Способ дистилляции или перегонки. Дистилляция

Перегонка – процесс, включающий частичное испарение разделяемой смеси с последующей конденсацией образующихся паров, осуществляемые однократно или многократно. В результате конденсации получают жидкости, состав которых отличается от состава исходной смеси.

Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре.

В простейшем случае смеси являются бинарными. Получаемый при их перегонке пар содержит относительно большое количество наиболее летучего (низкокипящего) компонента (НКК ), а неиспарившаяся жидкость обогащается труднолетучим (высококипящим) компонентом (ВКК ).

Жидкость, образующаяся в результате конденсации паров, называется дистиллятом (ректификатом). А неиспарившаяся жидкая часть исходной смеси называется остатком.

Различают два вида перегонки – простая перегонка (дистилляция) и ректификация.

Простая перегонка – процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. Простая перегонка используется только для разделения смесей, летучести компонентов которой существенно различаются. Метод используется для предварительного (грубого) разделения смесей и для очистки сложных смесей от нежелательных компонентов. Для более четкого разделения используют ректификацию.

Ректификация – процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс протекает путем контакта потоков жидкости и пара, имеющих различную температуру и осуществляется в аппаратах колонного типа. В результате такого контакта пары, покидающие аппарат, представляют собой практически чистый НКК, а остаток представляет собой практически чистый ВКК.

Простая перегонка

А) Перегонку проводят путем постепенного испарения жидкости, находящейся в т.н. перегонном кубе. Образующиеся при этом пары отводятся и конденсируются. Процесс может осуществляться периодически или непрерывно. При периодическом процессе с течением времени уменьшается количество остатка в кубе и меняется состав дистиллята и остатка. В этой связи отбирают несколько фракций дистиллята, имеющие различный состав. Простая перегонка при этом называется фракционной или дробной.

Простую перегонку проводят при атмосферном давлении или под вакуумом. Вакуум позволяет снизить температуру кипения и используется для разделения термически нестойких смесей.

Б) Перегонка с водяным паром. Используется также для понижения температуры кипения смеси. Если компоненты смеси не растворимы в воде, то ее используют в качестве дополнительного компонента, вводимого в куб аппарата в виде острого пара. Метод используют для разделения смеси веществ с температурами кипения более 100 0 С.

Аппарат в этом случае обогревается глухим паром через рубашку, а в нижнюю часть подают острый перегретый пар; он играет роль теплоносителя с одной стороны и способствует снижению т.кип. – с другой. Образующиеся пары охлаждаются и конденсируются и направляются в сепаратор для разделения воды и дистиллятного продукта; дистиллят затем поступает в сборник продукта.

Дистилляция и ректификация широко используются в промышленности. Этими способами очищают этиловый спирт, из нефти выделяют керосин, бензин, ДТ и прочие компоненты, в парфюмерии получают ароматические вещества и многое другое.

В основу обеих технологий положен один и тот же принцип перегонки жидкости. Тем не менее, различия есть, и довольно серьезные.

Определение, схема устройств и принцип работы

Дистилляция

Дистилляцией называется процесс, в ходе которого жидкость, находящаяся в кубе (емкости) нагревается и испаряется, после чего охлаждается и конденсируется. Пар в итоге может переводиться в жидкость или твердое тело (второй вариант в данной статье не рассматривается). Продукт на выходе называется дистиллят. Или кубовый остаток (так называется жидкость, которая не испарилась), в зависимости от того, с какой целью перегоняли исходную смесь.

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)

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:

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 – способ разделения и рафинирования различных веществ с помощью перегонки и выпаривания. Чаще всего этому процессу поддаются вещества, состоящие из двух компонентов. Известные примеры: разделение нефти, дистилляция спирта , создание духов. Ученые различают дистилляцию с получением жидких и твердых продуктов – остаток или конденсат. До 10 века дистиллировали только эфирные масла.

Что собой представляет дистилляция алкоголя

Дистилляцию используют в промышленности для разделения различных жидкостей. Дистилляция алкоголя – это отделение этилового спирта от спиртосодержащих продуктов. В результате этого процесса испаряются летучие соединения из смеси, которая прошла процесс брожения.

Основной процесс построен на двух этапах:

Жидкость преобразуется в пар с помощью процесса дистилляции.
Полученный пар конденсируется. После процесса охлаждения снова становится жидкостью.

Спирт имеет свойство быстро испаряться, что обусловлено его температурой кипения +78С. Вода испаряется медленнее, ведь закипает при 100С. После испарения происходит процесс конденсации.

