr-un cub (recipient) este încălzit și evaporat, după care se răcește și se condensează. Vaporii pot fi convertiți în cele din urmă într-un lichid sau solid (a doua opțiune nu este discutată în acest articol). Produsul de ieșire se numește distilat. Sau reziduul de jos (așa-numitul lichid care nu s-a evaporat), în funcție de scopul pentru care a fost distilat amestecul inițial.

Construirea unui aparat simplu pentru producerea apei distilate. Lichidul se află în cubul 1 cu un capac 2 și un termometru 3. După încălzirea recipientului, apa se transformă în abur, care urcă și intră în tubul 4 cu supapa 5. Și de acolo în tubul 6, situat în frigider 7. Deci că aburul se condensează și s-a transformat din nou într-o stare lichidă, trebuie răcit. Pentru a face acest lucru, tubul 6 este spălat cu apă curgătoare cu gheață. Pentru a îmbunătăți eficiența răcirii, este înfășurat în spirală pentru a menține aburul la o temperatură mai scăzută pentru mai mult timp. După ieșirea din frigider, lichidul intră într-un vas pentru a colecta distilatul.

La distilarea unui amestec format din două componente (unul dintre ele este lichidul de dizolvare a bazei, iar al doilea este dizolvat în acesta), unul cu punct de fierbere scăzut, adică unul cu un punct de fierbere mai scăzut, se transformă în abur. Și punctul de fierbere ridicat (cu un punct de fierbere mai mare) rămâne în stare lichidă. Este necesar un termometru pentru a regla gradul de încălzire, astfel încât acest parametru să fie între temperaturile specificate.

O caracteristică distinctivă a distilării este faptul că componentele volatile se evaporă o singură dată. Cu o metodă atât de simplă este imposibil să se obțină un grad ridicat de separare a componentelor amestecului. În plus, un singur ingredient iese în evidență.

Rectificare

Rectificarea este un proces în stadiul inițial al căruia lichidul, precum distilarea, este, de asemenea, încălzit și evaporat. Dar apoi aburul intră în coloana de distilare. În ea, datorită contracurentului dintre fazele lichide și gazoase ale amestecului, are loc schimbul termic și de masă între abur și picăturile condensate. Amestecul inițial este împărțit (cu un grad ridicat de purificare) în componente cu diferite puncte de fierbere datorită faptului că lichidul se evaporă și se condensează de multe ori.

Schema unui redresor simplu care se poate realiza chiar si acasa. Se compune dintr-un cub încălzit la foc sau la o baie de apă. Deasupra ei se află o coloană de rectificare (în dispozitivele de uz casnic - un sertar, care este o țeavă rigidă) cu duze care o umplu (în figură se numesc „curăți”, deoarece pentru dispozitivele de casă sunt adesea fabricate din bureți de bucătărie ieftini din metal. ). Deasupra este un condensator de reflux. Pe lateral, vizavi de unitatea de selecție a distilat, există un tub special de evacuare (colorat în roșu în diagramă). Este conectat la frigider și apoi la recipientul de primire. În redresoarele de laborator și de uz casnic, duzele sunt folosite ca „curățătoare” cu care se umple coloana. Cele mai populare: spirală prismatică (Selivanenko) și sârmă obișnuită (Panchenkov). Primul oferă cel mai bun grad de curățare, al doilea, cu funcționare destul de eficientă, este cel mai simplu în design. De obicei, sunt fabricate din oțel inoxidabil sau cupru. În instalațiile industriale, în locul duzelor se folosesc plăci speciale.

Dispozitivul funcționează după cum urmează. Amestecul inițial este încălzit în cubul de distilare și începe să se evapore. Aburul trece printr-o coloană de distilare. La unitatea de selecție a distilat, o parte din abur este îndepărtată prin tubul roșu, intră în frigider, se condensează și curge în recipientul de primire. Cealaltă parte se ridică în condensatorul de reflux. Acesta din urmă este, de fapt, un alt frigider cu apă curentă în jachetă. În ea, se condensează și această a doua parte a aburului, după care sub formă de picături, numite reflux sau reflux, se varsă în coloana de distilare și se deplasează în interiorul acesteia de sus în jos. Debitul de apă pentru răcirea condensatorului de reflux poate fi ajustat, modificând astfel cantitatea de reflux care curge înapoi în coloană.

În coloana de distilare există un contracurent din două faze - aburul se ridică, refluxul scade. Între ele are loc schimbul de masă și căldură, în urma căruia aburul este îmbogățit cu componente cu punct de fierbere scăzut (foarte volatil) ale amestecului, iar picăturile de lichid care curge sunt îmbogățite cu ingrediente cu punct de fierbere ridicat (aproape volatile). Din acest motiv, dacă înălțimea coloanei este suficientă, fracția țintă de puritate ridicată este îndepărtată din partea superioară (unitatea de selecție a distilat). Duzele din coloană servesc la intensificarea schimbului de masă și căldură, deoarece condensarea aburului are loc exact pe suprafața lor dezvoltată. În instalațiile industriale acest lucru se întâmplă pe tăvi.

Fiecare placă situată în coloană se numește fizic (PT). Este necesar pentru ca o stare de echilibru să fie atinsă cât mai repede posibil între faza lichidă și cea de vapori. Bulele de vapori trec prin stratul de reflux situat pe FT. Ca rezultat, schimbul de masă și căldură între faze este accelerat. Dar, după ce aburul trece printr-un FT, tot nu va exista echilibru, deoarece eficiența acestui element variază de la 50% la 60%. Astfel, pentru a obține o stare de echilibru a fazelor care ar corespunde unei plăci teoretice (TP), este necesară instalarea a două FT-uri. Aceasta înseamnă că, dacă, conform calculelor, este necesară o coloană de 40 TT, atunci în realitate este necesar să instalați 80 FT în ea.

Instalațiile de rectificare sunt fie continue, fie discontinue.

În primul, amestecul lichid este introdus în mod constant în coloană, iar ingredientele separate sunt, de asemenea, îndepărtate constant din ea. În al doilea rând, o anumită cantitate din amestec este încărcată imediat în cub, după care dispozitivul funcționează până când este complet procesat.

