Що таке ректифікація? Опис процесу і застосування в промисловості
Спирти щільно увійшли в наше життя. І це не тільки алкоголь. Отримують його шляхом бродіння з наступною перегонкою. І часто люди помилково думають, що ректифікація - це перегонка вдруге. Насправді це багаторазова прогін спиртовмісних рідин в спеціальних колонах. В результаті зустрічі двох потоків - рідини і пара - виходить чистий спирт. Давайте розберемося, що таке ректифікація, більш докладно.
Спирт і його властивості
Але для початку розберемося, що ж таке спирт. Слово було запозичене з латинської мови і означає «дух». Якщо витримані всі нормальні умови, то це буде безбарвна, прозора рідина з різким смаком і характерним ароматом. Чистий спирт буде міцним в діапазоні від 95,6 до 100%.
Зі спиртними напоями людство знайоме давно, як з перебродившим соком натуральних ягід і фруктів. Тоді це були напої з низьким вмістом спирту. Але з розвитком хімічних знань люди отримували все більш і більш міцні напої. Але тільки в самому кінці XVIII століття змогли отримати 100% спирт ректифікат. Автором винаходу був російський хімік Ловиц Т. Є.
Що таке ректифікація
Слово прийшло в нашу мову з латинської мови і означає виправлення, виправлення. Це один із способів, який використовують в промисловості, лабораторіях або в домашніх умовах, щоб розділити змішані між собою рідини.
Заснований процес ректифікації на різниці в розподілі змішаних компонентів між фракціями пара і рідини. При цьому процесі потік пара рухається назустріч потоку рідини, вони контактують один з одним, обмінюючись теплом і масою до настання рівноваги в системі. Все це відбувається в спеціальному приладі, який називається ректифікації колонний апарат.
В процесі зустрічі потоків висхідний паровий потік вбирає в себе все летючі компоненти, а стікає рідина - менш леткі. Як і в процесі дистиляції - ще одного процесу отримання спирту, - витрати енергії при ректифікації однакові, але витяг потрібного компонента (в нашому випадку спирту) набагато ефективніше. Ось що таке ректифікація.
Для того щоб рідина і пар взаємодіяли успішніше, в установках використовуються контактні елементи - тарілки або насадки. Вони збільшують ефективність і площа взаємодії двох зустрічних потоків. Принцип їх роботи наступний: пар, що йде вгору, проходить через контактний елемент і накопичилася на ньому рідина, більш інтенсивно обмінюючись масою і теплом. Чим більше буде встановлено в конструкції елементів, тим швидше буде досягатися рівновагу між парою і рідкої фракцією.
Чим ректифікація відрізняється від процесу дистиляції, розглянемо в наступній таблиці.
Відмінність ректифікації від дистиляції
| відмінність | дистиляція | ректифікація спирту |
| Отримана міцність напою | Залежить від кількості перегонок і якості апарату, може варіюватися від 40 до 65 об. | Може досягати 96 об. |
| якість напою | Аромат і післясмак використаного сировини зберігається. | Спирт-ректифікат, без інших домішок. |
| Отримання чистих фракцій | Надзвичайно слабке якість поділу, речовини перемішуються, і виправити це можливості немає. | Якщо містяться речовини, закипає при різній температурі, то на виході вони будуть чистими. |
| Видалення шкідливих для здоров`я речовин | Для якісного видалення сивушних масел потрібно мінімум дві перегонки. | Якщо дотримані всі технології, прибираються повністю. |
| спиртові втрати | Навіть якщо слідувати всім правилам, тільки 80% від загальної кількості буде вилучено. | Практично без втрат. Всього від 1 до 3% може загубитися. |
| Вибухо- і пожежонебезпека | Прилад досить простий, але ризик все-таки є. | Устаткування досить складне, і якщо буде допущена помилка, то можливий вибух. |
Устаткування для ректифікації
Для даного процесу можуть використовуватися два типи обладнання: установка з безперервним і періодичним дією. Перший тип використовується в промисловості, так як для регулювання роботи використовується автоматика - дорога і складна. Для лабораторій використовується другий, більш простий і дешевий тип обладнання. У ньому встановлені елементарні засоби регулювання відбору - градусник і манометрический вимірювач зміни тиску на колоні.
