Дистилляция что это: Дистилляция. Справка — РИА Новости, 11.12.2009

Содержание

Дистилляция. Справка — РИА Новости, 11.12.2009

Определенная роль в совершенствовании процесса дистилляции принадлежит алхимикам средневековья, но наибольшее развитие она получила в конце 19 – начале 20 веков в связи с внедрением в промышленности (спиртовой, нефтеперерабатывающей и др.) высокопроизводительных колонных аппаратов.

В зависимости от физических свойств компонентов разделяемых жидких смесей применяют различные способы дистилляции.

Простая дистилляция проводится частичным испарением кипящей жидкой смеси, непрерывным отводом и последующей конденсацией образовавшихся паров. Так как пары над кипящей жидкой смесью содержат низкокипящих компонентов больше, чем жидкость, то конденсат (называемый дистиллятом) обогащается, а неиспарившаяся жидкость (кубовый остаток) обедняется ими. При простой дистилляции содержание низкокипящих компонентов в паровой и жидкой фазах непрерывно падает. Поэтому состав дистиллята меняется во времени. Простая дистилляция – периодический процесс.

Для ускорения процесса применяют полунепрерывную дистилляцию, при которой в дистилляционный куб непрерывно поступает исходная смесь, равная массе уходящих паров.

Фракционная дистилляция, называемая также дробной перегонкой, – одна из разновидностей простой дистилляции. Такую дистилляцию применяют для разделения смеси жидкостей на фракции, кипящие в узких интервалах температур. При этом дистилляты разных составов отводят (последовательно во времени) в несколько сборников. В каждом из этих дистиллятов (фракциях) преобладает один или несколько компонентов исходной смеси с близкими температурами кипения. Простую дистилляцию для улучшения разделения смесей часто комбинируют с противоточной дефлегмацией (частичная конденсация). При этом образующиеся в кубе пары частично конденсируются в дефлегматоре, конденсат (флегма) непрерывно возвращается в куб, а остаток паров после дефлегматора поступает в конденсатор, откуда дистиллят стекает в сборник. Этим способом достигается большее обогащение дистиллята низкокипящими компонентами, т.

к. при дефлегмации паров преимущественно конденсируются высококипящие компоненты.

Равновесная дистилляция (однократное испарение) характеризуется испарением части жидкости и продолжительным контактом паров с неиспарившейся жидкостью до достижения фазового равновесия. Разделяемая смесь проходит по трубам, обогреваемым снаружи топочными газами. Образовавшаяся при этом парожидкостная смесь, близкая к равновесному состоянию, поступает в сепаратор для механического отделения жидкости от пара. Пары из сепаратора поступают в конденсатор, откуда дистиллят стекает в приемник, а оставшаяся в сепараторе жидкость отводится в сборник. В этом процессе соотношение между паром и жидкостью определяется материальным балансом и условиями фазового равновесия. Равновесная дистилляция редко применяется для двухкомпонентных смесей; хорошие результаты получают в основном в случае многокомпонентных смесей, из которых можно получить фракции, сильно различающиеся по составу.

Дистилляцию в токе водяного пара или инертных газов применяют, когда необходимо понизить температуру процесса отгонки, в случае разделения нетермостойких компонентов, а также для отгонки веществ с низкой температурой испарения от компонентов с высокой температурой испарения. Пузырьки водяного пара или инертного газа барботируют (продавливают) через слой жидкости. При дистилляции с водяным паром образовавшаяся смесь паров воды и летучего компонента отводится из аппарата и подвергается конденсации и охлаждению. Состав образующихся в кубе паров не зависит от состава жидкости, а температура кипения смеси всегда ниже температуры кипения каждого из компонентов при данном давлении. При дистилляции с инертным газом компоненты раствора испаряются в поток газа, даже если раствор не кипит, а парообразование при испарении может происходить при любых температурах, вне зависимости от внешнего давления, что позволяет вести процесс при низких температурах.

Молекулярная дистилляция основана на разделении жидких смесей свободным их испарением в высоком вакууме 133–13,3 мн/м2 (10–3–10–4 мм ртутного столба) при температуре ниже точки их кипения. Процесс проводят при взаимном расположении поверхностей испарения и конденсации на расстоянии, меньшем длины свободного пробега молекул перегоняемого вещества. Благодаря вакууму молекулы пара движутся от испаряющей поверхности к конденсирующей с минимальным числом столкновений. При молекулярной дистилляции изменение состава пара по сравнению с составом жидкости определяется различием скоростей испарения компонентов. Поэтому этим способом можно разделять смеси, компоненты которых обладают одинаковым давлением паров. При данной температуре жидкости и соответствующем ей давлении паров скорость молекулярной дистилляции растет с понижением давления в аппарате.

Для молекулярной дистилляции применяют аппараты с горизонтальными и вертикальными поверхностями испарения, а также получившие наибольшее промышленное применение центробежные аппараты. В последних процесс характеризуется наименьшими толщиной жидкой пленки (в среднем 0,05 мм) и временем ее пребывания на поверхности нагрева (0,03м–1,2 сек). В центробежных аппаратах на испаритель, представляющий собой быстровращающийся конус (иногда диск), подается разделяемая смесь. Центробежная сила перемещает жидкость от центра к периферии (вверх). Пары перегоняемого вещества собираются на неподвижном конденсаторе, расположенном параллельно поверхности испарителя, откуда дистиллят непрерывно отводится. Остаток после перегонки сбрасывается в кольцевой желоб и выводится из куба. Для увеличения эффекта разделения устанавливают несколько аппаратов последовательно.

Молекулярную дистилляцию применяют для разделения и очистки высокомолекулярных и термически нестойких органических веществ, например для очистки эфиров себациновой, стеариновой, олеиновой и других кислот, для выделения витаминов из рыбьего жира и различных растительных масел, при производстве медицинских препаратов, вакуумных масел и др.

В металлургии понятие дистилляции объединяет пирометаллургические процессы, основанные на переводе восстанавливаемого металла в парообразное состояние с последующей конденсацией. Металлургическая дистилляция – сочетание химического (окислительно-восстановительной реакции) и физического (испарения и конденсации) процессов. Восстановление проводят с использованием углеродистых восстановителей или металлотермическим способом.

Возможно выделение свободного металла при окислительном обжиге сульфидных концентратов. Степень разделения при дистилляции определяется различием состава перегоняемой смеси и ее пара. Полнота перехода металла в газовую фазу при дистилляции определяется восстановлением металлов при температурах и давлениях, обеспечивающих получение восстановленного металла в парообразном агрегатном состоянии.

Дистилляция применяется также в химической, лесохимической, фармацевтической и других отраслях промышленности для грубого разделения смесей на фракции, когда не предъявляются высокие требования к чистоте получаемых продуктов, а также для очистки жидких смесей от нелетучих или малолетучих примесей.

Дистилляцию с дефлегмацией применяют в нефтепереработке и лабораторной практике, дистилляция с водяным паром – в химической, нефтехимической, парфюмерной и других отраслях промышленности для отгонки высококипящих компонентов из вязких смесей, содержащих значительные количества твердых или малолетучих жидких веществ.

Также путем перегонки (однократной или многократной) на ликеро-водочных заводах получают полуфабрикат для множества алкогольных напитков: коньяка, рома, виски, а в домашних условиях – самогон.

В лабораторной практике условия дистилляции для некоторых видов продуктов стандартизованы. Наиболее известными являются ГОСТ 2177(ASTM D86) – перегонка 100 мл продукта с температурой кипения от комнатной до 400°С при атмосферном давлении. Это сделано для воспроизводимости результатов тестирования бензина, керосина, дизельного топлива, нефти, а также различных растворителей.

Дистилляция является давно известным и проверенным способом глубокой очистки воды.

Хорошо всем известный пример использования дистиллированной воды – заливка в аккумуляторы автомобиля. В быту же дистилляторы не нашли широкого применения.

И дело здесь совсем не в непригодности дистиллированной воды для питья. Вредность такой воды из-за отсутствия в ней «полезных» минеральных веществ – это, скорее, укоренившийся предрассудок. Дистиллированная вода действительно имеет невысокие вкусовые качества, часто ее вкус характеризуют как «затхлый». Однако с точки зрения влияния на здоровья нет никаких свидетельств того, что дистиллированная вода непригодна для питья.

Ограниченность же применения дистилляторов в быту объясняется следующими причинами:

Во-первых, бытовые дистилляторы имеют малую производительность (около одного литра в час).

Во-вторых, в бойлере дистиллятора постоянно образуются осадок, накипь и т.п., которые надо вычищать.

В-третьих, дистилляторы излучают тепло и в довольно значительных количествах.

В-четвертых, дистилляторы потребляют значительное количество электроэнергии, что для многих применений делает их использование менее рентабельным, чем обратный осмос (способ очистки воды, при котором вода, проходит через специальную полупроницаемую мембрану) или деминерализация на ионообменных смолах.

Отличия дистилляции от ректификации

Устройство простейшего аппарата для получения дистиллированной воды. Жидкость находится в кубе 1 с крышкой 2 и термометром 3. После нагрева емкости, вода превращается в пар, который поднимается вверх и попадает в трубку 4 с вентилем 5. А оттуда – в трубку 6, находящуюся в холодильнике 7. Чтобы пар сконденсировался и снова перешел в жидкое состояние, его надо охладить. Для этого трубка 6 омывается проточной ледяной водой. Для повышения эффективности охлаждения, она завита в спираль, чтобы пар дольше находился под действием низкой температуры. Выйдя из холодильника, жидкость попадает в сосуд для сбора дистиллята.

При дистилляции смеси, состоящей из двух компонентов (одним из них является базовая растворяющая жидкость, а второй – в ней растворенный), в пар превращается низкокипящий, то есть тот, у которого более низкая температура кипения. А высококипящий (с более высокой температурой кипения) остается в жидком состоянии. Термометр нужен для регулирования степени нагрева так, чтобы данный параметр находился между указанными температурами.

Отличительной особенностью дистилляции является тот факт, что летучие компоненты испаряются однократно. При таком простом способе невозможно добиться высокой степени разделения составляющих смеси. Кроме того, выделяется только один ингредиент.

Ректификация

Ректификация – это процесс, на начальном этапе которого жидкость, как и при дистилляции, тоже нагревается и испаряется. Но затем пар попадает в ректификационную колонну. В ней, за счет противотока между жидкой и газообразной фазами смеси, происходит тепловой и массовый обмен между паром и сконденсировавшимися каплями. Исходная смесь делится (притом, с высокой степенью очистки) на компоненты с разными температурами кипения за счет того, что жидкость, фактически, многократно испаряется и конденсируется.

Схема простейшего ректификатора, который можно изготовить даже в домашних условиях. Он состоит из куба, подогреваемого на огне или водяной бане. Над ним расположена ректификационная колонна (в бытовых аппаратах – царга, представляющая собой жесткую трубу) с заполняющими ее насадками (на рисунке называются «мочалки», потому что для домашних устройств их нередко делают из дешевых металлических кухонных мочалок). Над ней – дефлегматор. Сбоку, напротив узла отбора дистиллята, находится специальная отводящая трубка (на схеме окрашена красным). Она соединена с холодильником и далее – с приемной емкостью. В лабораторных и бытовых ректификаторах в качестве «мочалок» применяются насадки, которыми заполняется колонна. Самые популярные: спирально призматическая (Селиваненко) и регулярно проволочная (Панченков). Первая дает самую лучшую степень очистки, вторая, при достаточно эффективной работе, наиболее простая по конструкции. Делаются, обычно, из нержавейки или меди. В промышленных установках вместо насадок применяются специальные тарелки.

Аппарат работает следующим образом. Исходная смесь нагревается в перегонном кубе и начинает испаряться. Пар проходит через ректификационную колонну. На узле отбора дистиллята часть пара отводится через красную трубку, попадает в холодильник, конденсируется и стекает в приемную емкость. Другая часть поднимается в дефлегматор. Последний представляет собой, по сути, еще один холодильник с проточной водой в рубашке. В нем эта вторая часть пара тоже конденсируется, после чего в виде капель, которые называются флегмой или орошением, стекает в ректификационную колонну и движется внутри нее сверху вниз. Расход воды для охлаждения дефлегматора можно регулировать, тем самым изменяя количество орошения, поступающего обратно в колонну.

В ректификационной колонне осуществляется противоток двух фаз – пар поднимается вверх, флегма опускается вниз. Между ними происходит массовый и тепловой обмен, в результате которого пар обогащается низкокипящими (легколетучими) компонентами смеси, а капли стекающей жидкости – высококипящими (труднолетучими) ингредиентами. За счет этого, при достаточной высоте колонны, из верхней ее части (узел отбора дистиллята) выводится целевая фракция большой степени чистоты. Насадки в колонне служат для интенсификации массового и теплового обмена, поскольку конденсация пара осуществляется именно на их развитой поверхности. В промышленных установках это происходит на тарелках.

Каждая находящаяся в колонне тарелка, называется физической (ФТ). Она нужна для того, чтобы между жидкой и паровой фазами как можно быстрее достигалось состояние равновесия. Пузырьки пара проходят сквозь находящийся на ФТ слой флегмы. В результате ускоряется массовый и тепловой обмен между фазами. Но, после прохождения пара через одну ФТ равновесия еще не будет, потому что КПД данного элемента колеблется в пределах от 50% до 60%. Таким образом, чтобы получить равновесное состояние фаз, которое бы соответствовало одной теоретической тарелке (ТТ), надо поставить две ФТ. Это значит что, если по расчету требуется колонна на 40ТТ, то в действительности в нее надо ставить 80ФТ.

Установки для ректификации бывают непрерывные и периодические.

В первых жидкая смесь все время подается в колонну, и также постоянно из нее выводятся разделенные ингредиенты. Во вторых в куб сразу загружается определенное количество смеси, после чего аппарат работает до полной ее переработки.

В бытовых устройствах в качестве ректификационной колонны используется царга. Это труба диаметром от 30мм до 50мм, заполненная по всему объему насадками. Чтобы последние не высыпались, по краям ставят проницаемые для пара и капель пыжи. Состояние равновесия фаз достигается в том случае, когда пар проходит через некоторый слой царги, эквивалентный одной ТТ. Его высоту рассчитывают в миллиметрах и называют высотой единицы переноса.

Главные особенности ректификации: выделение нужного ингредиента в чистом виде и возможность разделения исходной смеси сразу на несколько компонентов. Чем выше колонна, тем медленнее идет процесс, но тем чище конечный продукт.

Процессы в виноделии

В отрасли изготовления алкогольных напитков, разница между дистиллированным и ректифицированным спиртом объясняется следующим образом. Дистиллят – это сырье, в котором остается органолептика (вкус и запах) исходного продукта. То есть, если делается напиток зерновой, то зерна, если яблочный – яблока и так далее. При этом в дистиллированном этиловом спирте еще есть множество примесей. Часть из них формируют вкус и запах. От прочих избавляются с помощью различных рецептов. Ректификат – это рафинированно очищенный спирт. Органолептика исходного продукта полностью отсутствует. В нем вкус и запах только спирта, и больше – ничего. На следующих стадиях технологического процесса, с помощью вкусовых добавок и ароматизаторов, в него вносят заданную органолептику, после чего получают широкий ассортимент наливок, настоек и прочего.