În dispozitivele de uz casnic, un sertar este folosit ca coloană de distilare. Aceasta este o țeavă cu un diametru de 30 mm până la 50 mm, umplută pe întregul volum cu duze. Pentru a preveni scurgerea acestuia din urmă, de-a lungul marginilor sunt plasate vate permeabile la abur și picături. Starea de echilibru de fază se realizează atunci când aburul trece printr-un anumit strat al cadrului, echivalent cu un CT. Înălțimea sa este calculată în milimetri și se numește înălțimea unității de transfer.

Principalele caracteristici ale redresării: separarea ingredientul necesarîn forma sa pură și capacitatea de a separa amestecul inițial în mai multe componente deodată. Cu cât coloana este mai înaltă, cu atât procesul este mai lent, dar produsul final este mai pur.

Procese în vinificație

În industria băuturilor alcoolice, diferența dintre alcoolul distilat și rectificat este explicată după cum urmează. Distilatul este o materie primă în care rămân organolepticele (gustul și mirosul) produsului original. Adică, dacă se face o băutură cu cereale, atunci cereale, dacă se bea un măr, atunci mere și așa mai departe. În același timp, alcoolul etilic distilat conține încă multe impurități. Unele dintre ele formează gust și miros. Celelalte sunt eliminate folosind diverse retete. Alcoolul rectificat este un alcool rafinat. Proprietățile organoleptice ale produsului original sunt complet absente. Are gust și miros doar a alcool și nimic altceva. În etapele următoare proces tehnologic, cu ajutorul aditivilor aromatizanți și aromelor, i se adaugă proprietățile organoleptice dorite, după care se obține o gamă largă de lichioruri, tincturi și alte lucruri.

Pe baza acestui lucru, nu putem spune că o metodă este mai bună și cealaltă este mai proastă. Fiecare are propriul său scop. Dacă, de exemplu, țuica se face cu gustul și aroma strugurilor, atunci este nevoie de distilare. După rectificare, aceste caracteristici vor dispărea. Pentru a obține o aromă plăcută, se păstrează alcool distilat butoaie de stejar. Dar pentru alcool rectificat 96%, acesta este inutil doar pentru diluare, de exemplu, în producția de vodcă. La aceasta mai putem adăuga că echipamentul pentru rectificarea alcoolului este mai scump decât pentru distilare. În plus, piureul distilat este necesar pentru rectificare.

Baza teoretică a distilării

Într-un amestec format din două ingrediente (dintre care unul este un lichid ca bază a soluției), concentrația substanței dizolvate în lichidul C1 diferă de concentrația C2 în vaporii acestui lichid. Coeficientul de partiție (distribuție).

este o caracteristică a procesului. În unele cazuri, este mai convenabil să lucrați cu valoarea reciprocă: A = 1 / B, care are același nume. Acest parametru depinde de condițiile de distilare și de natura substanțelor care alcătuiesc amestecul.

În funcție de condiții, coeficientul B poate fi:

Ideal. Este afectată doar de presiunile parțiale ale ingredientelor amestecului (parțială este presiunea unui gaz individual inclus într-un amestec de mai multe gaze; adică este presiunea unui gaz pe care ar avea-o dacă ar ocupa întregul gaz). volumul pe care îl ocupă amestecul de gaze).

Echilibru. În acest caz, numărul de molecule de gaz H care se evaporă din lichid este egal cu numărul moleculelor sale H1, care se întorc în lichid în același timp.

Eficient.

În practică, distilarea este afectată de agitarea soluției și de prezența impurităților în aceasta. Prezența acestuia din urmă poate fi atât de semnificativă încât coeficientul efectiv de separare a substanței principale și a impurităților poate diferi foarte mult de cel ideal.

Parametrii procesului nu mai puțin importanți sunt temperatura de evaporare și gradul de abatere a sistemului de la echilibrul de fază între lichid și vapori. În timpul distilării:

Unde NS este numărul de molecule care trec în condensat. Abaterea este determinată cantitativ de raportul: NS / N. În acest caz, există două stări limită ale sistemului. Dacă NS = 0, atunci există un echilibru: câte particule au părăsit lichidul pe unitatea de timp, același număr a revenit la el. Dacă HC = H, atunci aceasta este distilare moleculară, adică toate particulele care s-au evaporat din lichid s-au transformat în condensat. Acest lucru se întâmplă de obicei dacă procesul se desfășoară în vid, presiunea aburului este scăzută și distanța de la suprafața apei până la punctul de condensare este minimă. În acest caz, particulele de vapori nu se ciocnesc nici cu moleculele de aer, nici între ele.

Tipuri de distilare

Procesul descris la începutul articolului, în care un lichid este încălzit și parțial evaporat, iar vaporii săi sunt descărcați continuu în frigider și condensați acolo, se numește distilare simplă. Când se lucrează cu un amestec lichid multicomponent, se utilizează distilare fracțională sau distilare fracțională. În acest caz, ingredientele amestecului sunt colectate în condensat pe părți, în funcție de volatilitatea lor, începând cu cel cu punctul de fierbere cel mai scăzut.

Rectificarea este considerată de mulți experți ca fiind un tip de distilare. Se întâmplă din cauza faptului că orice sistem închis format din gaz și lichid tinde spre o stare de echilibru. Și în timpul rectificării, concentrația de lucru (reală) a ingredientelor în faza de vapori diferă de ceea ce ar trebui să fie pentru ca acest lichid să fie în echilibru.

Distilarea și rectificarea sunt două metode de separare a componentelor unui amestec lichid, care se bazează pe același proces fizic. Dar tehnologii diferite pentru implementarea lor permit obținerea de rezultate complet diferite.

DISTILARE(lat. destilare picurare; sin. distilare) - procesul de purificare a lichidelor din impuritățile nevolatile dizolvate în acestea sau separarea amestecurilor de lichide în fracții care diferă ca compoziție prin evaporare și condensarea ulterioară a vaporilor rezultați; utilizat pe scară largă în practica farmacologică și de laborator.