Будова ректифікаційної колони
Класична схема ректифікаційної колони виглядає наступним чином. На випарному кубі встановлюється вертикальна колона (ще її називають царга) і дефлегматор з кінцевиком. Така установка не вимагає складних механізмів, тільки кран для відбору, оглядове скло, термометр, і іноді регулятор потужності.
Слід пам`ятати, що чим більше висота колони, тим інтенсивніше буде масо- і теплообмін двох потоків. А ректифікація спирту буде краще.
Принцип роботи колони
Наповнюється куб максимально на дві третини його обсягу спиртовмісної сумішшю, перевіряється герметичність стиків, закривається кран відбору і подається охолоджуючий елемент (найчастіше вода). Тільки зараз можна включати нагрівання.
Важливо знати: ніколи не можна закривати два штуцери (відбору ректифікату і подачі води) одночасно, від цього колона може просто вибухнути під дією утворився надмірний тиск!
Нагрівачем рідина, залита в куб, доводиться до кипіння, і отриманий пар піднімається. Потім, потрапивши в дефлегматор, конденсується і стікає по стінках, знову контактуючи з піднімається вгору новим паром. Знову потрапляє на нагрівач, стає паром, і процес повторюється.
Через якийсь час пар і рідина приходять в рівновагу, а у верхній частині накопичується фракція з низькою температурою кипіння (метанол). У нижній - з високою (сивушні масла). Тепер їх можна відбирати.
Рівновага визначається по збереженню температури протягом 10 хвилин. До цього моменту пристрій чіпати не треба.
Вузол відбору колони
Що з себе являє вузол відбору? Найчастіше це невеликий бортик, який гальмує, не даючи стікати, флегму (сконденсовану з пара рідина). Якщо відкрити кран вузла відбору, то затримана флегма стікає в холодильник, перетворюючись в спирт-ректифікат.
Та ж рідина, яка не забарилася на бортику, стікає далі вниз, щоб знову повторити цикл. У промислових установках можна встановлювати співвідношення між ректифікатом і флегмою, яка повертається (флегмовое число) за допомогою крана. Від цього числа залежить чистота і процентний вміст спирту. Чим воно вище, тим спирт чистіше.
Буває, що відбувається таке неприємне явище, як захлеб ректифікаційної колони. Інформацію про те, що це сталося, показує сильний шум булькаючого типу всередині самої конструкції. Причин, чому стався захлеб, може бути кілька, розглянемо їх.
Коли колона захлинається
Максимальна швидкість руху пара в кожній конструкції різна. Коли вона досягається, флегма уповільнює свій рух в кубі, а потім і зовсім може зупинитися. Скупчення її в ректифікаційної частини викликає зупинку процесу тепло- і масообміну. результат - перепад тиску (часто дуже різкий) і поява сторонніх шумів.
Відео: Промислові роботи в СРСР
причини «Захлеб»:
- найчастіше це нагрівання вище допустимого;
- переповнення куба або засмічення його частинками спиртовмісної складу;
- у високогір`ї основною причиною є низький атмосферний тиск;
- стрибок напруги, через якого виростає потужність Тена;
- несправності і помилки в конструкції.
Відео: Повітряно-дугове стругання металу
Тепер ви знаєте, що таке ректифікація. Отриманий в результаті цього процесу спирт має жорсткий смак (так званий технічний спирт). Його можна використовувати для технічних цілей, але для харчової промисловості його потрібно буде ще допрацьовувати - розбавляти, фільтрувати і наполягати.
Для кращого очищення отриману сировину піддають процесу углеванія (пропускання через активоване вугілля). В результаті цієї процедури спирт придбає «М`якість», а сивушні масла (Невелика їх кількість завжди потрапляє в спирт, навіть якщо ви використовували процес дрібного відбору) будуть пов`язані вугіллям. Насправді це класична процедура приготування відомої російської горілки.
Після проведення процедур розведення і углеванія напою потрібно дати відпочинок. Просто залиште його на кілька днів у скляній ємності. Горілка буде йти м`якше, а якщо не перебирати, то і похмілля не буде.