Исходя из этого, нельзя говорить, что один способ лучше, а другой – хуже. У каждого свое предназначение. Если, например, делается бренди со вкусом и ароматом винограда, то нужна дистилляция. После ректификации указанные особенности исчезнут. Для получения приятного аромата, дистиллированный спирт выдерживают в дубовых бочках. А для ректифицированного 96%-го спирта это бесполезно, он годится лишь для разведения, например, при изготовлении водки. К этому еще можно добавить, что оборудование для ректификации спирта стоит дороже, чем для дистилляции. К тому же, для проведения ректификации требуется дистиллированная брага.

Теоретические основы дистилляции

В смеси, состоящей из двух ингредиентов (одним из которых является жидкость, как основа раствора), концентрация растворенного вещества в жидкости С1 отличается от концентрации С2 его же в паре этой жидкости. Коэффициент разделения (распределения)

В = С2 / С1

является характеристикой процесса. В некоторых случаях удобней работать с обратной величиной: А = 1 / В, которая называется так же. Данный параметр зависит от условий проведения дистилляции и природы веществ, составляющих смесь.

В зависимости от условий, коэффициент В может быть:

  • Идеальный. На него влияют только парциальные давления ингредиентов смеси (парциальным называется давление отдельно взятого газа, входящего в смесь из нескольких газов; то есть, это давление одного газа, которое у него было бы, если бы он занимал весь объем, который занимает смесь газов).

  • Равновесный. В этом случае число молекул газа Н, улетучивающихся из жидкости, равно числу его молекул Н1, которые возвращаются в жидкость за то же время.

  • Эффективный.

На практике на проведение дистилляции влияют перемешивание раствора и наличие в нем примесей. Присутствие последних может оказаться настолько значительным, что по разделению основного вещества и примесей эффективный коэффициент может очень сильно отличаться от идеального.

Не менее важными параметрами процесса являются температура испарения и степень отклонения системы от фазового равновесия между жидкостью и паром. Во время дистилляции:

Н = Н1 + НС

Где НС – число молекул, переходящих в конденсат. Количественно отклонение определяется соотношением: НС / Н. В этом случае есть два предельных состояния системы. Если НС = 0, то имеет место равновесие, сколько частиц ушло из жидкости за единицу времени, столько же в нее и вернулось. Если НС = Н, то это молекулярная дистилляция, то есть, все частицы, испарившиеся из жидкости, перешли в конденсат. Обычно такое бывает, если процесс проводится в вакууме, давление пара небольшое, а расстояние от поверхности воды до точки конденсации минимальное. В этом случае частицы пара не сталкиваются, ни с молекулами воздуха, ни между собой.

Виды дистилляции

Описанный в начале статьи процесс, при котором жидкость нагревается и частично испаряется, а ее пары непрерывно отводятся в холодильник и там конденсируются, называется простой перегонкой. При работе с многокомпонентной жидкой смесью, применяется дробная перегонка или фракционная дистилляция. В этом случае ингредиенты смеси собирают в конденсат по частям, в зависимости от их летучести, начиная с самого низкокипящего.

Ректификация многими специалистами считается разновидностью дистилляции. Она происходит за счет того, что любая замкнутая система, состоящая из газа и жидкости, стремится к состоянию равновесия. А при ректификации рабочая (фактическая) концентрация ингредиентов паровой фазы отличается от той, которая должна быть, чтобы данная жидкость находилась в равновесии.

Дистилляция и ректификация – это два способа разделения компонентов жидкой смеси, в основе которых лежит один и тот же физический процесс. Но разные технологии их проведения позволяют получить на выходе совершенно различные результаты. 

Дистилляция и ректификация

Дистилляция (лат. distillatio — стекание каплями) — это испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров.

Ректификация (от лат. rectus — прямой и facio — делать)  – это разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся температурами кипения, путём многократных испарений жидкости и конденсации паров.

Очистка веществ дистилляцией основана на том, что при испарении смеси жидкостей пар получается обычно иного состава- происходит его обогащение легкокипящим компонентом смеси. Поэтому их многих смесей можно удалить легко кипящие примеси или, наоборот, перегнать основное вещество, оставив трудно кипящие примеси в перегонном аппарате. Часто приходится сталкиваться с системами, при перегонке которых все компоненты отгоняются в неизменном соотношении (азеотроптные смеси). В этом случае разделения не происходит и очистка перегонкой невозможна. В качестве примеров азеотропных смесей можно привести водные растворы HCl(20,24% HCl) и этилового спирта (95,57% C2H5OH)

Для получения чистых веществ (особенно при глубокой очистке) вместо простой дистилляции предпочитают использовать ректификацию, т.е. процесс, при котором происходит автоматическое сочетание процессов дистилляции и конденсации.

В ректификационной колонне пар встречается с различными фракциями конденсата, при этом часть менее летучего компонента конденсируется из пара в жидкость, а часть более летучего компонента переходит из жидкости в пар. Проходя через множество полок (“тарелок”) ректификационной колонны, пар успевает настолько обогатиться более летучим компонентом, что на выходе из колонны практически содержит только этот компонент (или азеотропную смесь).

Ректификация используется для очистки не только жидких препаратов. Общеизвестно применение ректификации для разделения сжиженных газов (кислород, азот, инертные газы и т. д.).

Также с помощью ректификации можно очищать многие твердые вещества, сравнительно легко испаряющиеся. Удалось успешно очистить хлористый алюминий (от Fe), серу (от Se), SiCl4, Zn, Cd, SbCl3. Содержание примесей понижается до 10-4 и даже до 10-7%. Таким образом, ректификация может быть отнесена к чрезвычайно эффективным методам глубокой очистки. Особенно эффективно протекают процессы ректификационной очистки при низких температурах; при повышении температуры резко возрастает загрязнение очищаемого вещества материалом аппаратуры.


 

Автор: Ю.В. Карякин, И.И.Ангелов,
Источник: Ю.В. Карякин, И. И.Ангелов, Чистые химические вещества, 1974г
Дата в источнике: 1974г

что это, история, виды, в чем разница с ректификатом

Под дистиллятом в пищевом производстве понимают крепкий алкоголь, полученный путем испарения и конденсации перебродившей спиртосодержащей жидкости в специальном аппарате.

В зависимости от исходного сырья и технологии переработки, с помощью перегонки получают разные виды крепкого спиртного: коньяк, виски, водку, ром, самогон, шнапс.

Дегустируя собственноручно изготовленный спирт, начинающие винокуры редко задумываются о том, что предшествовало его появлению. А ведь современный чистый дистиллят очень далек от экспериментального продукта первой перегонки.

История дистилляции

Первые спиртные напитки появились еще в доисторические времена. Археологические находки свидетельствуют, что их изготовлением древние люди занимались за несколько тысячелетий до нашей эры. Что касается дистиллятов, то они были опробованы намного позже.

Точных данных о времени первой перегонки нет, но предполагается, что аппараты для дистилляции появились в Ⅰ-Ⅱ веке нашей эры. Авторство уникального изобретения приписывают древним китайцам, но это всего лишь предположение. Также довольно активно осваивали перегонку арабы и греки.

Любопытно, что до того, как прийти к дистилляции спиртного, наши предки долго экспериментировали с разными жидкостями.

Первым дистиллированным веществом стала вода, которую сменили смолы.

Известно, что древние греки и египтяне методом перегонки делали эфирные масла, используемые в лечебных и косметических целях.

В Средние века перегонными аламбиками, заимствованными у греков, заинтересовались алхимики, пытаясь с их помощью найти эликсир вечной молодости.

И только в XII веке дистилляция спирта в Европе выделилась в самостоятельную отрасль. Примерно в это же время у продукта перегонки появилось и собственное название – «вода жизни».

Первые спирты были дистиллированы из вина. Впрочем, использовали для их получения не только традиционное сырье. Легенды утверждают, что аптекарь Людовика XIV перегонял самые разнообразные вещества и лучшим лекарством от всех болезней считал жидкость, дистиллированную из голов здоровых, умерших насильственной смертью мужчин. Испробовал ли он свой эксцентричный рецепт, неизвестно, но прославил свое «изобретение» в веках.

В XIV—XV веке искусство дистилляции распространилось по разным регионам, что привело к рождению особых напитков в каждой местности:

  1. Во Франции был изобретен коньяк.

  2. В Англии – джин.

  3. В Шотландии – виски.

  4. В Германии – шнапс.

  5. В России и Польше – водка.

  6. В Дании – аквавит.

Позднее на их основе были созданы ром, кальвадос, саке, ракия, сливовица, чача, текила и другие виды крепкого спиртного.

В XVI веке в России начали производить качественный самогон, но выпускался он в малых количествах и использовался преимущественно в лечебных целях.

В начале XIX века на смену примитивному аламбику пришел более совершенный аппарат «patent still» или «coffey stil», который не только экономил время и трудовые ресурсы, но и позволил получать более чистый и крепкий алкоголь.

В результате производство дистиллятов перешло на новый уровень и приобрело промышленные масштабы.

Виды дистилляции и дистиллята

В домашних условиях продукт перегонки классифицируют по виду сырья, используемого для его изготовления:

  1. Фруктовый самогон

    Получают из сочных садовых и диких плодов: яблок, слив, разных видов ягод. Является основой для изготовления ракии, сливовицы, кальвадоса.

  2. Виноградный дистиллят

    Один из самых ценных видов, необходимый для получения коньяка, бренди и чачи.

  3. Сахарный самогон

    Самый доступный и простой в приготовлении вид дистиллята без ярко выраженного аромата. Альтернативным вариантом является более мягкий спирт из фруктозы/декстрозы. В эту группу можно отнести и дистиллят из патоки, используемый для изготовления рома.

  4. Зерновой дистиллят

    За основу могут быть взяты разные виды злаков: пшеница, кукуруза, рожь, ячмень. Из зернового сырья получают виски, водку, бурбон, джин.

  5. Менее распространены другие виды дистиллятов: картофельный, свекольный, крахмальный и т. д.

Самым примитивным способ дистилляции является простая перегонка. Она представляет собой частичное испарение спиртосодержащей жидкости посредством непрерывного нагревания и конденсации паров в холодильнике.

Более совершенным способом получения крепкого спиртного является фракционная (дробная) дистилляция. Она предполагает разделение перегоняемой жидкости на части (фракции), в результате чего получается более качественное и безопасное для здоровья спиртное.

Для приема внутрь используют только «сердце» самогона (самую чистую фракцию), содержащую минимальное количество сивушных масел и вредных примесей.

В промышленных условиях (а иногда и в домашних) для получения крепкого алкоголя применяют ректификацию. Для ее выполнения необходим особый аппарат с колонной. Процесс ректификации предполагает возвращение части конденсата в куб во время перегонки. В результате многократного повторения цикла конечный продукт получается более крепким и чистым.

Дистиллят и ректификат: что лучше

Прежде чем сравнивать ректификат и дистиллят, стоит уточнить, что речь идет о качественном алкоголе. Самогон, полученный с помощью простой дистилляции, без разделения фракций к ним не относится.

Выбор того или иного способа перегонки зависит от желаемого результата. Ректификация дает более чистый и высокоградусный продукт (около 96%), но практически без вкуса и запаха.

При дистилляции алкоголь получается менее качественным и крепким (около 60–70°), но сохраняет аромат исходного сырья. Что касается технологии производства, то процесс ректификации более сложный.

Что выбрать? Если требуется спирт для разведения напитков, изготовления наливок и настоек, лучше отдать предпочтение ректификату.

Если хочется получить «живой» напиток с тонким ароматом, оптимально использовать двойную/тройную дистилляцию с обязательным разделением на фракции.

Актуальность: 20.07.2019

Метки: Водка, брага, самогон

Чем дистилляция отличается от ректификации? | Продукты и напитки | Кухня

Виски, коньяк и граппа — напитки, полученные методом дистилляции, а вот водка появляется в процессе ректификации. Речь идет о той водке, которую мы пьем сегодня. В чем разница между этими двумя методами производства крепких напитков?

Что такое дистилляция?

Грубо говоря, это процесс разделения жидкостей с помощью кипения и конденсации. У разных субстанций разная температура кипения. Для воды это 100 градусов, а вот для спирта — 78 градусов. И, вооружившись этим знанием, люди научились выделять из слабоалкогольных напитков и из фруктовой браги фруктовые спирты и получать дистилляты: бренди, например, или виски. Вид напитка зависит от исходного сырья и дальнейшего процесса приготовления.

Брагу нагревают, после 78 градусов спирты начинают испаряться, поднимаются вверх, где охлаждаются и конденсируются, тем самым отделяясь от исходного продукта, их собирают. В результате получается самогон, или дистиллят.

Что такое ректификация?

Это один из способов дистилляции, в основе его также лежат игра на разнице температур кипения, конденсация пара и разделение жидкостей. Только все немного сложнее. В ходе ректификации часть жидкого конденсата возвращается в куб, двигаясь навстречу пару в ректификационной колонне, в результате этого примеси, что содержатся в паре, который только поднимается, переходят в жидкий конденсат и возвращаются в куб. Этот процесс повторяется достаточно долго, в результате конденсат, который мы получаем, гораздо лучше очищен от примесей, чем при обычной дистилляции.

Оборудование

Для дистилляции придумано очень много разных приборов. Когда-то их делали сами из подручных средств, нагревая брагу в кастрюлях и тазиках, делая устройства для охлаждения пара и конденсации жидкости.

Самый простой перегонный куб представляет собой емкость, которую нагревают снизу, сверху же на нем установлена система труб, часть из которых охлаждается водой, чтобы получать конденсат.

Для ректификации необходима специальная колонна. Промышленные ректификационные колонны могут достигать 90 и более метров. Но есть ректифационные колонны и для домашнего использования. Они выше, чем колонны дистилляционные, хотя это зависит от используемого аппарата.

Сейчас появляются самогонные аппараты для домашнего использования, в которых можно получить как дистиллят, так и ректификат, достаточно только сменить настройки прибора.

Сырье

Дистиллят можно получить из фруктовой, зерновой или сахарной браги. С помощью одной или нескольких перегонок.

Ректификат же получают из спирта-сырца, то есть продукта перегонки браги. Его разводят до крепости 40% и перегоняют уже через ректификационную колонну. То есть без дистилляции нельзя приступить к ректификации.

Аромат, вкус и крепость

В ходе дистилляции получается крепкий напиток, его крепость может достигать 89-90 градусов, но чаще — около 70 градусов. Этот напиток имеет вкус и аромат, напоминающий об исходном продукте, есть выраженный аромат яблок у дистиллята из яблочной браги, например, или же яркий запах солода, если вы делали зерновую брагу.

В ходе ректификации получается спирт крепостью выше 92 градусов (промышленный — 96 градусов, но домашний может до него не дотягивать), нейтральный по вкусу и запаху. Он будет пахнуть алкоголем, безо всяких фруктово-ягодных ноток.