Există distilare simplă și fracționată. Distilarea simplă constă într-o evaporare unică a unui lichid cu îndepărtarea continuă a vaporilor și condensarea lor ulterioară. Condensul rezultat se numește distilat, iar partea neevaporată a lichidului se numește funduri. De obicei, nu este posibil să se obțină o componentă pură, ușor volatilă, de D simplu. Este indicat sa se foloseasca simplu D. numai in cazurile in care diferenta de puncte de fierbere a lichidelor incluse in amestec este destul de mare. D. fracţionată presupune repetarea repetată a procesului de evaporare şi condensare. Distilate de diferite compoziții sunt colectate în mai multe recipiente (Fig. 1). De remarcat că distilatul din recipientul I este mai bogat în componenta cu punct de fierbere scăzut, în recipientul II conținutul acestui component este mai mic etc. Fiecare dintre aceste distilate (fracții) la rândul său este supus din nou distilarii.

Pentru a crește eficiența separării și a reduce numărul de distilare, așa-numitele. condensatoare de reflux (fig. 2). Esența acțiunii unui condensator de reflux este aceea că aburul este parțial condensat în el și distilatul rezultat este returnat în camera de evaporare. Aburul care rămâne în condensatorul de reflux este îmbogățit în componenta ușor volatilă, deoarece componentele mai puțin volatile condensează mai întâi.

În industrie, procesul de fracţionare este automatizat şi realizat în dispozitive speciale numite coloane de rectificare (vezi Rectificare). Unele amestecuri de lichide nu pot fi separate în componentele lor componente prin dilatare. Amestecuri care fierb neseparat se numesc azeotropi (vezi Amestecuri azeotrope). Lichidele care formează astfel de amestecuri pot fi împărțite în componenta găsită în exces în azeotrop și azeotrop.

Pentru purificarea substanțelor care sunt nemiscibile cu apa și au puncte de fierbere ridicate la care aceste substanțe se pot descompune, se folosește descompunerea cu abur de apă. Acest tip de distilare se realizează prin trecerea vaporilor de apă supraîncălziți prin lichidul care este distilat.

D. cu vapori de apă este utilizat pe scară largă în toxicol, cercetare (vezi mai jos) și în farmacocol. și industria parfumurilor pentru producerea de uleiuri esențiale și ape aromatice.

Dacă substanța care se distilează are un punct de fierbere prea mare, distilarea se folosește în vid, care se bazează pe o scădere a punctului de fierbere atunci când presiunea deasupra lichidului distilat scade.

Pentru purificarea și separarea substanțelor cu mol mari. greutate (masă) care se descompun chiar și în timpul distilării în vid, se folosește molecular D. În acest caz, distilarea se efectuează la o presiune de 10 -3 -10 -4 mm Hg. Artă. și o temperatură mai mică decât punctul de fierbere al substanțelor care se distilează. Distanța de la suprafața de evaporare la suprafața de condensare ar trebui să fie mai mică decât calea liberă medie a moleculelor în condiții date. Temperatura suprafeței de condensare trebuie să fie cu 100° mai mică decât temperatura suprafeței de evaporare. Odată cu dizolvarea moleculară, lichidul nu fierbe, ci se evaporă de la suprafață. Prin urmare, pentru a elimina supraîncălzirea straturilor adânci de lichid, dispozitivul trebuie proiectat în așa fel încât grosimea stratului de lichid care se distilează să fie cât mai mică posibil. Astfel, la distilarea uleiului de pește, grosimea peliculei lichide este de 0,001-0,005 mm, ceea ce corespunde la 400-2000 de straturi monomoleculare, iar timpul de evaporare a acestuia este de cca. 0,001 sec. Modificarea compoziției vaporilor în raport cu compoziția lichidului este determinată de ratele diferite de evaporare ale componentelor distilate.

În dializa moleculară, spre deosebire de alte tipuri de fuziune, este posibilă separarea amestecurilor de componente care au același punct de fierbere.

Chimia moleculară este utilizată pe scară largă în purificarea și separarea substanțelor organice instabile termic, de exemplu, pentru a izola vitaminele din uleiul de pește și uleiurile vegetale.

Distilarea în studiile de toxicologie criminalistică

D. cu vapori de apă se utilizează în toxicol chimic. analiză pentru izolarea din biol, obiecte a diferitelor substanțe volatile: acizi cianhidric și unele carbonici, alcooli, eteri, aldehide, cetone, derivați de halogen, fenoli și acizi fenolici, hidrocarburi aromatice, compuși organoelementali, derivați ai nitrobenzenului și anilinei, compuși volatili ai fosforului , alcaloizi și alte substanțe.

Pentru a preveni pierderile de acid cianhidric în timpul unei astfel de distilare, prima fracțiune de distilat este colectată într-un recipient care conține soluție puternică alcalii, iar a doua și fracțiile ulterioare - în receptori separati. Prin D. cu vapori de apă din organele interne ale cadavrelor, biol, lichide, vărsături, produse alimentareși alte dovezi materiale, atât substanțele care sunt foarte solubile în apă, cât și substanțele care sunt practic insolubile în apă sunt izolate. Această tehnică este deosebit de avantajoasă la izolarea substanțelor care fierb la temperaturi ridicate sau se descompun în momentul fierberii. In timpul D. cu vapori de apa devin volatile si acele substante care se dizolva in apa in proportii diferite.

În toxicol criminalistic. D. fracționat este folosit și în cercetare.

Distilatori de apă

Distilatori Aqua (AD; fostul nume - aparat de distilare) sunt instalații destinate producerii de apă apirogenă (vezi apă apirogenă). Principiul de proiectare al diferitelor AD-uri este obișnuit: apa sursă este încălzită, adusă la fierbere, evaporată, iar apoi aburul se condensează și se răcește.

În secolul al XIX-lea pentru D. au folosit cuburi de distilare conservate, care au fost îmbunătățite continuu. Ca urmare, până la mijlocul secolului al XX-lea. aparatele de distilare ciclică și bidistiloarele au fost înlocuite cu echipamente continue, iar îmbunătățirea lor ulterioară se realizează pe calea creării de IM care consumă mai puțină căldură și sursă de apă, au un dispozitiv de separare eficient și sunt echipate cu dispozitive pentru crearea condițiilor aseptice pentru colectarea, depozitarea si alimentarea produsului rezultat la locurile de munca cu apa, elemente de automatizare a proceselor de obtinere, depozitare si sterilizare a apei apirogene. AD-urile moderne sunt instalații complexe formate din conditionatoare de apă, separatoare, condensatoare, frigidere, allonge (tuburi de tranziție la colector) și colectoare.

