Перегонка - способ разделения или очистки веществ, основанный на различных температурах кипения.

В зависимости от свойств компонентов разделяемой смеси и разницы в их температурах кипения применяют различные типы и способы перегонки. Так, если целью перегонки является очистка вещества от практически нелетучих примесей, прибегают к простой перегонке. Примером может служить перегонка водопроводной воды с целью очистки от растворенных в ней минеральных солей, приводящая к получению дистиллированной воды. Частным случаем простой перегонки является перегонка с паром. Если при нагревании смеси два или большее число компонентов переходят в парообразное состояние, для их разделения приходится прибегать к фракционной перегонке. Оба вида перегонки - простая и фракционная - могут быть проведены как при атмосферном, так и при пониженном давлении (вакуум-перегонка).

Перегонке могут подвергаться не только жидкие, но и твердые при комнатной температуре вещества. По сравнению с перекристаллизацией перегонка дает, как правило, более высокий выход чистого продукта при меньших затратах времени.

С помощью перегонки в лабораторных условиях за одну операцию можно, например, легко очистить до килограмма вещества, тогда как для перекристаллизации такого же количества продукта требуется либо разделить его на несколько порций, либо применить громоздкую аппаратуру, что не всегда удобно. В отличие от перекристаллизации перегонка может быть использована для очистки сильно загрязненных соединений, в том числе для выделения продуктов непосредственно из реакционной массы. Наконец, перегонка не связана с затратами каких-либо вспомогательных веществ, например адсорбентов или органических растворителей.

С другой стороны, перегонка не является универсальным методом очистки. Многие вещества разлагаются при температуре кипения даже при пониженном давлении.

Если у жидкостей близкие температуры кипения, их разделение в лабораторных условиях очень трудоемко и требует применения эффективных ректификационных колонн, которые имеются далеко не в каждой лаборатории. Однако, даже если различие в температурах кипения велико, перегонка по всегда обеспечивает полное разделение. На это следует обратить особое внимание. Начинающие работники нередко считают, что перегонка автоматически гарантирует удаление всех примесей пз вещества. Между тем, на практике встречаются нераздельнокипящие (азеотропные) смеси. Так, например, этиловый спирт ire может быть полностью освобожден от воды перегонкой при атмосферном давлении, хотя разница в их температурах кипения более 20 °С. При попытке отогнать спирт от воды в приемнике будет собираться смесь, содержащая 95,6% (масс.) спирта и 4,4% поды. Довольно распространенное явление, мешающее перегонке,- способность некоторых высококппящих веществ перегоняться с парами других веществ. В то же время это свойство используют для эффективной очистки высококппящнх веществ, например при перегонке с водяным паром.

Из сказанного следует, что прибегать к перегонке можно, только составив полное представление о природе возможных примесей и их относительной летучести. Во многих случаях вещество может быть получено с меньшими затратами труда и в более чистом виде, если перегонку совместить с другими методами очистки. Например, технический этилацетат в качестве основных примесей содержит этиловый спирт, уксусную кислоту и воду. В соответствии с этим один из возможных методов его очистки включает в себя обработку хлоридом кальция для поглощения спирта и большей части воды, обработку безводным поташом для удаления следов кислоты и дальнейшей сушки, выдержку над цеолитами для окончательной сушки и, наконец, перегонку для освобождения от возможных нелетучих примесей.

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.

Перегонка, или дистилляция - процесс разделения жидких смесей на отличающиеся по составу фракции.

Она основана на различии при кипении составов жидкости и образующегося из нее пара. Простую перегонку осуществляют путем однократного частичного испарения жидкости и последующей конденсации пара. Отогнанная фракция (дистиллят) обогащена относительно более летучим (низкокипящим) компонентом, а остаток неотогнанной жидкости - менее летучим (высококипящим).

Область применения.

Если разделяемые соединения лишь незначительно отличаются по своей летучести, то их невозможно удовлетворительно разделить при однократном испарении и конденсации, т. е. простой перегонкой. В таких случаях процесс испарения и конденсации следует повторять многократно (реактификация, фракционная перегонка).

При выборе необходимого метода разделения можно руководствоваться следующим эмпирическим правилом: простая однократная перегонка может применяться в тех случаях, когда температуры кипения разделяемых соединений отличаются более чем на 80°С.

Простую перегонку целесообразно применять для жидкостей с температурой кипения от 40 до 150°С , так как выше 150°С многие соединения уже заметно разлагаются, а жидкости с температурой кипения 40 °С нельзя перегнать без значительных потерь в обычных приборах.

Жидкости, кипящие выше 150°С, целесообразно перегонять под уменьшенным давлением. Во многих случаях для этого вполне достаточно вакуума водоструйного (8-15 мм рт. ст.) или ротационного масляного (0,01 - 1 мм рт. ст.) насоса. В случае небольших количеств смеси иногда бывает допустима перегонка с воздушным холодильником.