Фракционная дистилляция

Дистилляция может быть фракционной и простой. В ходе последней от браги просто отделяют все, что начало испаряться после 75-78 градусов, не разделяя получившийся напиток на фракции. В результате жидкость может иметь неприятные запахи, то, что мы называем «сивухой». Фракционная (дробная) дистилляция отделяет фракции, содержащие вредные вещества.

Это первая и третья фракции, так называемые «голова» и «хвост». Есть еще средняя фракция — «тело» или «сердце», — ее мы и пьем. Дистилляция происходит при разных температурах: сначала брага нагревается примерно до 70 градусов и из перегонного куба начинает капать «голова». В этой фракции содержатся метиловый спирт, ацетон, уксусный альдегид. У вредных веществ температура кипения ниже, чем у этилового спирта, поэтому они выходят первыми.

«Тело» выгоняется при температуре 80 градусов и выше. А «хвосты» — при температуре выше 95 градусов. У сивушных масел температура кипения выше, чем у этилового спирта, поэтому они выгоняются последними.

Чистота напитка

Если в процессе перегонки (дистилляции) «хвосты» и «голова» последовательно и качественно отсекаются, то на выходе получается напиток гораздо чище, чем при простой поточной дистилляции. Но все равно в нем могут присутствовать вредные примеси, может быть и неприятный запах. Поэтому рекомендуется дополнительно подвергать самогон очистке.

В ходе ректификации вредные вещества отсекаются гораздо лучше, чем при фракционной дистилляции. И напиток получается практически очищенным от них.

Итоги

Огромный плюс ректификации в том, что в результате правильно проведенного процесса вы получаете напиток, очищенный от всех вредных примесей.

Но при этом он также очищен от вкуса и аромата исходного сырья. Так что на основе ректификатов чаще всего делают всевозможные настойки или пьют их в чистом охлажденном виде. А вот дистилляты выдерживают, смакуют и наслаждаются вкусом и ароматом бренди, виски, кальвадоса, граппы и других.

Паровая дистилляция | Buchi.com

Высоколетучие аналиты

 

Спирт

Содержание спирта в продуктах питания и напитках определяется в соответствии с законодательными требованиями и требованиями налоговых служб. После дистилляции паром в дистилляторе содержание спирта в образце определяется с помощью денситиметра, обычно пикнометра или колеблющейся U-образной трубки.

SO2

Сульфит – это распространенный консервант, используемый в таких продуктах, как сухофрукты и морепродукты, а также в напитках, таких как вино и пиво. Так как у некоторых людей возникают аллергические реакции на это соединение, необходимо контролировать содержание SO2 на соответствие установленным максимальным пределам. Кроме того, производителей обязывают указывать содержание SO2 на этикетке. Для определения SO2 мы рекомендуем использовать оптимизированный метод Монье-Вильямса с потенциометрическим титрованием в разбавленном растворе h3O2.

Летучие кислоты

Доля летучих кислот – важный параметр вкуса вина. Если вино слишком долго подвергается воздействию воздуха, спирт превращается в уксусную кислоту и придает вину неприятный кислый вкус. Дегазируя диоксид углерода и используя винную кислоту перед паровой дистилляцией, можно определить летучую кислотность.

Вицинальные дикетоны

Вицинальные дикетоны входят в таблицу вкусовых характеристик пива. Они образуются во время брожения и влияют на вкусовые качества пива. Чрезмерный или непредсказуемый уровень дикетонов может быть признаком бактериального заражения или неправильного брожения. Мониторинг и контроль уровня вицинальных дикетонов могут играть важную роль в формировании аромата пива.

Аммоний, фенол, цианид

При анализе окружающей среды в образцах почвы и воды можно определить целый ряд параметров, таких как содержание аммония, фенольный индекс и содержание цианидов. Кроме того, в образцах продуктов питания на основе миндаля важную роль играет количество токсичного цианида.

Формальдегид

Текстильные изделия постоянно контролируются на предмет содержания формальдегида, низкие показатели являются залогом получения экологических сертификатов качества. При производстве клеев содержание формальдегида определяет эффективность аминопластического клея и может быть определено с помощью процедуры паровой дистилляции. Кроме того, содержание формальдегида в плитных древесных материалах регулируется стандартами, которые классифицируют материалы в соответствии с уровнем выделения этого вещества в воздух.

Паровая дистилляция эфирных масел

Экстракция эфирных масел с помощью паровой дистилляции – один из наиболее распространенных методов, используемых для получения продуктов высокой степени очистки. Эфирные масла используются в ароматерапии, ароматизаторах, косметике, парфюмерии и пр. Стандарты также регламентируют использование эфирных масел при производстве целого ряда продуктов, таких как пищевые ароматизаторы, косметические средства и добавки в кормах для животных. Для безопасности потребителей содержание этих веществ строго контролируется и указывается на этикетке

Что такое дистиллят?

Бытует мнение, что дистиллят (если речь заходит о коньяке) — это коньяк плохого качества. Так ли это? Давайте разберемся.

По ГОСТУ коньячный дистиллят — это винный дистиллят (такое вот странное определение) крепостью 55-70%, получаемый путем перегонки виноматериала с последующим хранением в дубовых бочках. Бывает (по ГОСТу же) двух видов:

Молодой — такой, что не выдерживается долго, но все же (62-70% крепости). Выдержанный — понятное дело, выдерживающийся в бочках продолжительное время (крепость 55-70%).

По сути, коньячный дистиллят — это то же самое, что и коньячный спирт. Единственное, что по нами уже любимому ГОСТу, виноград для коньячного спирта не регламентируется, а вот в случае с дистиллятом указывается конкретный сорт. Для производства коньяков, к слову, используются такие сорта, как Уни Блан, Коломбар, Фоль Бланш и Монтиль. Собственно, от сорта зависят вкусовые и ароматические качества получаемого коньяка.

Как происходит процесс получения дистиллята

Сначала идет сбор урожая (осенью). После этого гроздья винограда попадают в давильню для отжима. Затем следует ферментация полученного сока, именно в это время происходит брожение, в результате которого выделяется спирт. В результате получается молодое вино, 10% крепости, которое необходимо подвергнуть дистилляции.

Дистилляция — это перегонка полученного виноматериала в медных аламбиках — куб с печью и медным чаном. Обычно сырье подвергается двойной перегонке или двойной дистилляции. С каждой перегонкой сырье становится крепче.

И вот по сути, полученный напиток и именуют дистиллятом. Более того, он в целом, уже готов к употреблению. Но будет молодым да резким. Поэтому его необходимо хоть некоторое время подержать в дубовой бочке. Уж после этого было бы неправильно именовать сей напиток просто коньячным дистиллятом. Это же сам коньяк!

Так что, по сути, дистиллят — это основа коньяка, качественная, нужно заметить. И еще раз повторим: хороша даже без выдержки. Просто на любителя.

Надеемся, мы помогли вам с решением данного вопроса. Теперь можно купить коньяк в магазине WineStreet.

Дистилляция — обзор | ScienceDirect Topics

6 Дистилляция с использованием солнечной мембраны

Мембранная дистилляция (МД) — самый молодой из процессов мембранного разделения, который используется для опреснения воды. Он был введен в коммерческую эксплуатацию в небольших масштабах в 1980-х годах. Процесс сочетает в себе использование дистилляции и мембран. При этом соленая вода нагревается для увеличения образования пара, и этот пар подвергается воздействию гидрофобной (несмачиваемой) микропористой мембраны, которая пропускает пар, но не воду (см.28 и 29). После того, как пар проходит через мембрану, он конденсируется на более прохладной поверхности, образуя пресную воду. В жидкой форме пресная вода не может пройти обратно через мембрану, поэтому она улавливается и собирается на выходе установки.

Основные преимущества МД заключаются в его простоте, в требовании лишь небольших температурных перепадов для осуществления процесса. Как и в любом процессе дистилляции, его энергозатраты и качество получаемой воды не зависят от качества питательной воды, поэтому технология MD обеспечивает получение чистой дистиллированной воды, в то время как ее можно использовать для опреснения даже рассола (воды с высокой концентрацией солей) из установки обратного осмоса.Поскольку он работает при низких температурах (50–80 ° C), питательная вода может нагреваться солнечными тепловыми коллекторами, а электроэнергия, необходимая для перекачки, может обеспечиваться фотоэлектрическими батареями.

Несмотря на эти достижения, МД еще не полностью коммерциализирован, в основном из-за его высокого удельного потребления тепловой энергии, низкой степени извлечения и ограниченного разнообразия доступных специализированных мембран, что увеличивает стоимость системы. В 2018 году CIEMAT представил обновленный список коммерческих систем МД (Zaragoza et al., 2018), и в котором упоминаются девять (9) разработчиков и промоутеров нескольких типов технологии МД. Кроме того, на мембранах MD при работе с морской водой наблюдалось образование накипи и загрязнение. В последнее время этому вопросу и необходимой обработке для очистки мембран уделяется все больше внимания в литературе.

Системы МД могут отличаться схемой конденсации паров, наличием внутренней тепловой интеграции для повышения тепловой энергоэффективности и геометрической конфигурацией модуля, переходя от пластинчато-каркасных к спирально-навивным, полым волокнам и планарным многоступенчатым схемам.

Наиболее изученными конфигурациями MD являются:

a.

Мембранная дистилляция с прямым контактом (DCMD)

b.

Мембранная перегонка с воздушным зазором (AGMD),

c.

Продувочная газовая мембранная перегонка (SGMD)

d.

Вакуумная мембранная дистилляция (VMD).

В DCMD холодная жидкость находится в непосредственном контакте с мембраной со стороны пермеата, а в AGMD холодная конденсационная пластина отделена от мембраны дополнительной секцией с воздушным зазором.Что касается SGMD, холодный продувочный газ обеспечивает движущую силу в мембране продувочного газа, а вакуумное давление применяется на стороне пермеата в VMD. В последнее время была введена новая конфигурация в виде гибридной конфигурации, сочетающей AGMD и DCMD, где зазор между мембраной и холодной конденсирующей фольгой заполняется пермеатом (PGMD) (Eykens et al., 2016; Alkhudhiri et al., 2012).

Потребление электроэнергии в системах MD, необходимое для питающих циркуляционных насосов и вспомогательных агрегатов, составляет от 1 до 2 кВтч·м − 3 , в то время как больше (> 5 кВт·ч м  – 3 ) сообщает CIEMAT для вакуумного мультиэффектного MD с повышенной рекуперацией, в основном за счет вакуумного насоса (Andrès-Mañas et al., 2018). Кроме того, 100–400 кВтч th м − 3 тепловой энергии (необходимой для генерирования частичного испарения потока сырья), обычно поставляемой в диапазоне низких температур, т. е. 70–90 °C (Cipollina et al., 2015).

В существующих технологиях мембранной дистилляции в основном используются плоские листовые мембраны в пластинчато-рамных и спирально-навитых модулях. Также рассмотрены модули на основе половолоконных мембран, а также концепция многоступенчатой ​​вакуумно-мембранной дистилляции для улучшения рекуперации тепла.Было проведено и представлено в литературе несколько исследований с целью изучения преимуществ и недостатков технологии для нескольких конфигураций и типов модулей. Многие пилотные установки были построены и эксплуатируются с обнадеживающими результатами.

В течение 1990-х годов было построено по крайней мере два демонстрационных проекта солнечных MD (Argaw, 2003). В Университете Нового Южного Уэльса в Австралии была построена система 0,05 м 3 дня − 1 с использованием 3 м 2 солнечных коллекторов.Расчетная эффективность 17 л сут 1 м −2 площади коллектора была выгодно сравнима с солнечными установками MSF и ME (Karen, 1997). В 1994 году в Центре содействия использованию воды Re в Токио, Япония, была разработана солнечная установка MD. Система производит 40 л ч − 1 . Автоматическое управление запускает систему опреснения всякий раз, когда присутствует достаточно солнечного света, чтобы обеспечить горячую воду от солнечных коллекторов и электричество для насосов от фотоэлектрических панелей.

Кроме того, за последнее десятилетие было установлено и проверено несколько солнечных систем MD, в основном в рамках проектов ЕС (SODESA, MEMDIS и SMADES). Институт Фраунгофера, Германия, проделал большую работу по разработке модулей MD и предоставлению компактных солнечных MD-модулей. Ниже приведены некоторые характеристики модулей MD, разработанных компанией Fraunhofer:

Выход дистиллята: 10–30 л ч − 1 (80 °C на входе в испаритель, 300 л ч )

Работа диапазона температуры 50-85 ° C

Тепловая энергия Спрос 90-200 кВтч М — 3

Высокое качество воды произведенной воды, 5–50 мкСм·см − 1

Предварительная очистка питательной воды не требуется

Первая компактная солнечная МД-система Fraunhofer Institut была разработана в 2004 году.Система состоит из 6 м коллекторов 2 2АР с рабочей температурой коллектора до 85°С, модуля PV p мощностью 80 Вт и одного модуля МД с суточной производительностью по воде 80–150 л.

В период с 2003 по 2006 год компания Fraunhofer установила несколько других солнечных установок MD в Иордании, Гран-Канарии, Египте и Марокко в рамках проектов ЕС по опреснению морской, водопроводной и солоноватой воды. Системы объединяют солнечную тепловую и фотоэлектрическую энергию (см. Таблицу 6). Энергия опреснения полностью обеспечивается солнечными тепловыми коллекторами, а вспомогательная электрическая энергия (перекачка питательной воды) обеспечивается фотоэлектрической системой.

Таблица 6. Пилотные установки мембранной дистилляции.

9
Местоположение Гран-Канария, Испания Александрия, Египет Ирбит, Иордан Гран-Канария, Испания Альмерия Испания Акаба, Иордан Амарика, Нарубия Сантеллерия Сицилия (рис. 30 )
MD Конфигурация PGMD PGMD PGMD PGMD PGMD PGMD
PGMD
Compact Compact Compact Multimdule 2 -контур многоконтурный 2-контурный многоконтурный 2-контурный многоконтурный 2-контурный многоконтурный 2-контурный
Площадь солнечного коллектора м 9018 4 1 2 96 5.73 5.73 5.73 186 500 2 2 9 40 + отходы Нагрева 40 + отходы
Электричество Источник PV PV PV PV GRID PV PV GRID
9 SW BW BW SW NaCl SW BW SW
SW
Вода, L / D 5- 120 64 64 120 1400 1400 792 792 2080 3690 3690
Коэффициент восстановления,% 0.1-55 N / A 1-4 2.2-4.5 2-4.5 2-4.5 10-30 0-65
Расход тепла кВтч / м 3 140-350 N / 200-300 200-300 271 294 200-300 171 171 300

Рис. 31 и 32 представлена ​​автономная солнечная MD-система, установленная в Александрийском университете, Александрия, Египет, в июне 2005 года в рамках проекта SMADES (Fath et al., 2008).