На самом деле, осуществить дистилляцию можно и в домашних условиях. По-простому это называется «перегонка». А на выходе из аппарата выходит самогон. Людей, которые изготавливают и употребляют его немало. Однако это делать не рекомендуется. Ранее он не использовался для употребления в организм, а создавался в качестве горючего вещества.

Внимание! Самогон – это крепкий напиток, который имеет в составе вредные для организма человека вещества, смолы, хотя он и считается высококачественным продуктом.

Бренди, текила и абсент по сути тот же самогон. После процесса дистилляции их наделили ароматом и привкусом. Для изготовления этого напитка можно использовать не только брагу на дрожжах. В качестве сырья могут использоваться фрукты, крупы (гречка, рис), каштан, даже томатная паста и картофель!

В домашней обстановке можно изготовить не только самогон, но даже абсент

Несмотря на то, что самогон опасен для здоровья, в России его изготовление издавна было прихотью аристократов. А первый рецепт датирован 6 веком!

Сегодня у любого из нас есть возможность получать самогон в домашних условиях, ведь аппарат для его производства очень прост и состоит из трех частей:

емкость для сырья. В колбообразную емкость заливают сырьевой продукт. Процесс начинается с ее нагрева, для чего внизу располагается нагревательный элемент. Для контролирования процесса нужно знать температуру. На колбу устанавливается термометр, за показаниями которого следует следить;
вторая деталь – трубка, которая соединяет первую емкость со второй. Для того чтобы происходил процесс охлаждения, она направлена вниз. Так пар стекает уже в жидком состоянии в другую емкость.
спирт оседает в третьем отсеке аппарата. Эта колба по размеру меньше первой и расположена ниже.

Процесс нужно остановить в тот момент, когда спирт испарится, а в емкости останется только вода.

Виды дистилляции

Дистилляцию алкоголя разделяют на несколько видов:

простая;
фракционная;
ректификация.

Простая перегонка является первой частью фракционной. А вот последний вид имеет значительные отличия от первых двух, ведь на выходе получается продукт, который имеет не только более качественный состав и крепость, его также используют для приготовления других алкогольных напитков.

Простая

Метод простой дистилляции раньше использовался не для производства алкоголя. Древние Египтяне делали краску из порченных виноградных плодов, а также других фруктов.

Процесс состоит из нескольких этапов:

Перегонка спирта начинается с приготовления браги. Самый популярный рецепт включает в себя дрожжи и сахарный сироп. Растворенные дрожжи (растворяют в воде не более 30С) с сахарным сиропом настаивают около 7 дней.
Полученную бражку через неделю вливают в аппарат для перегонки.
В первой емкости происходит процесс испарения.
Пар конденсируется и переходит в жидкое состояние.

Фракционная

Вид дистилляции, который включает в себя пару этапов, называется фракционный.

В процессе перегонки спирт разделяют на фракции, которые далее разливают отдельно. В дистилляции этанола первую и третью фракции утилизируют.

В первой части процесса образуется дистиллят, который называют «голова».

Важно! Эта часть полученной жидкости имеет высокую концентрацию и содержит в себе вредные вещества. Основная характеристика «головы» неприятный резкий запах. Получить повреждения можно не только при приеме такой жидкости во внутрь, но и при попадании ее на кожу в виде химического ожога. Такую жидкость не используют даже в быту, ее стоит сразу же вылить.

При перегонке спирт необходимо разделять на фракции

Вторая фракция не имеет такого запаха, ее называют «телом». Так как на выходе образуется высококачественный самогон, на этапе его прогона следует быть особо внимательным. Температура при прогоне должна быть не выше 95С. Образуется жидкость с крепостью 35-45%, которая не содержит вредных компонентов и не несет вред здоровью.

Все примеси остаются в последней фракции «хвост». Как и голова, она имеет неприятный сильный запах. Если третья фракция попадет в среднюю, то вся жидкость окажется непригодной для употребления. Поэтому нужно обязательно следить за процессом перегонки и быть осторожным.

Последняя фракция опасна, но повторный ее прогон допускается. А вот «голову» используют максимум для розжига дров.

Преимущества многоступенчатой дистилляции

В процессе многоступенчатой дистилляции одна часть смеси конденсируется, а другая попадает в другую часть аппарата, где процесс конденсации происходит частично.

Аппарат для многоступенчатой дистилляции – целая система:

Пара сухопарников;
4-15 барботеров.

Многоступенчатая дистилляция является более сложным процессом

Эти детали соединяются перегонным кубом и холодильником.

Мокропарник или Барботер – герметичная емкость, в крышке которой находятся два отверстия. Длинная трубка вставляется в первое и лишь немного не доходит до дна. Второе отверстие с более короткой трубкой.

Сухопарник – аналогичная часть. Однако длина обеих трубок одинакова.