Некоторые соединения не выдерживают длительного нагревания, поэтому их также следует перегонять при небольшом разрежении (например, метилвинилкетон).

Сбор установки для простой перегонки.

На рис.1 изображен простейший прибор для проведения перегонки. Все разъемные элементы в данной установке соединяются между собой резиновыми пробками с просверленными отверстиями. В настоящее время соединения такого типа используются в основном при обучении начинающих химиков.

При сборе установки следует придерживаться следующего порядка:

1. Выбрать подходящую перегонную колбу с таким расчетом, чтобы перегоняемая жидкость занимала не более 2/3 ее объема. В противном случае при интенсивном кипении возможен выброс горячей жидкости из колбы в приемный сосуд. В изображенной установке используется круглодонная колба Вюрца с трубкой для отвода паров.
2. С помощью лапок на подходящей высоте закрепить перегонную колбу на штативе. Напомним, что лапки штатива обязательно должны иметь резиновые или силиконовые прокладки в местах крепления со стеклом.
3. Выбрать подходящий холодильник для конденсации паров и к нему присоединить два резиновых шланга: один для ввода охлаждающей жидкости, другой для ее отвода. (см. рис.1) Для облегчения соединения внутреннюю поверхность шланга можно смочить водой.
4. На втором штативе (стоящем в стороне) закрепить холодильник под тем же углом, что и у отводной трубки колбы Вюрца, и поднять на необходимую высоту.
5. Присоединить холодильник к отводной трубке перегонной колбы. Эта операция у начинающих часто вызывает определенные затруднения и нередко приводит к поломке отводной трубки колбы Вюрца. Для остожного присоединения советуем поступить так: ослабить крепление лапки с холодильником и передвинуть холодильник до закрепления с отводной трубкой. В случае необходимости корректировки угла наклона следует также ослабить крепление лапки с муфтой.
6. Присоединить один шланг к крану для подачи охлаждающей жидкости, а другой опустить в раковину для ее отвода. Охлаждающая жидкость всегда подается в рубашку холодильника снизу вверх (см. рис.1 стрелка вниз-для входа воды, стрелка вверх - для ее отвода ). В противном случае заполнение рубашки холодильника будет неполным, что в процессе перегонки приведет к образованию местных перегревов и поломке холодильника.
7. Подать воду в рубашку холодильника. Интенсивность тока жидкости не должна быть слишком высокой.
8. К холодильнику присоединить алонж - изогнутую трубку для отвода конденсата.
9. Подставить колбу-приемник.
10. Выбрать подходящий термометр и закрепить его в горловине колбы Вюрца. Нижний конец термометра должен располагаться немного ниже отверстия отводной трубки, т.е. ртутный шарик в процессе перегонки должен постоянно омываться парами кипящей жидкости.
11. Под перегонную колбу подставить жидкостную баню (как правило водяную) с нагревательным прибором. (чаще всего электрическую плитку). Баню следует подбирать так, чтобы ее диаметр был больше диаметра нагревательной поверхности плитки. В случае пролива перегоняемой жидкости (часто горючей) баня предохранит ее от воспламенения.
12. Снять термометр и с помощью воронки аккуратно перелить в колбу Вюрца перегоняемую жидкость.
13. Кинуть в колбу несколько кипелок - маленьких осколков фарфоровой посуды, кусочков кирпича или гранул цеолита. При нагревании жидкости они выделяют пузырьки воздуха, которые становяться центрами кипения и обеспечивают его равномерность и отсутствие толчков.
14. Включить нагрев.

Гораздо чаще элементы установок соединяются между собой с помощью шлифов, а колба Вюрца заменяется обычной круглодонной колбой к которой присоединяются насадки для перегонки различных типов.

Рис.2 Установка на шлифах для перегонки.

1 - перегонная колба; 2 - насадка Вюрца; 3 - водяной холодильник (Либиха); 4 - алонж с отводом; 5 - приемный сосуд; 6 - хлоркальциевая трубка. 7 и 8 - резиновые шланги для подачи и слива охлаждающей воды; 9 - жидкостная баня; 10 - электроплитка с закрытым нагревательным элементом; 11 - кипелки; 12 и 13 - термометры для контроля температуры жидкостной бани и паров перегоняемой жидкости; 14 - асбестовая теплоизоляция; 15 - стальные пружинки или резиновые колечки для укрепления шлифов; 16 - держатели (лапки); 17 - кольцо, поддерживающее приемный сосуд; 18 - подъемный "столик-подставка; 19 - передвижная монтажная рама, изготовленная из двух штативов.

Традиционная установка для перегонки не является единственно возможной. С точки зрения техники безопасности в некоторых отношениях предпочтительна установка, изображенная на рис.3.