Солнечный коллектор состоит из трех прямоугольных одинаковых секций, соединенных последовательно. Размеры каждой секции 2020 мм × 1020 мм × 80 мм общей площадью 2,06 м 2 и площадью проема 1,91 м 2 . Электропроводность питательной и дистиллятной воды составила 526 и 3 мкСм·см − 1 соответственно. Ежедневная продукция составляла 64 л — 1 сут (11,2 л — 2 сут — 1 ), а накопленная солнечная энергия равнялась 41 л.6 кВтч день 90 043 — 1  (7,25 кВтч м  – 2  день  – 1 ). Процесс работает при низкой температуре 60–80 °C (Банат и др., 2007).

В системе, установленной на Морской научной станции в Акабе, Иордания, в рамках SMADES, энергия для процесса опреснения также полностью обеспечивается солнечными тепловыми коллекторами в виде тепла при температуре в диапазоне 60–80 °C, (см. рис. 33 и 34). Опреснительные установки представляют собой усовершенствованные модули MD с внутренней функцией рекуперации тепла.Вспомогательная электрическая энергия, необходимая для привода насосов и клапанов автоматических систем, обеспечивается фотоэлектрическими панелями. Питательная вода – настоящая морская вода Красного моря. Основной источник питания системы опреснения морской воды вырабатывается фотоэлектрическими панелями. Система поставляет и хранит энергию в соответствии с потребностью. Установка работает на неочищенной морской воде.

Площадь коллектора 72 м 2 , гидравлический контур коллекторного поля включает в себя бак-аккумулятор солнечного тепла объемом 3 м 3 и контур коллектора отделен от контура забортной воды модулей опреснения MD.Эффективная площадь мембраны в каждом модуле МД составляет 10 м 2 . Система состоит из четырех модулей MD, работающих параллельно. Система обеспечивает выработку в диапазоне 2–11 л сут − 1 м − 2 при удельном потреблении энергии в диапазоне 200–300 кВтч·м − 3 . Дистиллят представляет собой воду с низкой электропроводностью в диапазоне 20–250 мкСм см — 1 .

На рис. 35 показаны солнечные коллекторы и фотоэлектрические панели в верхней части жилого дома, три отдельные стойки коллекторов по 12 коллекторов и четыре фотоэлектрических модуля сверху.Автоматическое управление запускает опреснительную установку всякий раз, когда присутствует достаточно солнечного света, чтобы обеспечить горячую воду и электроэнергию для перекачивания от солнечных коллекторов и фотоэлектрических панелей.

В 2016 году CIEMAT представил тематическое исследование солнечного опреснения с помощью мембранной дистилляции с воздушным зазором для Алжира. Как сообщалось, эксперимент проводился с двумя серийными модулями МД, конфигурации АГМД и модулями со спиральной намоткой. Измеренное удельное энергопотребление двух модулей варьировалось от 75 до 200 кВтч·м  — 3 , а производство дистиллятной воды от 1.от 5 л ч − 1 м − 2 до 5 л ч − 1 м − 2 . Эксперимент дал важные результаты по рабочим параметрам, таким как степень регенерации, температура канала испарителя и т. д. (Moudjeber et al., 2016).

В таблице 6 представлены несколько установленных устройств MD в разных странах мира (Zhani et al., 2015). Большинство солнечных единиц MD масштабируются от 0,1 м 3 до 10 м 3 в день. Удельная стоимость воды колеблется от 10 млн евро − 3 до 15 млн евро − 3 , независимо от солености исходной воды (солоноватая или морская), при этом более высокие затраты относятся к более мелким установкам (Cipollina et al., 2015). Кроме того, в 2015 году технико-экономическое исследование трех различных пилотных модулей MD, используемых для опреснения морской воды, показало, что стоимость производства воды составляет 10 млн евро − 3 — 11,3 млн евро − 3 для более крупных установок MD. порядка 100 м 3 ден − 1 , что все еще высоко. В этой работе были использованы реальные эксплуатационные данные трех разных модулей MD с пластинчатым и рамным размером пилотной установки (один модуль MD с воздушным зазором и два модуля MD с жидкостным зазором), соединенных с солнечным полем, для проектирования опреснительной установки среднего размера с солнечной MD.Три различные технологии солнечных коллекторов, подходящие для температурного диапазона MD: плоские пластинчатые коллекторы (FPC), составные параболические коллекторы (CPC) и коллекторы с вакуумными трубками (ETC) использовались для моделирования в течение года эксплуатации. На основе результатов была проведена тщательная технико-экономическая оценка каждого из предложенных тематических исследований, и результаты были сопоставлены с ископаемыми источниками (Guillèn-Burrieza et al., 2015). Вариант с использованием ископаемого топлива (в сочетании с газовым котлом в качестве источника тепла) обеспечил более низкую себестоимость производства воды примерно на 7 млн ​​евро − 3 .

Текущие исследования показали, что многоканальные спирально-навитые модули, работающие в конфигурации с воздушным зазором (AGMD), обеспечивают наилучшую внутреннюю тепловую эффективность, продемонстрированную в пилотном масштабе, достигая значений удельного потребления тепловой энергии ниже 100 кВтч·м − 3 для морской воды эквивалентно полученному коэффициенту полезного действия (ГФ) более 6. В системах ПГМД и АГМД неконденсирующиеся газы могут уменьшать поток пара в порах, поэтому их необходимо удалять из сырья путем деаэрации с последующей потерей энергии (Сарагоса и др., 2018). Этого можно избежать при вакуумной мембранной дистилляции (VMD). Применение вакуума на пермеатной стороне мембраны рассматривалось в первых исследованиях МД как способ облегчить диффузию водяного пара внутри пор и в то же время уменьшить тепло, проводимое через мембрану. Таким образом, VMD обладает самым высоким потенциалом теплоэффективности. Однако в VMD конденсация происходит при температуре насыщения, соответствующей пониженному давлению, что ограничивает температуру, которую может достичь холодная подача с внутренней рекуперацией тепла, поэтому для повышения эффективности использования тепла требуются многоступенчатые конфигурации, объединяющие несколько модулей VMD.

Кроме того, CIEMAT представляет результаты работы инновационной пилотной системы на основе модулей вакуумной многоступенчатой ​​мембранной дистилляции (V-MEMD) для опреснения морской воды (Andrès-Mañas et al., 2018). Этот четырехступенчатый блок с общей площадью мембраны 6,4 м 2 представляет собой значительную модификацию по сравнению с предыдущими системами V-MEMD, заключающуюся в использовании подаваемого потока морской воды для охлаждения в конденсаторе, а не в отдельном контуре. Предварительный нагрев сырья в конденсаторе повысил тепловую эффективность (максимальный полученный выходной коэффициент, полученный для морской воды, составил 3.2). Максимальные потоки дистиллята достигли 8,5 л ч − 1 м − 2 при температуре горячего сырья 75 °С, расходе сырья 150 л ч − 1 при степени извлечения 36 %, газовом факторе 3,19 и удельной тепловой энергии. потребление около 200 кВтч тыс. м − 3 . Увеличение обоих параметров (расхода сырья и температуры сырья) для повышения производительности было затруднено из-за неспособности конденсатора справиться со всем паром, образующимся в предыдущих воздействиях, что привело к перегреву и избыточному давлению.Кроме того, была измерена потеря 40% производства дистиллята из-за повышения температуры охлаждения морской воды на 8 °C в течение года. Кроме того, было замечено, что необходимы профилактические измерения против образования накипи при работе с морской водой. Масштабирование снизило производство дистиллята до 50%, поэтому было необходимо использование кислоты. На рис. 36 представлена ​​схема рассмотренной пилотной системы, а на рис. 37 показана реальная установка.

Стратегия теплосбережения, заключающаяся в использовании морской воды непосредственно в качестве охлаждающей в конденсаторе, ее предварительном нагреве за счет скрытой теплоты конденсации пара, поступающего из последнего блока, и взятии части этой предварительно нагретой морской воды в качестве питания для модуля, был продемонстрирован результирующим газовым фактором, сравнимым с аналогичной установкой с двумя дополнительными эффектами.Было выявлено ограничение, препятствующее правильной работе системы в более широком диапазоне условий эксплуатации, что потенциально может повысить производительность. Это ограниченная холодопроизводительность системы, которая ограничивается температурой забортной воды и ограниченной способностью вакуумного насоса создавать большой охлаждающий поток в конденсаторе. Качество воды, полученной в ходе экспериментов, было ниже 50 мкСм см − 1 (дистиллятная вода).

Эксперименты, проведенные в различных условиях солнечной радиации, показали, что возмущения солнечной радиации можно сгладить с помощью аккумулирования тепла и адекватных стратегий контроля, достигая годового производства пермеата 70.5 м 3 с солнечным полем FPC площадью 35,9 м 2 апертуры (Andrés-Mañas et al., 2020a).

В конечном счете, V-MEMD была продемонстрирована как осуществимая технология опреснения морской воды с использованием солнечной энергии, которая работает тем лучше, чем холоднее морская вода, и должна найти нишу в приложениях, где высокая соленость усложняет другие технологии (Andrès-Mañas et al. др., 2018).

В последнее время в литературе представлены новые конфигурации, такие как мембранная дистилляция с воздушным зазором (FGMD) и мембранная дистилляция с воздушным зазором (FGAGMD), которая является производным от мембранной дистилляции с воздушным зазором (AGMD), однако подача и раствор пермеата отделяют от нагревающего и охлаждающего раствора добавлением дополнительного канала (Schwantes et al., 2019). SolarSpring с Фраунгофером и несколько университетов в Германии работали над этим новым модулем FGAGMD с пластиной и рамой. Наиболее эффективной конфигурацией является воздушный зазор с увеличенным вакуумом (V-AGMD), который показал в многооболочечных модулях со спиральной намоткой наилучшие тепловые характеристики MD на сегодняшний день. ГФ 13,5, полученный CIEMAT с модулем Aquastill с площадью поверхности мембраны 25,9 м 2 , является самым большим из зарегистрированных в MD и может конкурировать с показателями, полученными с помощью промышленных технологий термического опреснения, таких как MED и MSF (Andrés-Mañas et al., 2020b).

Дистилляция — обзор | ScienceDirect Topics

6 Дистилляция с использованием солнечной мембраны

Мембранная дистилляция (МД) — самый молодой из процессов мембранного разделения, который используется для опреснения воды. Он был введен в коммерческую эксплуатацию в небольших масштабах в 1980-х годах. Процесс сочетает в себе использование дистилляции и мембран. При этом соленая вода нагревается для увеличения образования пара, и этот пар подвергается воздействию гидрофобной (несмачиваемой) микропористой мембраны, которая пропускает пар, но не воду (см.28 и 29). После того, как пар проходит через мембрану, он конденсируется на более прохладной поверхности, образуя пресную воду. В жидкой форме пресная вода не может пройти обратно через мембрану, поэтому она улавливается и собирается на выходе установки.

Основные преимущества МД заключаются в его простоте, в требовании лишь небольших температурных перепадов для осуществления процесса. Как и в любом процессе дистилляции, его энергозатраты и качество получаемой воды не зависят от качества питательной воды, поэтому технология MD обеспечивает получение чистой дистиллированной воды, в то время как ее можно использовать для опреснения даже рассола (воды с высокой концентрацией солей) из установки обратного осмоса.Поскольку он работает при низких температурах (50–80 ° C), питательная вода может нагреваться солнечными тепловыми коллекторами, а электроэнергия, необходимая для перекачки, может обеспечиваться фотоэлектрическими батареями.

Несмотря на эти достижения, МД еще не полностью коммерциализирован, в основном из-за его высокого удельного потребления тепловой энергии, низкой степени извлечения и ограниченного разнообразия доступных специализированных мембран, что увеличивает стоимость системы. В 2018 году CIEMAT представил обновленный список коммерческих систем МД (Zaragoza et al., 2018), и в котором упоминаются девять (9) разработчиков и промоутеров нескольких типов технологии МД. Кроме того, на мембранах MD при работе с морской водой наблюдалось образование накипи и загрязнение. В последнее время этому вопросу и необходимой обработке для очистки мембран уделяется все больше внимания в литературе.

Системы МД могут отличаться схемой конденсации паров, наличием внутренней тепловой интеграции для повышения тепловой энергоэффективности и геометрической конфигурацией модуля, переходя от пластинчато-каркасных к спирально-навивным, полым волокнам и планарным многоступенчатым схемам.

Наиболее изученными конфигурациями MD являются:

a.

Мембранная дистилляция с прямым контактом (DCMD)

b.

Мембранная перегонка с воздушным зазором (AGMD),

c.

Продувочная газовая мембранная перегонка (SGMD)

d.

Вакуумная мембранная дистилляция (VMD).

В DCMD холодная жидкость находится в непосредственном контакте с мембраной со стороны пермеата, а в AGMD холодная конденсационная пластина отделена от мембраны дополнительной секцией с воздушным зазором.Что касается SGMD, холодный продувочный газ обеспечивает движущую силу в мембране продувочного газа, а вакуумное давление применяется на стороне пермеата в VMD. В последнее время была введена новая конфигурация в виде гибридной конфигурации, сочетающей AGMD и DCMD, где зазор между мембраной и холодной конденсирующей фольгой заполняется пермеатом (PGMD) (Eykens et al., 2016; Alkhudhiri et al., 2012).

Потребление электроэнергии в системах MD, необходимое для питающих циркуляционных насосов и вспомогательных агрегатов, составляет от 1 до 2 кВтч·м − 3 , в то время как больше (> 5 кВт·ч м  – 3 ) сообщает CIEMAT для вакуумного мультиэффектного MD с повышенной рекуперацией, в основном за счет вакуумного насоса (Andrès-Mañas et al., 2018). Кроме того, 100–400 кВтч th м − 3 тепловой энергии (необходимой для генерирования частичного испарения потока сырья), обычно поставляемой в диапазоне низких температур, т. е. 70–90 °C (Cipollina et al., 2015).

В существующих технологиях мембранной дистилляции в основном используются плоские листовые мембраны в пластинчато-рамных и спирально-навитых модулях. Также рассмотрены модули на основе половолоконных мембран, а также концепция многоступенчатой ​​вакуумно-мембранной дистилляции для улучшения рекуперации тепла.Было проведено и представлено в литературе несколько исследований с целью изучения преимуществ и недостатков технологии для нескольких конфигураций и типов модулей. Многие пилотные установки были построены и эксплуатируются с обнадеживающими результатами.

В течение 1990-х годов было построено по крайней мере два демонстрационных проекта солнечных MD (Argaw, 2003). В Университете Нового Южного Уэльса в Австралии была построена система 0,05 м 3 дня − 1 с использованием 3 м 2 солнечных коллекторов.Расчетная эффективность 17 л сут 1 м −2 площади коллектора была выгодно сравнима с солнечными установками MSF и ME (Karen, 1997). В 1994 году в Центре содействия использованию воды Re в Токио, Япония, была разработана солнечная установка MD. Система производит 40 л ч − 1 . Автоматическое управление запускает систему опреснения всякий раз, когда присутствует достаточно солнечного света, чтобы обеспечить горячую воду от солнечных коллекторов и электричество для насосов от фотоэлектрических панелей.