Majoritatea AD-urilor fabricate conțin un element structural încorporat în evaporator pentru încălzirea apei; o astfel de tensiune arterială se numește autonomă. IM care nu au un element structural încorporat în evaporator pentru încălzirea apei se numesc dependente.

IM poate conţine mai multe evaporatoare care funcţionează secvenţial; o astfel de tensiune arterială se numește în mai multe etape (cazurile speciale de tensiune arterială în mai multe etape sunt în două etape, în trei etape etc.). Cea mai mare distribuție în miere. practica a primit tensiune arterială într-o singură etapă. În majoritatea IM-urilor, condensarea aburului are loc la presiunea atmosferică. O astfel de tensiune arterială se numește atmosferică.

IM în care condensarea aburului se realizează în vid se numesc vid. În IM de compresie, condensarea aburului are loc la presiune în exces. În etapele individuale ale IM cu mai multe etape, condensarea aburului poate fi efectuată la diferite presiuni. Dacă condensarea aburului într-o etapă a IM se realizează la presiunea atmosferică, iar în cealaltă - în vid, atunci astfel de IM se numesc vid atmosferic. În cazul în care condensarea aburului în diferite etape se realizează secvenţial la presiune în exces şi atmosferică, IM-urile se numesc compresie-atmosferică.

Datorită faptului că compoziția apei sursei este diferită, AD-urile sunt echipate cu dispozitive de tratare a apei - conditionatoare de apă. În practică, se folosesc conditionatoare de apă magnetice, în care apa este preparată sub influența unui câmp magnetic; electrochimic aparate de condiționare a apei, în care apa este preparată folosind curent electric și diverse substanțe chimice. compuși și chimice conditionare de apa, tratarea apei in care se efectueaza chimicale. conexiuni.

Încălzirea și evaporarea apei în AD se realizează în evaporatoare. Aburul generat în evaporatoare conține întotdeauna o anumită cantitate de lichid sub formă de picături, ceea ce duce la contaminarea apei apirogene cu substanțe conținute în apa sursă. Principalele motive pentru formarea unor astfel de vapori sunt ruperea bulelor de pe suprafața oglinzii de evaporare, fragmentarea lichidului și spumarea apei sursei. În acest caz, se formează un număr mic de picături relativ mari și un număr mare de picături mici, care se ridică la o înălțime mare. Lupta împotriva picăturilor mari se realizează folosind alegerea corectăînălțimea spațiului de vapori și dimensiunea oglinzii de evaporare din evaporator. Picăturile mici transportate de abur sunt îndepărtate din acesta în separatoare AD.

În practică, se folosesc separatoare centrifuge, inerțiale, gravitaționale și combinate. În separatoarele centrifugale, se creează o mișcare de rotație a aburului separat și, sub influența accelerației, particulele de umiditate sunt eliberate intens din fluxul de abur. Separatoarele inerțiale au o suprafață mare de contact a aburului purificat cu pereții sau duza separatorului, pe care se depun picături de apă. În separatoarele gravitaționale, picăturile de apă cad din fluxul de abur sub influența gravitației. Separatoarele combinate folosesc două sau mai multe principii de separare, iar separarea în sine este de obicei realizată în etape.

Aburul purificat în separator intră în elementele structurale AD concepute pentru condensarea și răcirea apei apirogene. În practică, se folosesc condensatoare și frigidere diverse tipuri: cu suprafața de schimb de căldură formată de pereții aparatului; placa submersibila cu pereti netezi si nervurati.

Colectarea și depozitarea apei apirogene se realizează în colecții speciale. În mod obișnuit, se folosesc două tipuri de colectoare: cu și fără element structural pentru încălzirea și răcirea apei apirogene.

A fost stabilită o serie parametrică a tensiunii arteriale utilizate de miere. instituţiilor. Tensiunea arterială ar trebui să aibă o performanță de 1 - 1,5; 4; 10; 20 l/oră etc.

S-a determinat o serie parametrică de colecții - b, 16, 40, 100 și 250 l.

Bibliografie: Bagaturov S. A. Fundamentele teoriei și calculului distilării și rectificării, M., 1974, bibliogr.; Voskresensky P.I. Tehnologia de laborator, M., 1973; Zharov V. T. și Serafimov L. A. Fundamentele fizico-chimice ale distilării și rectificării, L., 1975, bibliogr.; Kasatkin A.G.Procedee și aparate de bază ale tehnologiei chimice, M., 1971, bibliogr.; Tsibikov V.B., Shvedov Yu.A. şi Belova O.I Metode de preparare a apei şi utilizarea lor pentru obţinerea apei distilate, Med. tehnologie, nr. 5, p. 36, 1971; Shvaikova M. D. Chimie toxicologică, p. 65, M., 1975; Shvedov Yu A. și Bogoudinov R. D. Demineralizator, Med. tehnologie, nr. 1, p. 35, 1969; Shvedov Yu.A., Meerkop G.E. și Sokolova A.F. Colecții pentru stocarea apei distilate sau demineralizate, Farmacia, nr. 4, p. 60, 1972.

V. A. Popkov; A. F. Rubtsov (judecata), Yu A. Shvedov (tehnic).

Distilare(din lat. distilare- picurare) - distilare, separarea amestecurilor lichide în fracții diferite ca compoziție. Procesul se bazează pe diferența de puncte de fierbere a componentelor amestecului.

Un exemplu binecunoscut de utilizare a apei distilate este umplerea bateriilor auto. Distilatoarele nu au găsit o utilizare pe scară largă în viața de zi cu zi.

Iar ideea aici nu este deloc că apa distilată este nepotrivită pentru băut. Nocivitatea unei astfel de ape din cauza lipsei de minerale „utile” din ea este, mai degrabă, o prejudecată înrădăcinată. Apa distilată are de fapt un nivel scăzut calități gustative, gustul său este adesea descris drept „mucegai”. Cu toate acestea, din punct de vedere al sănătății, nu există dovezi că apa distilată este de nebăut.

Utilizarea limitată a distilatorilor în viața de zi cu zi se explică prin următoarele motive:

În primul rând, distilatorii de uz casnic au o productivitate scăzută (aproximativ un litru pe oră).