Принцип работы состоит в следующем: после нагревания браги ее пары по трубе попадают на дно мокропарника. Здесь происходит конденсация. Тут же часть спирта снова переходит в состояние газа, и выходит из емкости сквозь короткую трубу.

Подобный процесс проходит в сухопарнике. Но из-за короткой трубы спирт в газообразном состоянии не проходит сквозь жидкость. На это уходит меньше времени.

Из барботера спирт в газообразном состоянии попадает в охладитель. В результате получается 90% самогон.

Многие ошибочно считают, что такой метод помогает производить такой же качественный продукт, как и ректификация на производстве. Но это мнение ошибочно. При неправильной организации процесса на выходе может образоваться более опасная жидкость, чем при обычной перегонке. Однако сторонников многоступенчатой дистилляции много, и это оправдывается рядом преимуществ:

при соблюдении правил дистилляции качество выходящего продукта будет значительно выше обычного самогона;
крепость продукта такого метода выше.

Что собой представляет ректификация алкоголя

Ректификационная колонна

Ректификационные колонны были созданы в 1867 году, и основной их целью было производство 96% спирта. Позже стали производить «столовое вино», которое позже называлось водкой.

Производится, когда требуется более качественный спирт. Основная ее особенность – спирт такого способа перегонки более качественный и используется в производстве крепких напитков. Количество примесей ректификата меньше чем у простого самогона.

Основа процесса – разделение смеси способом теплообмена.

Произвести такой процесс в домашних условиях невозможно, так как он предполагает использование специального аппарата. Такой способ перегонки имеет больше этапов:

колба с самогоном нагревается и доводится до кипения;
образуется пар и поднимается в дефлегматор;
охлаждение водой вызывает конденсацию;
полученная жидкость стекает в колбу;
процесс теплообмена образует пар и жидкость, которая опускается. Они взаимодействуют постоянно.
в результате этого вверху вещества переходят в конденсат и стекают.

Существует ошибочное мнение, что ректификация – это просто повторная дистилляция. Но на деле это не так. Важно помнить, что для ректификации не используют брагу. После дистилляции образуется спирт 40%, который используют для дальнейшей ректификации.

Какой метод лучше: дистилляция или ректификация

Однозначно ответить на вопрос, «Какой способ лучше?» сложно, ведь каждый метод имеет свои недостатки и преимущества. Выбор способа перегонки зависит от того, какой продукт должен получиться на выходе.

Конечно, ректификация обещает более качественный напиток, который не так опасен для здоровья. Но методы приготовления некоторых спиртных напитков заставляют прибегать к простому способу дистилляции. Это объясняется особенностями методов перегонки.

Ректификация лишает конечный продукт запаха и вкуса его первоначальной основы. Он отлично подойдет для водки. В некоторых случаях это неуместно. Так, если производят коньяк, используют дистилляцию, ведь этот алкогольный напиток должен иметь запах сырья, из которого изготовлен, его нельзя лишить аромата и вкусовых качеств.

Не менее важным остается дальнейшее хранение алкоголя. Если он произведен способом дистилляции, то перенесет хранение в деревянной бочке. Ректификация предусматривает только дальнейшее разведение. Продукты дистилляции поддаются хранению практически в любых условиях. Это помогает в производстве коньяка.

Перегонка методом дистилляции требует меньших затрат. Во-первых, она производится в один этап и не заберет много усилий, времени. В то время как ректификация предполагает два процесса, что увеличивает расход и время. Во-вторых, аппарат для простой перегонки имеет более простую конструкцию, а также более доступен. Для того чтобы совершить процесс ректификации, нужно пройти первичную дистилляцию.

Ректификация и дистилляция – два совершенно разных способа изготовления спиртовой жидкости, несмотря на их схожесть. Конечный продукт этих процессов разный и используется в разных целях.

Перегонка

Перегонка, или дистилляция, основана на превращении жидкости в пар с последующей конденсацией пара в жидкость. Этим методом отделяют жидкость от растворенных в ней твердых веществ или менее летучих жидкостей. Так, например, с помощью перегонки очищают природную воду от солей, которые в ней содержаться. В результате получается дистиллированная вода, лишенная этих солей или содержащая их лишь в крайне малых количествах.

Для перегонки небольшого количества жидкости в лабораторных условиях применяют приборы для перегонки.