Кроме того, за последнее десятилетие было установлено и проверено несколько солнечных систем MD, в основном в рамках проектов ЕС (SODESA, MEMDIS и SMADES). Институт Фраунгофера, Германия, проделал большую работу по разработке модулей MD и предоставлению компактных солнечных MD-модулей. Ниже приведены некоторые характеристики модулей MD, разработанных компанией Fraunhofer:

Выход дистиллята: 10–30 л ч − 1 (80 °C на входе в испаритель, 300 л ч )

Работа диапазона температуры 50-85 ° C

Тепловая энергия Спрос 90-200 кВтч М — 3

Высокое качество воды произведенной воды, 5–50 мкСм·см − 1

Предварительная очистка питательной воды не требуется

Первая компактная солнечная MD-система Fraunhofer Institut была разработана в 2004 году.Система состоит из 6 м коллекторов 2 2АР с рабочей температурой коллектора до 85°С, модуля PV p мощностью 80 Вт и одного модуля МД с суточной производительностью по воде 80–150 л.

В период с 2003 по 2006 год компания Fraunhofer установила несколько других солнечных установок MD в Иордании, Гран-Канарии, Египте и Марокко в рамках проектов ЕС по опреснению морской, водопроводной и солоноватой воды. Системы объединяют солнечную тепловую и фотоэлектрическую энергию (см. Таблицу 6). Энергия опреснения полностью обеспечивается солнечными тепловыми коллекторами, а вспомогательная электрическая энергия (перекачка питательной воды) обеспечивается фотоэлектрической системой.

Таблица 6. Пилотные установки мембранной дистилляции.

9
Местоположение Гран-Канария, Испания Александрия, Египет Ирбит, Иордан Гран-Канария, Испания Альмерия Испания Акаба, Иордан Амарика, Нарубия Сантеллерия Сицилия (рис. 30 )
MD Конфигурация PGMD PGMD PGMD PGMD PGMD PGMD
PGMD
Compact Compact Compact Multimdule 2 -контур многоконтурный 2-контурный многоконтурный 2-контурный многоконтурный 2-контурный многоконтурный 2-контурный
Площадь солнечного коллектора м 9018 4 1 2 96 5.73 5.73 5.73 186 500 2 2 9 40 + отходы Нагрева 40 + отходы
Электричество Источник PV PV PV PV GRID PV PV GRID
9 SW BW BW SW NaCl SW BW SW
SW
Вода, L / D 5- 120 64 64 120 1400 1400 792 792 2080 3690 3690
Коэффициент восстановления,% 0.1-55 N / A 1-4 2.2-4.5 2-4.5 2-4.5 10-30 0-65
Расход тепла кВтч / м 3 140-350 N / 200-300 200-300 271 294 200-300 171 171 300

Рис. 31 и 32 представлена ​​автономная солнечная MD-система, установленная в Александрийском университете, Александрия, Египет, в июне 2005 года в рамках проекта SMADES (Fath et al., 2008).

Солнечный коллектор состоит из трех прямоугольных одинаковых секций, соединенных последовательно. Размеры каждой секции 2020 мм × 1020 мм × 80 мм общей площадью 2,06 м 2 и площадью проема 1,91 м 2 . Электропроводность питательной и дистиллятной воды составила 526 и 3 мкСм·см − 1 соответственно. Ежедневная продукция составляла 64 л — 1 сут (11,2 л — 2 сут — 1 ), а накопленная солнечная энергия равнялась 41 л.6 кВтч день 90 043 — 1  (7,25 кВтч м  – 2  день  – 1 ). Процесс работает при низкой температуре 60–80 °C (Банат и др., 2007).

В системе, установленной на Морской научной станции в Акабе, Иордания, в рамках SMADES, энергия для процесса опреснения также полностью обеспечивается солнечными тепловыми коллекторами в виде тепла при температуре в диапазоне 60–80 °C, (см. рис. 33 и 34). Опреснительные установки представляют собой усовершенствованные модули MD с внутренней функцией рекуперации тепла.Вспомогательная электрическая энергия, необходимая для привода насосов и клапанов автоматических систем, обеспечивается фотоэлектрическими панелями. Питательная вода – настоящая морская вода Красного моря. Основной источник питания системы опреснения морской воды вырабатывается фотоэлектрическими панелями. Система поставляет и хранит энергию в соответствии с потребностью. Установка работает на неочищенной морской воде.

Площадь коллектора 72 м 2 , гидравлический контур коллекторного поля включает в себя бак-аккумулятор солнечного тепла объемом 3 м 3 и контур коллектора отделен от контура забортной воды модулей опреснения MD.Эффективная площадь мембраны в каждом модуле МД составляет 10 м 2 . Система состоит из четырех модулей MD, работающих параллельно. Система обеспечивает выработку в диапазоне 2–11 л сут − 1 м − 2 при удельном потреблении энергии в диапазоне 200–300 кВтч·м − 3 . Дистиллят представляет собой воду с низкой электропроводностью в диапазоне 20–250 мкСм см — 1 .

На рис. 35 показаны солнечные коллекторы и фотоэлектрические панели в верхней части жилого дома, три отдельные стойки коллекторов по 12 коллекторов и четыре фотоэлектрических модуля сверху.Автоматическое управление запускает опреснительную установку всякий раз, когда присутствует достаточно солнечного света, чтобы обеспечить горячую воду и электроэнергию для перекачивания от солнечных коллекторов и фотоэлектрических панелей.

В 2016 году CIEMAT представил тематическое исследование солнечного опреснения с помощью мембранной дистилляции с воздушным зазором для Алжира. Как сообщалось, эксперимент проводился с двумя серийными модулями МД, конфигурации АГМД и модулями со спиральной намоткой. Измеренное удельное энергопотребление двух модулей варьировалось от 75 до 200 кВтч·м  — 3 , а производство дистиллятной воды от 1.от 5 л ч − 1 м − 2 до 5 л ч − 1 м − 2 . Эксперимент дал важные результаты по рабочим параметрам, таким как степень регенерации, температура канала испарителя и т. д. (Moudjeber et al., 2016).

В таблице 6 представлены несколько установленных устройств MD в разных странах мира (Zhani et al., 2015). Большинство солнечных единиц MD масштабируются от 0,1 м 3 до 10 м 3 в день. Удельная стоимость воды колеблется от 10 млн евро − 3 до 15 млн евро − 3 , независимо от солености исходной воды (солоноватая или морская), при этом более высокие затраты относятся к более мелким установкам (Cipollina et al., 2015). Кроме того, в 2015 году технико-экономическое исследование трех различных пилотных модулей MD, используемых для опреснения морской воды, показало, что стоимость производства воды составляет 10 млн евро − 3 — 11,3 млн евро − 3 для более крупных установок MD. порядка 100 м 3 ден − 1 , что все еще высоко. В этой работе были использованы реальные эксплуатационные данные трех разных модулей MD с пластинчатым и рамным размером пилотной установки (один модуль MD с воздушным зазором и два модуля MD с жидкостным зазором), соединенных с солнечным полем, для проектирования опреснительной установки среднего размера с солнечной MD.Три различные технологии солнечных коллекторов, подходящие для температурного диапазона MD: плоские пластинчатые коллекторы (FPC), составные параболические коллекторы (CPC) и коллекторы с вакуумными трубками (ETC) использовались для моделирования в течение года эксплуатации. На основе результатов была проведена тщательная технико-экономическая оценка каждого из предложенных тематических исследований, и результаты были сопоставлены с ископаемыми источниками (Guillèn-Burrieza et al., 2015). Вариант с использованием ископаемого топлива (в сочетании с газовым котлом в качестве источника тепла) обеспечил более низкую себестоимость производства воды примерно на 7 млн ​​евро − 3 .

Текущие исследования показали, что многоканальные спирально-навитые модули, работающие в конфигурации с воздушным зазором (AGMD), обеспечивают наилучшую внутреннюю тепловую эффективность, продемонстрированную в пилотном масштабе, достигая значений удельного потребления тепловой энергии ниже 100 кВтч·м − 3 для морской воды эквивалентно полученному коэффициенту полезного действия (ГФ) более 6. В системах ПГМД и АГМД неконденсирующиеся газы могут уменьшать поток пара в порах, поэтому их необходимо удалять из сырья путем деаэрации с последующей потерей энергии (Сарагоса и др., 2018). Этого можно избежать при вакуумной мембранной дистилляции (VMD). Применение вакуума на пермеатной стороне мембраны рассматривалось в первых исследованиях МД как способ облегчить диффузию водяного пара внутри пор и в то же время уменьшить тепло, проводимое через мембрану. Таким образом, VMD обладает самым высоким потенциалом теплоэффективности. Однако в VMD конденсация происходит при температуре насыщения, соответствующей пониженному давлению, что ограничивает температуру, которую может достичь холодная подача с внутренней рекуперацией тепла, поэтому для повышения эффективности использования тепла требуются многоступенчатые конфигурации, объединяющие несколько модулей VMD.

Кроме того, CIEMAT представляет результаты работы инновационной пилотной системы на основе модулей вакуумной многоступенчатой ​​мембранной дистилляции (V-MEMD) для опреснения морской воды (Andrès-Mañas et al., 2018). Этот четырехступенчатый блок с общей площадью мембраны 6,4 м 2 представляет собой значительную модификацию по сравнению с предыдущими системами V-MEMD, заключающуюся в использовании подаваемого потока морской воды для охлаждения в конденсаторе, а не в отдельном контуре. Предварительный нагрев сырья в конденсаторе повысил тепловую эффективность (максимальный полученный выходной коэффициент, полученный для морской воды, составил 3.2). Максимальные потоки дистиллята достигли 8,5 л ч − 1 м − 2 при температуре горячего сырья 75 °С, расходе сырья 150 л ч − 1 при степени извлечения 36 %, газовом факторе 3,19 и удельной тепловой энергии. потребление около 200 кВтч тыс. м − 3 . Увеличение обоих параметров (расхода сырья и температуры сырья) для повышения производительности было затруднено из-за неспособности конденсатора справиться со всем паром, образующимся в предыдущих воздействиях, что привело к перегреву и избыточному давлению.Кроме того, была измерена потеря 40% производства дистиллята из-за повышения температуры охлаждения морской воды на 8 °C в течение года. Кроме того, было замечено, что необходимы профилактические измерения против образования накипи при работе с морской водой. Масштабирование снизило производство дистиллята до 50%, поэтому было необходимо использование кислоты. На рис. 36 представлена ​​схема рассмотренной пилотной системы, а на рис. 37 показана реальная установка.

Стратегия теплосбережения, заключающаяся в использовании морской воды непосредственно в качестве охлаждающей в конденсаторе, ее предварительном нагреве за счет скрытой теплоты конденсации пара, поступающего из последнего блока, и взятии части этой предварительно нагретой морской воды в качестве питания для модуля, был продемонстрирован результирующим ГФ, сравнимым с ГФ аналогичной установки с двумя дополнительными эффектами.Было выявлено ограничение, препятствующее правильной работе системы в более широком диапазоне условий эксплуатации, что потенциально может повысить производительность. Это ограниченная холодопроизводительность системы, которая ограничивается температурой забортной воды и ограниченной способностью вакуумного насоса создавать большой охлаждающий поток в конденсаторе. Качество воды, полученной в ходе экспериментов, было ниже 50 мкСм см − 1 (дистиллятная вода).

Эксперименты, проведенные в различных условиях солнечной радиации, показали, что возмущения солнечной радиации можно сгладить с помощью аккумулирования тепла и адекватных стратегий контроля, достигая годового производства пермеата 70.5 м 3 с солнечным полем FPC площадью 35,9 м 2 апертуры (Andrés-Mañas et al., 2020a).

В конечном счете, V-MEMD была продемонстрирована как осуществимая технология опреснения морской воды с использованием солнечной энергии, которая работает тем лучше, чем холоднее морская вода, и должна найти нишу в приложениях, где высокая соленость усложняет другие технологии (Andrès-Mañas et al. др., 2018).

В последнее время в литературе представлены новые конфигурации, такие как мембранная дистилляция с воздушным зазором (FGMD) и мембранная дистилляция с воздушным зазором (FGAGMD), которая является производным от мембранной дистилляции с воздушным зазором (AGMD), однако подача и раствор пермеата отделяют от нагревающего и охлаждающего раствора добавлением дополнительного канала (Schwantes et al., 2019). SolarSpring с Фраунгофером и несколько университетов в Германии работали над этим новым модулем FGAGMD с пластиной и рамой. Наиболее эффективной конфигурацией является воздушный зазор с увеличенным вакуумом (V-AGMD), который показал в многооболочечных модулях со спиральной намоткой наилучшие тепловые характеристики MD на сегодняшний день. ГФ 13,5, полученный CIEMAT с модулем Aquastill с площадью поверхности мембраны 25,9 м 2 , является самым большим из зарегистрированных в MD и может конкурировать с показателями, полученными с помощью промышленных технологий термического опреснения, таких как MED и MSF (Andrés-Mañas et al., 2020b).

5: Дистилляция — Химия LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. Участник

Дистилляция — это метод очистки жидкостей, с помощью которого можно разделить компоненты смеси, если они имеют значительно разные температуры кипения.При перегонке жидкость кипятится в «перегонной колбе», затем пары переходят в другую часть аппарата, где соприкасаются с прохладной поверхностью. Пары конденсируются на этой прохладной поверхности, и сконденсированная жидкость (называемая «дистиллят») стекает в резервуар, отделенный от исходной жидкости. Проще говоря, дистилляция включает в себя кипячение жидкости, затем конденсацию газа и сбор жидкости в другом месте

.
  • 5.1: Обзор дистилляции
    В органической лаборатории используются несколько вариантов дистилляции в зависимости от свойств очищаемой смеси.
  • 5.2: Простая перегонка
    Простая перегонка используется, если компоненты имеют сильно различающиеся температуры кипения (разница температур кипения более 100 °C). Однако, если попытаться провести простую перегонку смеси, компоненты которой имеют более близкие точки кипения (разница в температурах кипения менее 100 ° C), полностью очистить смесь не удастся.
  • 5.3: Фракционная перегонка
    Простая перегонка не обеспечивает значительной очистки, если температуры кипения компонентов слишком близки.При разнице температур кипения менее 100 °С необходима модификация, а именно установка ректификационной колонны между перегонной колбой и трехходовым переходником.
  • 5.4: Вакуумная перегонка
    Кипение начинается, когда давление паров жидкости или раствора становится равным внешнему или приложенному давлению (часто атмосферному давлению). Таким образом, если приложенное давление уменьшается, температура кипения жидкости снижается. Такое поведение происходит потому, что для кипения необходимо более низкое давление пара, которое может быть достигнуто при более низкой температуре.
  • 5.5: Перегонка с паром
    Перегонка с водяным паром аналогична простой перегонке, основное отличие состоит в том, что пар (или вода) используется в перегонной колбе вместе с перегоняемым материалом. Экспериментально установки устроены более или менее одинаково, с небольшими отличиями в том, как пар добавляется в колбу: либо косвенно, если в здании имеется паропровод, либо непосредственно путем кипячения воды в колбе.
  • 5.6: Ротационное выпаривание
    Предпочтительным методом удаления растворителя в лаборатории является использование роторного испарителя (также известного как «роторный испаритель»). помещают в водяную баню аппарата и вращают при частичном вакуумировании системы (водяным аспиратором или вакуумным насосом). Пониженное давление в аппарате заставляет растворитель кипеть при более низкой температуре, чем обычно.