În al doilea rând, în cazanul distilatorului se formează constant sedimente, calame etc., care trebuie curățate.

În al treilea rând, distilatorii emit căldură în cantități destul de semnificative.

În al patrulea rând, distilatorii consumă o cantitate semnificativă de energie electrică, ceea ce pentru multe aplicații face ca utilizarea lor să fie mai puțin rentabilă decât osmoza inversă (o metodă de purificare a apei în care apa trece printr-o membrană specială semi-permeabilă) sau demineralizarea folosind rășini schimbătoare de ioni.

Se face o distincție între distilarea cu condensarea aburului în lichid (în care condensatul rezultat are o compoziție medie datorită amestecării) și distilarea cu condensarea aburului în fază solidă (în care are loc o distribuție a concentrației componentelor în condensat). ). Produsul distilarii este un condensat sau un reziduu (sau ambele), in functie de substanta distilata si de scopul procesului. Părțile principale ale dispozitivului de distilare sunt un recipient încălzit (cub) pentru lichidul distilat, un condensator răcit (frigider) și o linie de abur încălzită care le conectează.

Poveste

Aplicație

Distilarea este utilizată în industrie și în practica de laborator pentru separarea și rafinarea substanțelor complexe: pentru separarea amestecurilor de substanțe organice (de exemplu, separarea uleiului în benzină, kerosen, motorină etc.; producerea de substanțe aromatice). în parfumerie; producția de alcool alcoolic) și pentru producerea de substanțe anorganice de înaltă puritate (de exemplu, metale: beriliu, zinc, magneziu, cadmiu etc.).

Teorie

Teoria distilării ia în considerare în primul rând substanțele cu două componente. Acțiunea de distilare se bazează pe faptul că concentrația unui anumit component într-un lichid diferă de concentrația sa în vaporii formați din acest lichid. Raportul = este o caracteristică a procesului și se numește coeficient de separare în timpul distilării. Coeficientul de separare depinde de natura componentelor separate și de modul de distilare.

Modurile de distilare se caracterizează prin temperatura de evaporare și gradul de abatere de la echilibrul fază lichid-vapor. De obicei, în procesul de distilare n = +, unde n este numărul de particule dintr-o substanță care trec pe unitate de timp de la lichid la vapori, este numărul de particule care se întorc de la vapori la lichid în același timp, este numărul de particule care trec la de data aceasta în condens. Raportul /n este un indicator al abaterii procesului de la echilibru. Modurile de limitare sunt cele în care =0 (starea de echilibru a sistemului lichid-vapori) și =n (modul de distilare moleculară).

La =0, ​​când numărul de particule care părăsesc lichidul pe unitatea de timp este egal cu numărul de particule care se întorc în același timp în lichid, coeficientul de separare de echilibru al unei substanțe cu două componente poate fi exprimat în termeni de presiune și pur componente la temperatura procesului: , unde și sunt așa-numitele coeficienți activități care țin cont de interacțiunea componentelor dintr-un lichid. Acești coeficienți au dependențe de temperatură și concentrație (vezi activitatea (chimie)). Pe măsură ce temperatura scade, coeficientul de separare se îndepărtează de obicei de unitate, adică eficiența separării crește.

La =n, toate particulele care se evaporă se transformă în condensat (modul de distilare moleculară). În acest mod, coeficientul de separare este , unde și sunt greutățile moleculare ale primei și, respectiv, celei de-a doua componente. Modul de distilare moleculară poate fi utilizat în diferite procese de distilare, inclusiv rectificare. De obicei, distilarea moleculară se efectuează în vid la presiune scăzută de vapori și cu suprafața de condensare aproape de suprafața de evaporare (care elimină ciocnirile particulelor de vapori între ele și cu particulele atmosferice). Metalele sunt distilate într-un mod apropiat de distilarea moleculară. Datorită faptului că coeficientul de separare în timpul distilării moleculare depinde nu numai de presiunile parțiale ale componentelor, ci și de masele lor moleculare (sau atomice), distilarea moleculară poate fi utilizată pentru a separa amestecuri pentru care, - amestecuri azeotrope, inclusiv amestecuri a izotopilor.

Pentru diferite moduri de distilare, s-au derivat ecuații care leagă conținutul celui de-al doilea component din condensat și reziduu cu fracția de distilare sau cu fracția de reziduu în condiții de proces date și o concentrație inițială de lichid cunoscută (, și sunt masa condensatului și reziduu, precum și masa inițială a substanței distilate). Calculele sunt efectuate în ipoteza amestecării ideale a lichidului distilat, precum și a condensatului lichid. De asemenea, se obțin ecuații de distribuție a componentelor în condensatul solid obținut prin distilare cu solidificare dirijată a condensatului sau distilare în zonă. Parametrul acestor ecuații este coeficientul de separare α pentru condiții de distilare date.

La distilarea unei substanțe cu o concentrație mare de componente cu condensarea vaporilor în lichid și o ușoară dependență a coeficienților de activitate ai componentelor de concentrațiile acestora, relația dintre valori și, atunci când se utilizează concentrații procentuale, are forma :

Pentru distilare cu condensarea aburului în lichid cu conținut scăzut de impurități

Ecuațiile de distilare pot fi utilizate pentru a descrie procesele de distribuție a impurităților în alte tranziții de fază dintr-o fază cu amestecare intensă (cum ar fi tranzițiile cristal lichid-cristal, cristal lichid-lichid, gaz-plasmă, precum și în tranzițiile asociate stărilor mecanice cuantice - superfluid). lichid , condensat Bose-Einstein) – la înlocuirea coeficienților de distribuție corespunzători în ele.

Distilarea cu condensarea aburului în lichid (distilare simplă, distilare fracționată, rectificare)

Distilare simplă- evaporarea parţială a amestecului lichid prin îndepărtarea continuă şi condensarea vaporilor rezultaţi în frigider. Condensul rezultat se numește distilat, iar lichidul neevaporat se numește funduri.