Благодаря большей компактности она может быть закреплена на одном штативе вместо двух. Это обстоятельство дает возможность быстро убрать или передвинуть установку вместе со штативом, что особенно ценно в аварийных ситуациях

Рис.3 Установка для простой перегонки с вертикальным расположением холодильника.

1 - перегонная колба с отводом; 2 - переход с двумя горловинами; 3 - холодильник со змеевиковым охлаждением (Димрота); 4 - держатели (лапки); 5 - приемная колба; 6 - хлоркальциевая-трубка (при перегонке абсолютных растворителей)

Проведение перегонки. Краткие замечания.

Для лучшего представления о процессе перегонки можно начертить кривую зависимости температуры кипения от объема отогнанного дистиллята (рис.4).

Участок ab на кривой перегонки характеризует отгон промежуточной фракции, а участок bc - отгонку основного вещества. Объем промежуточной фракции тем меньше, чем больше разница в температурах кипения разделяемых жидкостей.

При проведении простой перегонки необходимо обратить внимание на следующие моменты:

• Для эффективного разделения веществ следует поддерживать не слишком высокую скорость перегонки. Нормальной считается скорость, при которой из холодильника стекает примерно 1 капля конденсата в 2-3 с.
• Необходимо следить за температурой бани, не допуская ее перегрева. Рабочая температура бани должна превышать температуру кипения перегоняемой жидкости примерно на 20-30°С.
• Если температура кипения жидкости превышает 100°С, то рекомендуется применение масляных бань. В лабораторной практике нагрев таких жидкостей часто производят непосредственно с помощью электоплиток, т.н. воздушных бань . В случае горючих жидкостей такой метод применять недопустимо.
• Необходимо постоянно следить за работой холодильника. В случае, если в холодильнике происходит неполная конденсация паров, о чем свидетельствует нагревание форштоса холодильника и алонжа, следует немедленно уменьшить интенсивность кипения, слегка опустив баню или добавив в нее немного холодного теплоносителя. Особенно опасно внезапное прекращение подачи воды в холодильник вледствне снижения напора воды в сети или перегиба резинового шланга. В этом случае пары перегоняемой жидкости в большом количестве попадают в атмосферу.
• Если в ходе перегонки появляется необходимость в замене приемного сосуда, то, во избежание попадания паров перегоняемой жидкости в атмосферу, следует прекратить обогрев и дождаться прекращения кипения.
• Иногда при длительной перегонке появляется необходимость замены кипелок. Нельзя добавлять свежие кипелки в кипящую жидкость. При этом неизбежно происходит бурное ее вскипание и выброс из колбы. Сперва необходимо опустить нагревательную баню и дать возможность жидкости охладиться на несколько градусов ниже температуры ее кипения. После добавления свежих кипелок можно возобновлять нагревание и продолжать перегонку.
• Следует строго следить за тем, чтобы внутреннее простанство приборов не предназначенных для работы под давлением, всегда было соединено с атмосферой.
• Разборку установки производят только после полного ее охлаждения.

Алкоголь может принести удовольствие только в том случае, если он качественный. А хорошего качества можно добиться, применяя верные методы его получения. Поэтому каждому начинающему самогоновару необходимо знать всё про дистиллят и ректификат, дабы создать поистине хороший алкогольный продукт.

Дистилляция алкоголя

Есть такое выражение «гнать самогон» - на самом деле это и есть дистилляция (по-другому её называют «перегонкой»). В ходе этого процесса из перебродившей смеси под воздействием высоких температур испаряются летучие соединения (пары), которые впоследствии оседают и образуют самогон. Иногда дистилляция идёт перед ректификацией, а не только как самостоятельный процесс.

Сам аппарат для перегонки довольно прост:

• Первый отсек – большая ёмкость в форме колбы, куда заливается сырьё. Наверху находится термометр для измерения температуры. Под колбой располагается источник тепла для нагрева.
• Вторая часть аппарата – змеевидная полая трубка, соединяющая первый и второй отсек. Она исходит из первой колбы под уклоном вниз, чтобы пары могли охлаждаться и, превращаясь в жидкость, каплями спадать вниз. По-другому эту часть называют «конденсатор».
• Третья часть – колбочка поменьше, находящаяся на уровне ниже, чем первый отсек перегонного аппарата. Вход в неё – через полую трубку. В этом отсеке спирт оседает.

За дистилляцией нужно следить: как только в первой колбе испарится весь спирт и останется вода, необходимо прекратить процесс. Сигналом к этому станет увеличение температуры в конденсаторе.

Выделяют 2 вида перегонки:

• простая (в один этап);
• фракционная (в несколько этапов).

По сути, простая перегонка – первый этап фракционной в результате которой получается первый выход спирта. При простой перегонке он смешивается с остальным спиртом, а при фракционной первые граммы отделяются.