Участник

  • Лиза Николс (Общественный колледж Бьютта). Лабораторные методы органической химии находятся под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License. Полный текст доступен в сети.

Дистилляция 101: Как на самом деле производится виски

Если вы не жили без Интернета, вы наверняка знаете, что сезон «Звездных войн » не за горами. Если вам посчастливилось жить в Манчестере, Англия, взгляните на точную копию кантины космодрома Чалмуна, питейного зала, в котором запрещено присутствие дроидов, расположенного в пиратском городе Мос-Эйсли на бесплодной планете Татуин.В фильме по потолку проходит стайка медных труб, а по стене — еще больше труб. Поскольку Татуин — засушливая планета, мне кажется, самым популярным возлиянием там был дистиллированный спирт: они могли бросить любое старое сладкое, крахмалистое вещество в котел с водой и дрожжами для брожения, а затем дистилляции.

Дистилляция распространилась бы по вселенной Звездных войн так же, как она распространилась по континентам на Земле, по причинам здоровья, гигиены или чистого удовольствия.(Я предполагаю, что все три были бы необходимы в таком месте, как Звезда Смерти.) На Земле мы можем точно определить появление дистилляции где-то между 1 и 3 годами нашей эры, но никто не может быть в этом уверен. Но что такое дистилляция?

Что такое дистилляция?

Дистилляция — это процесс, при котором жидкость нагревается до образования пара, а затем снова конденсируется в жидкость. Вся идея навеяна природой: вода в лужах превращается в невидимый пар после дня на жарком солнце. Прохладный вечер обращает процесс вспять, и на травинках образуются капли воды.«Может ли нагревание жидкости огнем сделать то же самое?» — спрашивали наши предки. «Может ли что-то холодное, если подержать над теплым паром, снова сделать его жидким?» Рождение дистилляции скрывается в этих вопросах. Добавьте немного приятно пахнущих трав и сделайте духи из сконденсировавшихся паров. Возьмите немного перебродившей жидкости и сделайте спирт — еще лучше.

Хотя мы, возможно, никогда не узнаем, кто именно первым открыл дистилляцию — ученые гадают об этом уже по крайней мере столетие — мы знаем, что алхимическая практика древняя.Аристотель, по крайней мере, объяснил первую предпосылку дистилляции, испарение, в своем Meteorologica , где он писал, что морская вода может быть очищена путем испарения.

Что касается конденсации, моя любимая теория вращается вокруг дистилляции, происходящей на кухнях примерно с первого по третий век нашей эры. Другими словами, женщины, вполне возможно, были первыми алхимиками. Исследователь виски Фред Минник в своей книге Whiskey Women: The Untold Story of How Women Saved Bourbon, Scotch and Irish Whiskey предполагает, что алхимик Мария Хебреа, вероятно, сделала первый дистиллятор, соединив два полых сосуда трубкой.Жидкость нагревалась в первом сосуде для создания ароматических паров в круглом сосуде, охлаждалась, а затем отводилась по трубке во второй сосуд или приемник.

Что удивительно, так это то, что эта базовая конструкция — выпуклое дно с рукавом, выходящим сверху для сбора паров и последующего их отвода во второй сосуд — до сих пор широко используется. Эти перегонные кубы вместе с другим типом перегонных кубов, называемым колонным или непрерывным перегонным аппаратом (а иногда даже их комбинацией), составляют основу винокуренных заводов по всему миру.Без них у вас есть только пиво.

Винокурня Suntory Liquors в Хакусю, Япония. Фото: Казухиро Ноги/AFP/Getty Images

Перегонные кубы: пример для начинающих

Большинство виски, производимых в перегонных кубах, подвергается либо двойной, либо тройной дистилляции. Каждый раз, когда виски нагревают, конденсируют и собирают, мы называем это дистилляцией. Сделайте это дважды и назовите это двойной дистилляцией. Сделайте это три раза… вы поняли идею. Первая дистилляция отделяет спирт, а также другие вещества с более низкой температурой кипения в сброженной жидкости, находящиеся на дне так называемого браги (сброженная жидкость в этот момент на самом деле называется «брагом».») Спирт испаряется при температуре 173°F, поэтому собранная жидкость также будет более крепкой. Содержимое будет пениться и пузыриться, вытягивая из жидкости всевозможные молекулы и пары. Полученный дистиллят называется «слабым вином». », и снова перегоняется и перегоняется в «спиртовом перегонном кубе», чтобы увеличить крепость спирта, а также усилить вкус.

Вообще говоря (хотя и не всегда), чем больше раз дистиллируется спирт, тем легче и чище конечный продукт.Тем не менее, старение дерева может перевесить легкость духа. По этой причине мне нравится молодой односолодовый шотландский виски: в нем много ароматических элементов, рожденных как в результате брожения, так и в результате дистилляции, без приглушенных древесных нот. Некоторые из этих нот после дистилляции — яблоки, груши, лимон и банан. Вы услышите, как любители виски называют такие ноты «эфирами», которые представляют собой класс часто ароматных органических соединений.

Форма, размер и материал горшка по-прежнему влияют на вкус виски.Перегонные кубы Glenmorangie достигают 26 футов в высоту, в то время как перегонные кубы Macallan довольно приземистые. Поскольку различные элементы в жидкости испаряются (превращаются в газ) при разных температурах, например, спирт (173°F) и вода (212°F), дистилляторы могут настраивать температуру и время дистилляции, чтобы влиять на то, что называется ABV (алкоголь по объему). . Размер перегонного куба также влияет на то, какие ароматические молекулы улетучиваются и составляют его и лебединую шею перегонного куба. Самые легкие, гибкие сложные эфиры вплетаются в 26-футовые лебединые шеи в Гленморанги; некоторые из более тяжелых молекулярных соединений могут пробиться через шею Macallan.

Дистилляторы следят за дистиллятом, выходящим из перегонного куба, собирая наиболее ароматную жидкость, называемую «сердцем». Другие части дистиллята, называемые «головами» и «хвостами», относятся соответственно к первому и последнему моменту дистиллята, выходящего из дистиллятора. Их повторно перегоняют или выбрасывают, так как они содержат нежелательные молекулярные соединения, из которых не получается вкусный виски. Где происходят эти «разрезы», зависит в основном от вкуса дистиллятора и используемого дистиллятора.

Перегонные кубы изготовлены из меди, материала, который взаимодействует с молекулами для улучшения профиля дистиллята, особенно с соединениями серы, образующимися при метаболизме дрожжей во время ферментации.

В целом, перегонные кубы производят более крепкие дистилляты и часто сохраняют больше аромата сырых ингредиентов, чем другие типы перегонных аппаратов, о которых я расскажу через минуту. Они более просты и неуклюжи из двух популярных типов перегонных аппаратов — их нужно заряжать (наполнять), опорожнять и очищать между партиями.Очень немногие винокурни используют открытое пламя для нагрева перегонных кубов, остальные используют паровые рубашки или внутренние змеевики.

Непрерывный кадр

Большая часть любимого вами виски перегоняется в перегонных кубах непрерывного действия. Вы могли видеть, что его называют «перегонным аппаратом для кофе», названным в честь джентльмена Энеаса Коффи, который создал и запатентовал перегонный аппарат в 1831 году. Как и перегонные кубы, они могут различаться по размеру и материалу. Я видел, как некоторые достигают высоты в пару этажей.

Колонные перегонные аппараты служат той же цели, что и тигельные перегонные кубы: коагулировать различные ароматические пары, имеющие разные температуры кипения, из браги, а затем снова конденсировать их.Вот как они работают: пар проходит через нижнюю часть колонны, чтобы встретиться с брагой, которая выливается сверху. Перфорированные пластины ложатся ровно по длине колонны и захватывают шелуху, семена и другие остатки зерна (если они есть) при падении крахмалистой жидкости. Пар внизу очень горячий и становится холоднее по мере подъема, испаряя спирты и ароматизаторы, встречаясь с падающей водой. Смывка, в которой удалены спирты, падает на дно перегонного куба и создает больше пара.Поскольку спирт улетучивается при более низкой температуре, более низкие температуры вверху, где конденсируется ароматический спирт, будут содержать больше спирта, чем воды.

Благодаря своим размерам, конструкции и эффективности дистилляторы непрерывного действия могут работать круглосуточно и без выходных, производя огромное количество дистиллята. Вы услышите, что этот тип дистилляции называется «фракционной дистилляцией», которая относится к различным фракциям (соединениям), которые улавливаются в разных точках на днище колонны перегонного куба.Самый простой способ изобразить внутреннюю структуру перегонного куба — представить множество перегонных кубов, соединенных вместе, один над другим. Чем больше этажей в колонне, тем чище — или «ректификованнее» — будет дистиллят.

Что касается сумасшедшего лабиринта труб и форм, которые располагались за барной стойкой в ​​Мос-Эйсли, я не смог определить, является ли это просто автоматом для напитков или на самом деле каким-то аппаратом для дистилляции. Действительно, по потолку проходят трубки, которые указывают на транспортировку жидкости, однако перфорированные отверстия снаружи подвесных металлических контейнеров не содержат ничего в жидком состоянии.Всем фанатам Звездных войн предлагается присылать свои лучшие предположения на @heathermgreene — да пребудет с вами напиток.

Что такое дистилляция? — Определение, процесс и аппарат — видео и стенограмма урока

Процесс дистилляции

Процесс дистилляции начинается с нагревания жидкости до точки кипения. Жидкость испаряется, образуя пар. Затем пар охлаждают, обычно пропуская его по трубам или трубкам при более низкой температуре. Затем охлажденный пар конденсируется, образуя дистиллят.Дистиллят представляет собой очищенную форму исходной жидкости. При испарении жидкости остается много примесей, поэтому в дистилляте их нет.

Химики используют дистилляцию для очистки соединений в растворе или для разделения смесей растворенных веществ. Например, разные соединения имеют разную температуру кипения. Это свойство означает, что более летучее соединение будет испаряться при более низкой температуре, чем менее летучее соединение.

Давайте посмотрим на это так: представьте, что у вас есть смесь двух соединений.Если эти соединения имеют разные температуры кипения, их можно разделить с помощью перегонки. В этом процессе используется преимущество веществ, легко меняющих свое «состояние вещества» из жидкой фазы в фазу газа и обратно в фазу жидкой фазы снова.

Ключевым этапом является повышение температуры смеси до уровня, превышающего температуру соединения с более низкой температурой кипения. Но вы также должны убедиться, что оно ниже, чем у соединения с более высокой температурой кипения.Соединение с более низкой температурой кипения затем испаряется, оставляя после себя соединение с более высокой температурой кипения. Если затем пар конденсируется, вы получите только соединение с более низкой температурой кипения, так как вы разделили два соединения. Просто, верно?

Аппарат для дистилляции

Учитывая этот процесс, вы были бы правы, думая, что для проведения дистилляции необходимы различные аппараты. Базовый аппарат включает в себя штатив для реторты .Кольцевая опора закреплена на стойке. Круглодонная колба сидит на кольцевой опоре. Эта колба для перегонки содержит жидкость, которая нагревается снизу горелкой Бунзена . Термометр находится в горлышке колбы и позволяет контролировать температуру пара. Термометр позволяет контролировать температуру пара, чтобы она соответствовала температуре кипения желаемого компонента в нагретой жидкости.

С середины горлышка колбы выступает стеклянная трубка.Это отверстие позволяет парам от нагретой жидкости перемещаться в верхнюю часть конденсатора. Конденсатор представляет собой стеклянную трубку с входным отверстием в нижней части для входа холодной воды. Рядом с верху находится выпускное отверстие, которое выпускает теплую воду. Эта установка заставляет пар, поступающий в конденсатор, охлаждаться. Охлаждение заставляет пар снова конденсироваться в жидкое состояние, после чего он стекает по стеклянной трубке внутри холодильника в приемную колбу , где и собирается.

Разделение соединений

Если два соединения имеют одинаковые точки кипения, они должны пройти несколько циклов перегонки.Один из способов ускорить этот процесс — использовать фракционную перегонку. В этом случае вам понадобится дополнительный аппарат.

Основным оборудованием является ректификационная колонна , которая устанавливается в верхней части нагреваемой колбы. Затем термометр вставляют над ректификационной колонной. Колонка позволяет более точно разделять компоненты жидкости (или фракции), так как увеличивает площадь поверхности для конденсации. Большая площадь поверхности увеличивает количество циклов, в течение которых смешанные пары охлаждаются, а затем конденсируются.

Краткий обзор урока

Дистилляция — один из самых полезных методов, доступных химикам для разделения жидкостей на части. Процесс, основанный на цикле нагревания, испарения, конденсации и охлаждения. Жидкость с более низкой температурой кипения испарится раньше, чем жидкость с более высокой температурой кипения. Затем пар собирается в конденсаторе, где охлаждается, возвращаясь в жидкую фазу для сбора. Используются различные аппараты, в том числе ретортные штативы , горелка , колбы , термометр и холодильник .Ректифицирующая колонна позволяет проводить перегонку жидких фракций с близкими температурами кипения.

Процесс дистилляции: основные термины

Процесс дистилляции
  • Перегонка : процесс очистки жидкости путем изменения температуры
  • Дистиллят : очищенная форма исходной жидкости
  • Термометр : прибор, используемый в процессе дистилляции, который позволяет контролировать температуру пара, чтобы она соответствовала температуре кипения желаемого компонента в нагретой жидкости
  • Конденсатор : стеклянная трубка с входным отверстием внизу для подачи холодной воды
  • Фракционирующая колонна : часть оборудования, которая устанавливается в верхнюю часть нагреваемой колбы и позволяет более точно разделять компоненты жидкости во время дистилляции

Результаты обучения

После того, как учащиеся закончат этот урок, они должны быть в состоянии описать процесс дистилляции и вспомнить оборудование, необходимое для его выполнения.

фактов о дистилляции для детей

Схема простой дистилляционной установки без ректификационной колонны, часто используемой химиками. Показано в использовании.
1. источник тепла (здесь горелка Бунзена)
2. Перегонная колба (круглодонная колба)
3. перегонная головка
4. термометр
5. конденсатор
6. охлаждающая вода в
7. Выход охлаждающей воды
8. приемная колба для сбора стекающего дистиллята

Перегонка — это химический процесс, при котором смесь двух или более жидкостей (называемых «компонентами») с разными точками кипения можно отделить друг от друга.Смесь нагревают до тех пор, пока один из компонентов не закипит (превратится в пар). Затем пар подается в конденсатор, который охлаждает пар и превращает его обратно в жидкость, называемую дистиллятом . То, что остается в исходном контейнере, называется «остатком». Для улучшения разделения можно использовать ректификационную колонну (то есть дистилляционную колонну с более чем двумя выпускными отверстиями). Нефтеперерабатывающий завод использует фракционную перегонку для очистки сырой нефти, чтобы она могла стать полезной и использоваться для различных целей.