Distilarea fracționată(sau distilare fracționată) - separarea amestecurilor lichide multicomponente în părți care diferă ca compoziție - fracții prin colectarea condensului în părți cu volatilitate diferită, începând cu prima, îmbogățit cu o componentă cu punct de fierbere scăzut. Lichidul rămas este îmbogățit cu o componentă cu punct de fierbere ridicat. Pentru a îmbunătăți separarea fracțiilor, se folosește un condensator de reflux.

Rectificare- o metodă de distilare în care o parte din condensatul lichid (reflux) revine constant în cub, îndreptându-se spre aburul în contact cu acesta. Ca urmare a acestui fapt, impuritățile conținute în abur sunt parțial transferate la reflux și returnate în cub, în ​​timp ce puritatea aburului (și a condensatului) crește (vezi rectificarea, coloana de distilare).

Distilarea cu condensarea aburului în fază solidă (cu condensarea aburului într-un gradient de temperatură; cu solidificarea direcțională a condensatului; distilare în zonă)

Distilarea cu condensare a aburului într-un gradient de temperatură– un proces de distilare în care condensarea în fază solidă se realizează pe o suprafață cu un gradient de temperatură, cu reevaporarea repetată a particulelor de vapori. Componentele mai puțin volatile precipită la temperaturi mai ridicate. Ca rezultat, impuritățile sunt distribuite în condensat de-a lungul unui gradient de temperatură, iar cea mai pură parte a condensatului poate fi izolată ca produs. Separarea componentelor vaporilor în timpul reevaporării respectă propriile legi. Astfel, în timpul distilării moleculare, relația dintre cantitățile primului și respectiv al doilea component depuse în condensator este exprimată prin egalitate:

unde și sunt ratele de evaporare ale primei componente din topitură și, respectiv, de pe suprafața de reevaporare și sunt aceleași pentru a doua componentă și sunt coeficienții de condensare ai primei și, respectiv, celei de-a doua componente, μ este un coeficient în funcţie de suprafaţa de evaporare şi de unghiurile de evaporare şi reevaporare. Reevaporarea mărește eficiența purificării de la impuritățile cu volatilitate scăzută greu de îndepărtat de 2-5 ori și de la impuritățile foarte volatile cu un ordin de mărime sau mai mult (comparativ cu distilarea simplă). Acest tip de distilare și-a găsit aplicație în producția industrială de beriliu de înaltă puritate.

Distilarea cu solidificare direcțională a condensatului (distilarea cu extracția distilate)– un proces de distilare într-un recipient alungit cu topirea completă a substanței distilate și condensarea aburului în faza solidă pe măsură ce condensul este atras într-o zonă rece. Procesul este dezvoltat teoretic.

O distribuție neuniformă a impurităților are loc în condensul rezultat, iar cea mai pură parte a condensului poate fi izolată ca produs. Procesul este un analog de distilare al cristalizării direcționale normale. Distribuția impurităților din condensat este descrisă de ecuația:

unde C este concentrația impurității din distilat la o distanță x de la început, L este înălțimea condensatului când materialul distilat s-a evaporat complet.

Distilarea zonei- proces de distilare într-un recipient alungit cu topirea parțială a substanței fiind rafinată într-o zonă lichidă în mișcare și condensarea aburului în faza solidă pe măsură ce condensul iese în zona rece. Procesul este dezvoltat teoretic.

Când încălzitorul de zonă se deplasează de-a lungul recipientului de sus în jos, în recipient se formează condens solid cu o distribuție neuniformă a impurităților, iar cea mai pură parte a condensului poate fi izolată ca produs. Procesul se poate repeta de mai multe ori, pentru care condensul obtinut in procesul anterior trebuie mutat (fara a se intoarce) in partea inferioara a recipientului in locul substantei care se rafina. Distribuția neuniformă a impurităților în condens (adică, eficiența curățării) crește odată cu numărul de repetări ale procesului.

Distilarea zonei este analogul de distilare al recristalizării zonei. Distribuția impurităților în condensat este descrisă prin ecuațiile cunoscute ale recristalizării zonei cu un număr dat de treceri de zonă - la înlocuirea coeficientului de distribuție k pentru cristalizare cu coeficientul de separare α pentru distilare. Deci, după o trecere a zonei

unde C este concentrația de impurități din condensat la distanța x de la începutul condensului, λ este lungimea zonei lichide.

Vezi de asemenea

Literatură

• Devyatykh G.G., Elliev Yu.E. Introducere în teoria epurării profunde a substanțelor. - M.: Nauka, 1981. - 320 p.
• Devyatykh G.G., Elliev Yu.E. Purificarea profundă a substanțelor. - M.: Şcoala superioară, 1974. - 180 p.
• Stepin B.D., Gorshtein I.G., Blum G.Z., Kurdyumov G.M., Ogloblina I.P. Metode de obţinere a unor substanţe anorganice deosebit de pure. - L.: Chimie, 1969. - 480 p.
• Koryakin Yu.V., Angelov I.I. Produse chimice pure. Ghid pentru prepararea reactivilor si preparatelor anorganice in laborator. - M.: Chimie, 1974. - p.
• Belyaev A.I. Fundamentele fizico-chimice ale epurării metalelor și substanțelor semiconductoare. - M.: Metalurgie, 1973. - 320 p.
• Pazukhin V.A., Fisher A.Ya. Separarea și rafinarea metalelor în vid. - M.: Metalurgie, 1969. - 204 p.
• Ivanov V.E., Papirov I.I., Tikhinsky G.F., Amonenko V.M. Metale pure și ultrapure (obținute prin distilare în vid). - M.: Metalurgie, 1965. - 263 p.
• Nesmeyanov A.N. Presiunea de vapori a elementelor chimice. - M.: Editura Academiei de Științe a URSS, 1961 - 320 p.
• Kravchenko A.I. De dependența de timp a compoziției unui aliaj binar în timpul accelerării sale în vid // Izvestia a Academiei de Științe a URSS. Seria: Metale. - 1983. - Nr. 3. - P. 61-63.
• Kravchenko A.I. Despre ecuațiile de distilare pentru conținut scăzut de impurități // Questions of Atomic Science and Technology, 1990. - Nr. 1 - Seria: „Nuclear Physical Research” (9). - pp. 29-30.
• Niselson L.Ya., Yaroshevsky A.G. Coeficienții de distribuție a interfazelor (echilibre cristal-lichid și lichid-vapori). - M.: Nauka, 1992. - 399 p.
• Kravchenko A.I. Rafinarea substanţelor simple: eficienţa metodelor de distilare // Materiale funcţionale, 2000 - V.7. - N. 2. - P. 315-318.
• Kravchenko A.I. Ecuația distribuției impurităților în distilat solid // Materiale anorganice, 2007. - T. 43. - Nr. 8. - P. 1021-1022.
• Kravchenko A.I. Eficienţa epurării în procesele de distilare şi cristalizare // Materiale anorganice, 2010. - T. 46. - Nr. 1. - P. 99-101.
• Kravchenko A.I. Distilarea cu extracție cu distilat // Întrebări de știință și tehnologie atomică, 2008. - Nr. 1 - Seria: „Vid, materiale pure, supraconductori” (17). - pp. 18-19.
• Kravchenko A.I. Distilarea zonei // Întrebări de știință și tehnologie atomică, 2011. - Nr. 6 - Seria: „Vid, materiale pure, supraconductori” (19). - pp. 24-26.
• Kravchenko A.I. Despre distribuția impurităților în timpul tranzițiilor de fază dintr-o fază cu amestecare ideală // Questions of Atomic Science and Technology, 2011. - Nr. 6 - Seria: „Vid, materiale pure, supraconductori” (19). - pp. 27-29.
• GOST 2177 (ASTM D86)