Простая дистилляция

Первые 100 г дистиллята называют «головой». Важно помнить, что они непригодны для употребления из-за высокой крепости и большой концентрации вредных соединений (альдегиды, эфиры и пр.) и отличаются сильным запахом. Опытные самогоновары это знают и сливают первые 100 г в раковину или используют в бытовых целях.

Однако иногда примеси не удаляют, и такой вид дистилляции – простой. В конечном спирте остаётся запах и привкус сырья, из которого была изготовлена брага. Как правило, для создания приятной ауры напитка, его ароматизируют:

• бренди, ром и коньяк настаиваются в дубовых бочках;
• для изготовления джина добавляют миндаль и кориандр.

Некачественный алкоголь содержит химические ароматизаторы, чем отличается нерадивый производитель. Это частая практика недорогих алкогольных напитков, так как химия – дешевле, чем натуральные ингредиенты или долговременная выдержка в бочке. Таких напитков лучше избегать, так как они вреднее.

Фракционная дистилляция

Как известно, вода закипает при 100˚C, а спирт – при 78˚C, поэтому пар от спирта образуется быстрее, чем пар от воды. При охлаждении пар превращается в жидкость и оседает. Для более чистой перегонки дистилляцию повторяют многократно – в чем и состоит основа фракционной дистилляции: разные ёмкости для разных жидкостей. Фракции разделяются по объёму браги, температуре и крепости. Выделяют 3 типа фракций:

• Головная (первач), о которой писалось выше. Её не используют из-за неприятного запаха и вредных веществ. Её отбор проводится по температуре и процентам спирта по каплям.
• Средняя (тело самогона). Эта жидкость почти не имеет цвета и запаха, отсекается по высокой температуре (90–95˚C) и крепости (35–40˚).
• Хвостовая. Её основное отличие - резкий запах, который придают ей сивушные масла. Нельзя допускать её попадания в основную часть самогона – в тело.

Качественный самогон принято очищать углём и повторно дистиллировать – медленнее, чем в первый раз. Важно соблюдать чёткое разделение на фракции, чтобы насладиться хорошим результатом.

Помните: если нужно получить чистый спирт, то не рекомендуется использовать метод перегонки. У конечного продукта в любом случае останется несильный аромат первоначального сырья.

Ректификация: описание и назначение

Дистиллят и ректификат отличаются спецификой конечного продукта: в процессе ректификации можно получить чистый ректификованный спирт, поэтому его используют для производства водки.

Ректификационная колонна несколько сложнее дистиллятора, ведь необходимо непросто отделить спирт, но и очистить его от примесей: сивушных масел, метанола, ацетона, вкуса и запаха.

Важно помнить, что ректификация спирта – это не повторная дистилляция. Сам процесс имеет несколько этапов:

1. Отсек с самогоном нагревается и доводится до кипения.
2. Пары поднимаются по ректификационной колонне в дефлегматор, где оседает, охлаждаясь водой.
3. В результате конденсации образуется флегма, которая стекает обратно по колонне.
4. Флегма и пар взаимодействуют – происходит теплообмен. Легкокипящие вещества концентрируются на самом верху и оседают в специальной ёмкости.

Если сравнивать ректификат и дистиллят, то обычно разница отмечается в чистоте спирта. При ректификации на выходе получается чистый 96% спирт.

Важно: для получения ректификата подходит только 40% спирт после первичной дистилляции, а не брага.

Какой метод лучше?

Дистилляция и ректификация спиртосодержащей жидкости хороши по-своему. Например, если необходимо получить напиток с ароматом и вкусом первоначального сырья (например, коньяк и бренди), то стоит применять дистилляцию. От ректификации такие особенности напитка потеряются.

Различия кроются и в дальнейшем использовании полученного спирта. Так, дистиллированный спирт вполне можно поместить в дубовую бочку, после чего он получит приятный аромат. Выдержанный в бочках алкоголь особенно высоко ценится. Ректифицированный же спирт не получит должных свойств – он пригоден только для разведения.

Стоит отметить, что ректификация спирта стоит дороже в силу стоимости оборудования. А также необходима первоначальная дистилляция браги – а это сказывается на временных затратах. В вопросе, что лучше выбрать дистиллят или ректификат, нужно руководствоваться собственным опытом и преследуемыми целями.

Сложно сказать, что востребованней: дистиллят или ректификат, так как это зависит от дальнейшего назначения спирта. Тем не менее какой бы способ ни был выбран, нужно чётко следить за выполнением каждого этапа получения спирта, чтобы продукт получится качественным. А также нельзя экономить на оборудовании – более дорогие дистилляторы и ректификационные колонны дадут лучший результат. Если сложно самостоятельно определить, что было бы уместнее: традиционная дистилляция или ректификация, и разобраться, что лучше, то рекомендуется обратиться за помощью к специалисту.

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.