Долгое время использовался для перегонки спирта и производства дистиллированных напитков. Дистилляция является широко используемой операцией во многих отраслях промышленности.

Дистилляцию можно делать где угодно, будь то дома или в лаборатории, но в большинстве стран дистилляция спирта без лицензии является незаконной. Алкогольные напитки, произведенные нелегально, называются , самогон .

Иногда опреснение воды называют также «дистилляцией», но это другой процесс.На самом деле перегонка воды используется для отделения жидкости (воды) от твердых веществ (солей), вместо этого перегонка спирта используется для разделения двух жидкостей (спирта и воды).

История

См. также: Дистиллированные напитки
Оборудование для дистилляции, которым пользовался алхимик 3-го века Зосима из Панополиса, из византийской греческой рукописи Parisinus Graces.

Дистилляция была известна на древнем Индийском субконтиненте, о чем свидетельствуют реторты и приемники из обожженной глины, найденные в Таксиле и Чарсадде в современном Пакистане и относящиеся к ранним векам нашей эры.Эти «перегонные кубы Гандхары» были способны производить только очень слабый ликер, так как не было эффективных средств сбора паров при низкой температуре.

Доказательства дистилляции также исходят от алхимиков, работавших в Александрии, Римский Египет, в I веке. Дистиллированная вода известна как минимум c. 200 г., когда Александр Афродисийский описал этот процесс. Работа по дистилляции других жидкостей продолжалась в ранневизантийском Египте при Зосиме Панопольском в 3 веке. Дистилляция в Китае могла начаться во времена династии Восточная Хань (1–2 вв.), но, согласно археологическим данным, дистилляция напитков началась во времена династий Цзинь (12–13 вв.) и Южная Сун (10–13 вв.).

Четкие свидетельства перегонки спирта получены от арабского химика Аль-Кинди в Ираке 9-го века. Позже этот процесс распространился на Италию, где он был описан Салернской школой в 12 веке. Фракционная дистилляция была разработана Тадео Альдеротти в 13 веке. На археологических раскопках в Цинлуне, провинция Хэбэй, Китай, был найден перегонный куб, датируемый 12 веком. Дистиллированные напитки были распространены во времена династии Юань (13–14 вв.).

В 1500 году немецкий алхимик Иероним Брауншвейг опубликовал Liber de arte destillandi («Книга об искусстве дистилляции»), первую книгу, посвященную исключительно теме дистилляции, за которой в 1512 году последовала значительно расширенная версия.В 1651 году Джон Френч опубликовал «Искусство дистилляции» — первый крупный английский сборник практических занятий, хотя утверждалось, что большая часть его взята из работ Брауншвейга. Это включает в себя диаграммы с людьми на них, показывающие промышленный, а не лабораторный масштаб операции.

Liber de arte Distillandi de Compositis Иеронима Бруншвига (Страсбург, 1512 г.) Фонд химического наследия Старая украинская водка негазированная

Когда алхимия превратилась в науку о химии, сосуды, называемые ретортами, стали использоваться для перегонки.И перегонные кубы, и реторты представляют собой формы стеклянной посуды с длинными горлышками, направленными в сторону под углом вниз, которые действовали как конденсаторы с воздушным охлаждением для конденсации дистиллята и его стекания вниз для сбора. Позже были изобретены медные перегонные кубы. Заклепочные соединения часто уплотняли с помощью различных смесей, например теста из ржаной муки. Эти перегонные кубы часто имели систему охлаждения вокруг клюва, например, с использованием холодной воды, что делало конденсацию спирта более эффективной.Их называли перегонными кубами. Сегодня реторты и перегонные кубы в значительной степени вытеснены более эффективными методами дистилляции в большинстве промышленных процессов. Тем не менее, горшок по-прежнему широко используется для приготовления некоторых спиртных напитков, таких как коньяк, шотландский виски, ирландский виски, текила и некоторые виды водки. Перегонные кубы из различных материалов (дерево, глина, нержавеющая сталь) также используются бутлегерами в разных странах. Также продаются небольшие перегонные кубы для домашнего производства цветочной воды или эфирных масел.

Ранние формы дистилляции представляли собой периодические процессы с использованием одного процесса испарения и одного процесса конденсации. Чистота повышалась путем дальнейшей перегонки конденсата. Большие объемы обрабатывались простым повторением дистилляции. Сообщается, что химики проводят от 500 до 600 перегонок, чтобы получить чистое соединение.

В начале 19 века были разработаны основы современных методов, включая предварительный нагрев и кипячение. В 1822 году Энтони Перрье разработал один из первых аппаратов непрерывного действия.В 1826 году Роберт Штейн усовершенствовал эту конструкцию, чтобы запатентовать его до сих пор. В 1830 году Энеас Коффи получил патент на усовершенствование этой конструкции. Перегонный куб непрерывного действия Коффи можно рассматривать как архетип современных нефтехимических установок. Французский инженер Арман Саваль разработал свой паровой регулятор примерно в 1846 году. В 1877 году Эрнест Сольве получил патент США на тарельчатую колонну для перегонки аммиака, и в те же и последующие годы эта тема была усовершенствована для масла и спирта.

С появлением химической инженерии как дисциплины в конце 19 века можно было применять научные, а не эмпирические методы.Развитие нефтяной промышленности в начале 20 века послужило толчком к развитию точных методов проектирования, таких как метод Маккейба-Тиле и уравнение Фенске. Наличие мощных компьютеров также позволило осуществлять прямое компьютерное моделирование дистилляционных колонн.

Применение дистилляции

Применение дистилляции можно условно разделить на четыре группы: лабораторные масштабы, промышленная дистилляция, дистилляция трав для парфюмерии и лекарственных средств (травяной дистиллят) и пищевая промышленность.Последние два существенно отличаются от первых двух тем, что при обработке напитков и трав дистилляция используется не как настоящий метод очистки, а скорее для переноса всех летучих веществ из исходных материалов в дистиллят.

Основное различие между лабораторной дистилляцией и промышленной дистилляцией заключается в том, что лабораторная дистилляция часто выполняется периодически, тогда как промышленная дистилляция часто происходит непрерывно. При периодической перегонке в процессе перегонки изменяется состав исходного сырья, паров перегонных соединений и дистиллята.При периодической перегонке в дистиллятор загружают (поставляют) партию исходной смеси, которая затем разделяется на составляющие ее фракции, которые собираются последовательно от наиболее летучих к менее летучим, при этом кубовые остатки (оставшиеся наименее или нелетучие фракции) удаляются. в конце. Затем дистиллятор можно перезарядить, и процесс повторится.

При непрерывной перегонке исходные материалы, пары и дистиллят поддерживаются в постоянном составе за счет тщательного пополнения исходного материала и удаления фракций как из пара, так и из жидкости в системе.Это позволяет лучше контролировать процесс разделения.

Идеализированная модель дистилляции

Температура кипения жидкости – это температура, при которой давление паров жидкости равняется давлению вокруг жидкости, что позволяет пузырькам образовываться, не разрушаясь. Особым случаем является нормальная температура кипения, когда давление паров жидкости равно атмосферному давлению окружающей среды.

Распространено заблуждение, что в жидкой смеси при данном давлении каждый компонент кипит при температуре кипения, соответствующей данному давлению, и пары каждого компонента будут собираться отдельно и чисто.Однако этого не происходит даже в идеализированной системе. Идеализированные модели дистилляции в основном подчиняются законам Рауля и законам Дальтона и предполагают, что достигается парожидкостное равновесие.

Закон Рауля гласит, что давление паров раствора зависит от 1) давления паров каждого химического компонента в растворе и 2) доли раствора, которую каждый компонент составляет, т. е. мольной доли. Этот закон применим к идеальным растворам или растворам, которые имеют другие компоненты, но молекулярные взаимодействия которых такие же или очень похожи на чистые растворы.

Закон Дальтона гласит, что общее давление равно сумме парциальных давлений каждого отдельного компонента смеси. Когда многокомпонентная жидкость нагревается, давление пара каждого компонента увеличивается, что приводит к увеличению общего давления пара. Когда общее давление пара достигает давления, окружающего жидкость, происходит кипение, и жидкость превращается в газ по всему объему жидкости. Отметим, что смесь данного состава имеет одну температуру кипения при данном давлении, когда компоненты взаимно растворимы.Смесь постоянного состава не имеет кратных температур кипения.

Значение одной точки кипения заключается в том, что более легкие компоненты никогда не «кипятятся первыми». При температуре кипения все летучие компоненты кипят, но для компонента его процентное содержание в паре такое же, как его процентное содержание в общем давлении паров. Более легкие компоненты имеют более высокое парциальное давление и, таким образом, концентрируются в паре, но более тяжелые летучие компоненты также имеют (меньшее) парциальное давление и обязательно также испаряются, хотя и менее концентрированы в паре.Действительно, периодическая перегонка и фракционирование достигаются за счет изменения состава смеси. При периодической перегонке шихта испаряется, что меняет ее состав; при фракционировании жидкость выше в колонне фракционирования содержит больше света и кипит при более низких температурах. Поэтому, начиная с данной смеси, она имеет интервал кипения вместо точки кипения , хотя это происходит потому, что изменяется ее состав: каждая промежуточная смесь имеет свою собственную, особую температуру кипения.

Идеализированная модель точна в случае химически сходных жидкостей, таких как бензол и толуол. В других случаях наблюдаются серьезные отклонения от закона Рауля и закона Дальтона, особенно в смеси этанола и воды. Эти соединения при совместном нагревании образуют азеотроп, представляющий собой композицию с температурой кипения выше или ниже температуры кипения каждой отдельной жидкости. Практически все жидкости при смешивании и нагревании проявляют азеотропное поведение. Хотя существуют вычислительные методы, которые можно использовать для оценки поведения смеси произвольных компонентов, единственный способ получить точные данные о парожидкостном равновесии — это измерение.

Невозможно полностью очистить смесь компонентов путем перегонки, так как для этого потребуется, чтобы каждый компонент смеси имел нулевое парциальное давление. Если целью являются сверхчистые продукты, необходимо применять дополнительное химическое разделение. Когда бинарная смесь испаряется, а другой компонент, т.е. соль, имеет нулевое парциальное давление для практических целей, процесс проще и называется в технике испарением.

Периодическая перегонка

Партия все еще показывает разделение А и В.

Нагревание идеальной смеси двух летучих веществ А и В (где А имеет более высокую летучесть или более низкую температуру кипения) в установке периодической дистилляции (например, в аппарате, изображенном на вступительном рисунке) до тех пор, пока смесь не закипит, что приводит к пара над жидкостью, содержащей смесь А и В. Соотношение между А и В в паре будет отличаться от соотношения в жидкости: соотношение в жидкости будет определяться тем, как была приготовлена ​​исходная смесь, а соотношение соотношение в паре будет обогащено более летучим соединением А (согласно закону Рауля, см. выше).Пар проходит через конденсатор и удаляется из системы. Это, в свою очередь, означает, что соотношение соединений в оставшейся жидкости теперь отличается от исходного соотношения (т. е. больше обогащено бором, чем исходная жидкость).

В результате меняется соотношение в жидкой смеси, она становится богаче компонентом В. Это вызывает повышение температуры кипения смеси, что, в свою очередь, приводит к повышению температуры пара, что приводит к изменению соотношение A : B в газовой фазе (по мере продолжения дистилляции доля B в газовой фазе увеличивается).Это приводит к медленно изменяющемуся соотношению А : В в дистилляте.

Если разница в давлении паров между двумя компонентами А и В велика (обычно выражается как разница в температурах кипения), смесь в начале перегонки сильно обогащена компонентом А, и когда компонент А отгоняется, кипящая жидкость обогащена компонентом В.

Непрерывная перегонка

Непрерывная перегонка – это непрерывная перегонка, при которой жидкая смесь непрерывно (без перерыва) подается в процесс, а отделенные фракции удаляются непрерывно по мере возникновения выходных потоков во время работы.Непрерывная дистилляция дает как минимум две фракции на выходе, включая как минимум одну летучую фракцию дистиллята, которая кипятится и отдельно улавливается в виде пара, а затем конденсируется в жидкость. Всегда существует кубовая фракция (или остаток), представляющая собой наименее летучий остаток, который не был уловлен отдельно в виде конденсированного пара.

Непрерывная перегонка отличается от периодической перегонки тем, что концентрации не должны изменяться с течением времени. Непрерывную перегонку можно проводить в стационарном режиме в течение произвольного промежутка времени.Для любого исходного материала определенного состава основными переменными, влияющими на чистоту продуктов при непрерывной перегонке, являются флегмовое число и количество теоретических равновесных ступеней, на практике определяемых количеством тарелок или высотой насадки. Рефлюкс представляет собой поток из конденсатора обратно в колонну, который создает рециркуляцию, обеспечивающую лучшее разделение с заданным количеством тарелок. Равновесные стадии — это идеальные стадии, на которых композиции достигают равновесия пар-жидкость, повторяя процесс разделения и обеспечивая лучшее разделение при заданном флегмовом числе.Колонна с высоким флегмовым числом может иметь меньше ступеней, но она кипятит с обратным холодильником большое количество жидкости, что дает широкую колонну с большой задержкой. И наоборот, колонна с низким флегмовым числом должна иметь большое количество ступеней, что требует более высокой колонны.

Лабораторная перегонка

Типичная лабораторная дистилляционная установка

Перегонки в лабораторных масштабах почти всегда проводятся в периодическом режиме. Устройство, используемое при дистилляции, иногда называемое дистиллятором , состоит как минимум из ребойлера или котла , в котором нагревается исходный материал, конденсатора , в котором нагретый пар охлаждается обратно до жидком состоянии и приемник , в котором собирается концентрированная или очищенная жидкость, называемая дистиллятом .Существует несколько методов дистилляции в лабораторных масштабах (см. Также типы дистилляции).

Простая перегонка

При простой перегонке пар сразу направляется в конденсатор. Следовательно, дистиллят не является чистым, а его состав идентичен составу паров при данной температуре и давлении. Эта концентрация подчиняется закону Рауля.

В результате простая перегонка эффективна только в том случае, если точки кипения жидкостей сильно различаются (эмпирическое правило: 25 °C) или при отделении жидкостей от нелетучих твердых веществ или масел.В этих случаях давления паров компонентов обычно достаточно различны, чтобы дистиллят мог быть достаточно чистым для использования по назначению.

Фракционная перегонка

Основная статья: Фракционная перегонка

Во многих случаях температуры кипения компонентов в смеси будут достаточно близкими, поэтому необходимо учитывать закон Рауля. Следовательно, фракционная перегонка должна использоваться для разделения компонентов с помощью повторяющихся циклов испарения-конденсации в насадочной ректификационной колонне.Это разделение путем последовательных дистилляций также называется ректификацией .