Galerie

Distilarea este o metodă de separare și rafinare a diferitelor substanțe prin distilare și evaporare. Cel mai adesea, substanțele formate din două componente se pretează la acest proces. Exemple cunoscute: separarea uleiului,distilarea alcoolului, crearea de parfumuri. Oamenii de știință disting între produse lichide și solide care produc distilare - reziduuri sau condens. Până în secolul al X-lea se distilau doar uleiurile esențiale.

Ce este distilarea alcoolului?

Distilarea este folosită în industrie pentru a separa diferite lichide. Distilarea alcoolului este separarea alcool etilic din produse care conțin alcool. Acest proces evaporă compușii volatili din amestecul care a suferit procesul de fermentație.

Procesul principal este construit în două etape:

1. Lichidul este transformat în vapori prin procesul de distilare.
2. Aburul rezultat se condensează. După procesul de răcire devine din nou lichid.

Alcoolul tinde să se evapore rapid, ceea ce se datorează punctului său de fierbere de +78C. Apa se evaporă mai lent deoarece fierbe la 100C. După evaporare are loc procesul de condensare.

De fapt, distilarea se poate face acasă. În termeni simpli, aceasta se numește „distilare”. Iar la ieșirea din dispozitiv vine lumina lunii. Există o mulțime de oameni care îl fac și îl folosesc. Cu toate acestea, acest lucru nu este recomandat. Anterior, nu a fost folosit pentru consum în organism, ci a fost creat ca o substanță inflamabilă.

Atenţie! Moonshine este o băutură tare care conține substanțe și rășini dăunătoare pentru organismul uman, deși este considerat un produs de înaltă calitate.

Coniacul, tequila și absintul sunt în esență aceeași lumină de lună. După procesul de distilare, acestea au fost înzestrate cu aromă și savoare. Pentru a face această băutură, puteți folosi nu numai piure de drojdie. Fructe, cereale (hrișcă, orez), castane, chiar pasta de tomate si cartofi!

Acasă puteți face nu numai luciu de lună, ci chiar și absint

În ciuda faptului că strălucirea lunii este periculoasă pentru sănătate, în Rusia producția sa a fost mult timp un capriciu al aristocraților. Iar prima rețetă datează din secolul al VI-lea!

Astăzi, oricare dintre noi are ocazia să facă moonshine acasă, deoarece aparatul pentru producerea sa este foarte simplu și constă din trei părți:

• recipient pentru materii prime. Produsul brut este turnat într-un recipient în formă de balon. Procesul începe cu încălzirea sa, pentru care un element de încălzire este situat dedesubt. Pentru a controla procesul, trebuie să cunoașteți temperatura. Pe balon este instalat un termometru, ale cărui citiri trebuie monitorizate;
• a doua parte este un tub care leagă primul recipient de al doilea. Pentru ca procesul de răcire să aibă loc, acesta este îndreptat în jos. Deci aburul curge în stare lichidă într-un alt recipient.
• alcoolul se depune în al treilea compartiment al aparatului. Acest balon este mai mic ca dimensiune decât primul și este situat mai jos.

Procesul trebuie oprit în momentul în care alcoolul se evaporă și în recipient rămâne doar apă.

Tipuri de distilare

Distilarea alcoolului este împărțită în mai multe tipuri:

• simplu;
• fracțională;
• rectificare.

Distilarea simplă este prima parte a distilării fracționate. Dar cel din urmă tip are diferențe semnificative față de primele două, deoarece rezultatul este un produs care nu numai că are o compoziție și o tărie de calitate superioară, ci este folosit și la prepararea altor băuturi alcoolice.

Simplu

Metoda simplă de distilare nu a fost folosită anterior pentru a produce alcool. Vechii egipteni făceau vopsea din struguri stricați și alte fructe.

Procesul constă din mai multe etape:

1. Distilarea alcooluluiîncepe cu prepararea piureului. Cea mai populară rețetă implică drojdie și sirop de zahăr. Drojdie dizolvata (dizolvata in apa nu mai mult de 30C) cu sirop de zahar se lasa cam 7 zile.
2. După o săptămână, piureul rezultat este turnat în aparatul de distilare.
3. În primul recipient are loc procesul de evaporare.
4. Aburul se condensează și se transformă în stare lichidă.

Factional

Un tip de distilare care include câteva etape se numește fracționat.

În timpul procesului de distilare, alcoolul este împărțit în fracțiuni, care sunt apoi îmbuteliate separat.În distilare cu etanolprima și a treia fracție sunt eliminate.

În prima parte a procesului, se formează un distilat, care se numește „cap”.

Important! Această parte a lichidului rezultat este foarte concentrată și conține substanțe nocive. Principala caracteristică a „capului” este un miros neplăcut, înțepător. Daunele pot apărea nu numai atunci când un astfel de lichid este ingerat, ci și atunci când ajunge pe piele sub forma unei arsuri chimice. Acest lichid nu este folosit nici măcar în viața de zi cu zi trebuie aruncat imediat.