При нагревании очищаемого раствора его пары поднимаются в ректификационную колонну. Поднимаясь, он охлаждается, конденсируясь на стенках конденсатора и поверхностях набивочного материала. Здесь конденсат продолжает нагреваться поднимающимися горячими парами; он снова испаряется. Однако состав свежих паров снова определяется законом Рауля. Каждый цикл испарения-конденсации (называемый теоретической тарелкой ) дает более чистый раствор более летучего компонента.В действительности каждый цикл при данной температуре не происходит в одном и том же месте ректификационной колонны; Таким образом, теоретическая тарелка является скорее концепцией, чем точным описанием.

Чем больше теоретических тарелок, тем лучше разделение. В системе дистилляции с вращающейся лентой используется вращающаяся лента из тефлона или металла, чтобы обеспечить тесный контакт восходящих паров с нисходящим конденсатом, увеличивая количество теоретических тарелок.

Паровая дистилляция

Как и вакуумная перегонка, паровая перегонка представляет собой метод перегонки соединений, чувствительных к нагреванию.Температуру пара легче контролировать, чем поверхность нагревательного элемента, и она обеспечивает высокую скорость теплопередачи без нагрева при очень высокой температуре. Этот процесс включает барботирование пара через нагретую смесь сырья. По закону Рауля часть целевого соединения испарится (в соответствии с его парциальным давлением). Паровая смесь охлаждается и конденсируется, обычно образуя слой масла и слой воды.

Паровая дистилляция различных ароматических трав и цветов может дать два продукта; эфирное масло, а также водянистый травяной дистиллят.Эфирные масла часто используются в парфюмерии и ароматерапии, а водные дистилляты широко применяются в ароматерапии, пищевой промышленности и уходе за кожей.

Диметилсульфоксид обычно кипит при 189°С. В вакууме он перегоняется в ресивер при температуре всего 70 °C. Perkin Triangle Distillation Setup
1: мешалка для мешалки / против наталки, гранулы 2: Натюрморт 3: фракционирующий столбец 4: Температура термометра / температура кипения 5: Teflon Tap 1 6: Холодный палец 7: Выход охлаждающей воды 8: Вход охлаждающей воды 9: Тефлоновый кран 2 10: Вход вакуума/газа 11: Тефлоновый кран 3 12: Ресивер

Вакуумная перегонка

Некоторые соединения имеют очень высокие температуры кипения.Чтобы кипятить такие соединения, часто лучше понизить давление, при котором такие соединения кипятят, а не повышать температуру. Как только давление снижается до давления паров соединения (при заданной температуре), можно начинать кипение и остальную часть процесса дистилляции. Этот метод называется вакуумной перегонки и обычно используется в лаборатории в виде роторного испарителя.

Этот метод также очень полезен для соединений, температура кипения которых превышает их температуру разложения при атмосферном давлении, и которые, следовательно, будут разлагаться при любой попытке их кипячения при атмосферном давлении.

Молекулярная перегонка – перегонка в вакууме при давлении ниже 0,01 торр. 0,01 торр — это на порядок выше высокого вакуума, когда жидкости находятся в режиме свободномолекулярного течения, т. е. длина свободного пробега молекул сравнима с размерами оборудования. Газовая фаза уже не оказывает значительного давления на испаряемое вещество, и, следовательно, скорость испарения больше не зависит от давления. То есть, поскольку континуальные предположения гидродинамики больше не применяются, массоперенос регулируется молекулярной динамикой, а не гидродинамикой.Таким образом, необходим короткий путь между горячей поверхностью и холодной поверхностью, как правило, путем подвешивания горячей плиты, покрытой пленкой корма, рядом с холодной плитой с прямой видимостью между ними. Молекулярная дистилляция используется в промышленности для очистки масел.

Промышленная перегонка

Типичные промышленные дистилляционные башни

Крупномасштабная промышленная дистилляция применяется как в периодической, так и в непрерывной фракционной, вакуумной, азеотропной, экстракционной и паровой дистилляции.Наиболее широко промышленное применение непрерывной стационарной фракционной перегонки осуществляется на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических заводах, а также на заводах по переработке природного газа.

Для контроля и оптимизации такой промышленной дистилляции установлен стандартизированный лабораторный метод ASTM D86. Этот метод испытаний распространяется на перегонку нефтепродуктов при атмосферном давлении с использованием лабораторной перегонной установки периодического действия для количественного определения характеристик диапазона кипения нефтепродуктов.

Промышленная дистилляция обычно выполняется в больших вертикальных цилиндрических колоннах, известных как дистилляционные колонны или дистилляционные колонны , диаметром от примерно 65 сантиметров до 16 метров и высотой от примерно 6 метров до 90 метров и более. Когда технологическое сырье имеет разнообразный состав, например, при перегонке сырой нефти, выпуски жидкости с интервалами вверх по колонне позволяют отбирать различные фракции или продукты, имеющие разные точки кипения или интервалы кипения.Самые «легкие» продукты (с самой низкой температурой кипения) выходят из верхней части колонны, а самые «тяжелые» продукты (с самой высокой температурой кипения) выходят из нижней части колонны и часто называются остатками .

В промышленных колоннах

используется орошение для достижения более полного разделения продуктов. Рефлюкс относится к части конденсированного жидкого продукта верхнего погона из дистилляционной или ректификационной колонны, который возвращается в верхнюю часть колонны, как показано на схематической диаграмме типичной крупномасштабной промышленной дистилляционной колонны.Внутри колонны стекающая вниз флегма обеспечивает охлаждение и конденсацию восходящих паров, тем самым повышая эффективность дистилляционной колонны. Чем больше флегмы предусмотрено для данного количества теоретических тарелок, тем лучше колонна отделяет материалы с более низкой температурой кипения от материалов с более высокой температурой кипения. В качестве альтернативы, чем больше флегмы обеспечивается для заданного желаемого разделения, тем меньшее количество теоретических тарелок требуется. Инженеры-химики должны выбрать, какая комбинация скорости флегмы и количества тарелок экономически и физически целесообразна для продуктов, очищаемых в дистилляционной колонне.

Такие промышленные фракционирующие колонны также используются в криогенном разделении воздуха, производя жидкий кислород, жидкий азот и аргон высокой чистоты. Перегонка хлорсиланов также позволяет производить кремний высокой чистоты для использования в качестве полупроводника.

Конструкция и работа дистилляционной колонны зависят от сырья и желаемых продуктов. При наличии простой подачи бинарных компонентов можно использовать аналитические методы, такие как метод Маккейба-Тила или уравнение Фенске. Для многокомпонентного корма имитационные модели используются как для проектирования, так и для эксплуатации.Более того, эффективность устройств контакта пар-жидкость (называемых «тарелками» или «тарелками»), используемых в дистилляционных колоннах, обычно ниже, чем у теоретической ступени равновесия со 100% эффективностью. Следовательно, в дистилляционной башне требуется больше тарелок, чем теоретических ступеней парожидкостного равновесия. Было предложено множество моделей для оценки эффективности тарелок.

В современных промышленных целях в колонне вместо тарелок используется набивочный материал, когда требуется низкий перепад давления в колонне.Другими факторами, которые благоприятствуют упаковке, являются: вакуумные системы, колонны меньшего диаметра, коррозионные системы, системы, склонные к пенообразованию, системы, требующие низкой задержки жидкости, и периодическая дистилляция. И наоборот, факторами, которые благоприятствуют тарельчатым колоннам, являются: наличие твердых частиц в сырье, высокие скорости жидкости, большие диаметры колонн, сложные колонны, колонны с широким диапазоном состава сырья, колонны с химической реакцией, абсорбционные колонны, колонны, ограниченные допуском по весу фундамента, низкая расход жидкости, большой динамический диапазон и те процессы, которые подвержены технологическим скачкам.

Крупногабаритная промышленная вакуумная дистилляционная колонна

Этот набивочный материал может представлять собой набивку с произвольным сбросом (шириной 1–3 дюйма), такую ​​как кольца Рашига или структурированный листовой металл. Жидкости имеют тенденцию смачивать поверхность набивки, и пары проходят через эту смачиваемую поверхность, где происходит массоперенос. В отличие от обычной тарельчатой ​​перегонки, при которой каждая тарелка представляет собой отдельную точку парожидкостного равновесия, кривая парожидкостного равновесия в насадочной колонне является непрерывной.Однако при моделировании насадочных колонн полезно рассчитать ряд «теоретических стадий», чтобы обозначить эффективность разделения насадочной колонны по сравнению с более традиционными тарелками. Насадки разной формы имеют разную площадь поверхности и пустоты между насадками. Оба эти фактора влияют на эффективность набивки.

Другим фактором, помимо формы и площади поверхности набивки, влияющим на характеристики случайной или структурированной насадки, является распределение жидкости и пара, поступающих в насадочный слой.Количество теоретических ступеней, необходимых для данного разделения, рассчитывается с использованием определенного соотношения пара и жидкости. Если жидкость и пар неравномерно распределяются по поверхности колонны при входе в насадочный слой, соотношение жидкости и пара в насадочном слое будет неправильным, и требуемое разделение не будет достигнуто. Будет казаться, что упаковка не работает должным образом. Высота, эквивалентная теоретической тарелке (HETP), будет больше ожидаемой. Проблема заключается не в самой набивке, а в неправильном распределении жидкостей, поступающих в насадочный слой.Неправильное распределение жидкости является более частой проблемой, чем пар. Конструкция распределителей жидкости, используемых для подачи сырья и орошения в насадочный слой, имеет решающее значение для обеспечения максимальной эффективности насадки. Методы оценки эффективности распределителя жидкости для равномерного распределения жидкости, поступающей в уплотненный слой, можно найти в справочных материалах. Значительная работа по этой теме была проделана компанией Fractionation Research, Inc. (широко известной как FRI).

Что такое процесс дистилляции?

Дистилляция – это процесс очистки вещества, при котором чистые вещества извлекаются из смеси.

Существуют различные типы процессов перегонки, в том числе фракционная перегонка, простая перегонка, перегонка с паром и вакуумная перегонка.

Дистилляция имеет несколько коммерческих и промышленных применений. Например, его можно использовать для перегонки вина. Фактически, хорошо задокументированное использование дистилляции можно проследить еще в 13 веке, когда ее использовали для дистилляции спирта из вина. Это возможно, потому что разница в температуре кипения воды и этанола позволяет выделить из вина более чистое количество спирта.

Другим важным применением дистилляции является нефтяная промышленность, где фракционная перегонка используется для очистки сырой нефти в различные виды коммерческого топлива, такие как бензин и дизельное топливо.

Что такое дистилляция?

Процесс дистилляции обычно включает три основных этапа: 

  1. Превращение желаемой жидкости из смеси в пар
  2. Конденсат очищенной жидкости
  3. Сборник конденсата

Конкретные типы процессов дистилляции могут иметь еще несколько стадий, например, фракционная перегонка сырой нефти (подробнее об этом ниже).

 

Как правило, к перегоняемой смеси прикладывают тепло, соответствующее температуре кипения желаемой жидкости. В других случаях давление понижают для оптимизации процесса дистилляции.

Ниже приведена иллюстрация базовой лабораторной дистилляционной установки:

В этом примере извлекаемой жидкостью является пресная вода. При подаче тепла от пламени горелки Бунзена на колбу с морской водой вода закипает и испаряется.Водяной пар охлаждается и перенаправляется конденсатором в колбу Эрленмейера по каплям.

Вода, текущая во внешней охлаждающей трубке, окружающей внутреннюю конденсационную трубку, способствует конденсации водяного пара. Поскольку соль твердая и имеет очень высокую температуру кипения, она не испаряется с водой. В результате дистиллят получается пресноводный.

Этот процесс известен как опреснение воды и широко используется в некоторых странах с дефицитом пресной воды, например, на Ближнем Востоке.

Как работает процесс дистилляции?

Процесс дистилляции основан на «возбуждении» молекул перегоняемой жидкости путем ее нагревания, что способствует испарению. Крайне важно, чтобы была известна точная температура кипения предполагаемого дистиллята.

Кроме того, температура жидкой смеси должна тщательно контролироваться, и температура должна поддерживаться на уровне или очень близко к температуре кипения предполагаемого дистиллята. В противном случае вместе с целевым дистиллятом могут испариться и другие примеси.

В смесях, содержащих растворенные твердые вещества, такие как растворы солей, относительно легко выделить жидкий растворитель из смеси. Это связано с тем, что жидкие растворители, такие как вода, обычно имеют более низкую температуру кипения, чем их растворенные вещества. В простых случаях, например при перегонке спирта из вина, температуру необходимо просто поддерживать на уровне температуры кипения предполагаемого дистиллята.

Например, этанол (спирт в вине) имеет температуру кипения 78,37°C.Это означает, что сама винная смесь, состоящая в основном из воды, не должна кипеть при 100°C (точка кипения воды). В противном случае вода испарится вместе со спиртом. Насколько это возможно, температура смеси должна поддерживаться на точном уровне кипения предполагаемого дистиллята.

После того, как пар был собран, ему нужно дать остыть при комнатной температуре, чтобы он сконденсировался в жидкость. Затем его собирают в контейнер либо для хранения, либо для дальнейшей обработки.

Часто дистилляты не имеют 100%-ной концентрации и все еще могут содержать некоторое количество примесей, особенно исходный растворитель. Поэтому, если вы хотите получить дистиллят более высокой чистоты, необходима дополнительная перегонка.

Перегонка – это химический или физический процесс?

Дистилляция — это физический процесс, поскольку он включает фазовый переход от жидкости к газу (пару), а затем обратно к жидкости. Как правило, в процессе дистилляции не предполагается никаких химических изменений.Тем не менее, в процессе дистилляции могут произойти некоторые случайные или случайные химические реакции. Риск этого возрастает по мере увеличения масштаба.

Например, перегонка легковоспламеняющихся жидкостей может привести к возгоранию или даже взрыву. В некоторых случаях жидкости также могут реагировать с компонентами дистилляционного оборудования. Некоторые жидкости могут даже реагировать с кислородом или примесями в воздухе после испарения. Посмотрите презентацию о случайном взрыве на заводе по производству винилхлоридного мономера (ВХМ).

Какие существуют виды дистилляции?

Существует несколько различных типов дистилляции в зависимости от области применения в промышленности. Точные пошаговые детали процесса и оборудования каждого типа выходят за рамки этой статьи, но мы опишем обобщенный процесс и концепции каждого из них.

1. Фракционная перегонка

Как мы упоминали ранее, фракционная перегонка обычно используется в нефтяной промышленности для разделения многих компонентов сырой нефти.Это необходимо, потому что точки кипения этих компонентов слишком близки друг к другу, чтобы простая перегонка не дала результата.

Фракционная перегонка — это многоступенчатый процесс разделения различных видов ископаемого топлива, таких как керосин и тяжелая нефть. Температура на различных этапах точно контролируется. На приведенном ниже рисунке показана фракционная перегонка ископаемого топлива:

.

2. Простая перегонка

Простая перегонка используется, когда температуры кипения жидкостей в смеси сильно различаются.Как правило, он используется для перегонки жидкостей с разницей температур кипения не менее 100°C. Как следует из названия, разделить эти жидкости относительно легко, потому что есть достаточно места для колебаний температуры, которые не повлияют на испарение одной из жидкостей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*