În timpul distilării, alcoolul trebuie împărțit în fracțiuni

A doua fracție nu are un astfel de miros, se numește „corp”. Deoarece rezultatul este de înaltă calitate, ar trebui să fiți deosebit de atenți la etapa de rulare. Temperatura în timpul rulării nu trebuie să fie mai mare de 95C. Se formează un lichid cu o putere de 35-45%, care nu conține componente dăunătoare și nu este dăunător sănătății.

Toate impuritățile rămân în ultima fracțiune „coadă”. Ca și capul, are un miros puternic neplăcut. Dacă a treia fracțiune intră în cea din mijloc, atunci întregul lichid va fi nepotrivit pentru consum. Prin urmare, este imperativ să monitorizați procesul de distilare și să aveți grijă.

Ultima facțiune este periculoasă, dar reluarea ei este permisă. Dar „capul” este folosit maxim pentru aprinderea lemnului de foc.

Avantajele distilării în mai multe etape

În procesul de distilare în mai multe etape, o parte a amestecului este condensată, iar cealaltă intră în altă parte a aparatului, unde procesul de condensare are loc parțial.

Aparat pentru distilare în mai multe etape - un întreg sistem:

1. O pereche de aburi;
2. 4-15 barbotoare.

Distilarea în mai multe etape este un proces mai complex

Aceste părți sunt conectate printr-un cub de distilare și un frigider.

Un aparat de aburi umed sau barbotator este un recipient sigilat cu două orificii în capac. Un tub lung este introdus în primul și doar puțin nu ajunge la fund. A doua gaură cu tub mai scurt.

Aparatul cu aburi este o parte similară. Cu toate acestea, lungimea ambelor tuburi este aceeași.

Principiul de funcționare este următorul: după încălzirea piureului, vaporii acestuia cad prin țeavă până la fundul vaporizatorului umed. Aici are loc condensul. Imediat, o parte din alcool se transformă din nou într-un gaz și părăsește recipientul printr-o țeavă scurtă.

Un proces similar are loc într-o baie de aburi. Dar din cauza conductei scurte, alcoolul în stare gazoasă nu trece prin lichid. Acest lucru necesită mai puțin timp.

Din barbotor, alcoolul în stare gazoasă intră în răcitor. Rezultatul este 90% luciu de lună.

Mulți oameni cred în mod eronat că această metodă ajută la producerea aceluiași produs de calitate ca și rectificarea în producție. Dar această părere este greșită. Dacă procesul nu este organizat corect, la ieșire se poate forma un lichid mai periculos decât în ​​timpul distilării convenționale. Cu toate acestea, există mulți susținători ai distilării în mai multe etape, iar acest lucru este justificat de o serie de avantaje:

• dacă sunt respectate regulile de distilare, calitatea produsului rezultat va fi semnificativ mai mare decât lumina obișnuită;
• Puterea produsului din această metodă este mai mare.

Ce este rectificarea alcoolului?

Coloana de distilare

Coloanele de distilare au fost create în 1867, iar scopul lor principal a fost producerea de alcool de 96%. Mai târziu au început să producă „vin de masă”, care mai târziu a fost numit vodcă.

Produs atunci când este necesar alcool de calitate superioară. Caracteristica sa principală este alcoolul acestei metode de distilare de calitate superioara si este folosit la producerea bauturilor tari.Cantitatea de impurități rectificatemai puțin decât cel al strălucirii lunii obișnuite.

Baza procesului este separarea amestecului prin schimb de căldură.

Este imposibil să efectuați un astfel de proces acasă, deoarece implică utilizarea unui aparat special. Această metodă de distilare are mai multe etape:

• balonul cu luciu de lună se încălzește și se aduce la fierbere;
• se formează abur și se ridică în condensatorul de reflux;
• răcirea cu apă provoacă condens;
• lichidul rezultat curge în balon;
• Procesul de schimb de căldură produce abur și lichid, care se scufundă. Ei interacționează în mod constant.
• Ca urmare, substanțele din partea de sus se transformă în condens și curg în jos.

Există o concepție greșită că rectificarea este pur și simplu distilare repetată. Dar în realitate nu este cazul. Este important să rețineți că piureul nu este folosit pentru rectificare. După distilare, se formează alcool 40%, care este utilizat pentru rectificarea ulterioară.

Ce metodă este mai bună: distilare sau rectificare

Răspundeți fără ambiguitate la întrebarea „Care metodă este mai bună?” dificil, deoarece fiecare metodă are propriile sale dezavantaje și avantaje. Alegerea metodei de distilare depinde de ce produs trebuie obținut la ieșire.

Desigur, rectificarea promite o băutură de calitate superioară, care nu este atât de periculoasă pentru sănătate. Dar metodele de preparare a unor băuturi alcoolice obligă să recurgă la mod simplu distilare. Acest lucru se datorează particularităților metodelor de distilare.

Rectificarea elimină produsul final de mirosul și gustul bazei sale originale. Este perfect pentru vodcă. În unele cazuri, acest lucru este inadecvat. Deci, dacă se produce coniac, se folosește distilare, deoarece aceasta băutură alcoolică Trebuie sa aiba mirosul materiilor prime din care este facuta nu poate fi lipsita de aroma si gustul ei.

La fel de importantă este păstrarea continuă a alcoolului. Dacă este produs prin distilare, va supraviețui depozitării într-un butoi de lemn. Rectificarea implică doar o diluare suplimentară. Produsele de distilare pot fi depozitate în aproape orice condiții. Acest lucru ajută la producerea de coniac.

Distilarea prin distilare este mai puțin costisitoare. În primul rând, se face într-o singură etapă și nu necesită mult efort sau timp. În timp ce rectificarea implică două procese, ceea ce mărește consumul și timpul. În al doilea rând, aparatul pentru distilare simplă are un design mai simplu și este, de asemenea, mai accesibil. Pentru a finaliza procesul de rectificare, trebuie să faceți o distilare primară.

Rectificare și distilare - două complet moduri diferite producerea de alcool lichid, în ciuda asemănării lor. Produsul final al acestor procese este diferit și este utilizat în scopuri diferite.