Жидкость закипает тогда, когда давление ее пара сделается равным внешнему давлению (обычно атмосферному). Чистое вещество при постоянном давлении кипит при строго определенной температуре. Смеси кипят при различных (неопределенных) температурах. Поэтому температура кипения является характеристикой чистоты вещества. Вещество тем чище, чем меньше разница между температурой кипения вещества и температурой, при которой оно перегоняется. (1)

С помощью прибора для перегонки можно разделять смеси жидкостей и получать их в чистом виде. Разделение в данном случае основано на различии состава жидкой смеси и ее насыщенного пара. Это хорошо видно из диаграммы рис. 3, на котором показана зависимость температура кипения смеси двух жидкостей (веществ) А и Б от состава жидкой смеси и состава пара, с которым жидкая смесь находится в равновесии. На оси ординат отложены температуры кипения при постоянном давлении, на оси абсцисс - состав жидкой смеси или пара. Начальная точка на оси абсцисс отвечает чистому веществу А (100% вещества А и 0% вещества Б), конечная точка - чистому веществу Б (100% вещества Б и 0% вещества А), промежуточные точки - различным смесям веществ А и Б, например 50% А и 50% Б; 80% А и 20% Б и т.д. Удобства такого способа изображения очевидны. На диаграмме получают две кривые: кривая жидкости (нижняя) выражает состав кипящей жидкости, и кривая пара (верхняя) вырожает состав пара. Как видно, при всех температурах пар имеет иной состав, чем жидкость, т.е. он всегда богаче более летучим компонентом.

Из диаграммы следует, что составу смеси в точке В при температуре кипения t отвечает состав пара в точке Г * , а составу смеси в точке Д при температуре кипения t"отвечает состав пара в точке Е, т.е. с увеличением содержания жидкости А в смеси увеличивается содержание А в парах. Это впервые установлено Д.П. Коноваловым в 1881 г.: при повышении концентрации вещества в жидкости увеличивается его содержание в парах (1-й закон Д.П. Коновалова). Поэтому приперегонки такой смеси жидкостей в первых порциях дистиллята будет больше содержаться жидкости с большим давлением пара (т.е. низкокипящей), чем в последующих порциях. В перегонной же колбе в процессе перегонки увеличивается количество высококипящей жидкости.

Такая перегонка, когда дистиллят отбирается при различных интервалах температур и в различные приемники, называется дробной, или фракционной, перегонкой. Жидкости в приемниках, отобранные в определенных интервалах температур, называются фракциями.

Повторяя несколько раз дробную перегонку, можно почти полностью разделить смесь жидкостей и получить компоненты смеси в чистом виде.

Более полному и быстрому разделению смесейжидкостей путем фракционной перегонки благоприятствует применение дефлегматоров или ректификационных колонок. В них частично конденсируется пар до отвода в холодильник, в результате чего в отгоняющийся жидкости сильно увеличивается количество низкокипящей фракции. Одна такая перегонка (т.е. с применением ректификационной колонки или дефлегматора) заменяет несколько последовательных перегонок, осуществляемых с помощью прибора для перегонки.

Перегонка с дефлегматором, а также другие приемы перегонки, как-то: перегонка с паром, перегонка под уменьшенным давлением - рассматриваются в руководствах и практикумах по органической химии.

ДИСТИЛЛЯЦИЯ (лат. destillatio стекание каплями; син. перегонка ) - процесс очистки жидкостей от растворенных в них нелетучих примесей или разделения смесей жидкостей на фракции, отличающиеся по составу, путем испарения и последующей конденсации образующихся паров; широко применяется в фармакологической и лабораторной практике.

Различают простую и фракционированную Дистилляцию. Простая Дистилляция заключается в одноразовом испарении жидкости с непрерывным отводом паров и их последующей конденсацией. Получающийся конденсат называют дистиллятом, а неупарившуюся часть жидкости - кубовым остатком. Получить чистый легко летучий компонент простой Д. обычно не удается. Простую Д. целесообразно применять лишь в тех случаях, когда разница в температурах кипения жидкостей, входящих в состав смеси, достаточно велика. Фракционированная Д. заключается в многократном повторении процесса испарения и конденсации. Дистилляты разного состава собирают в несколько приемников (рис. 1). Необходимо отметить, что дистиллят в приемнике I более богат низкокипящим компонентом, в приемнике II содержание этого компонента ниже и т. д. Каждый из этих дистиллятов (фракций) в свою очередь вновь подвергают перегонке.

Для увеличения эффективности разделения и уменьшения числа перегонок используют так наз. дефлегматоры (рис. 2). Сущность действия дефлегматора состоит в том, что пар конденсируется в нем частично и образующийся при этом дистиллят возвращается в камеру испарения. Оставшийся в дефлегматоре пар обогащается легко летучим компонентом, т. к. в первую очередь конденсируются труднолетучие компоненты.

В промышленности процесс фракционированной Д. автоматизирован и осуществляется в специальных аппаратах, называемых ректификационными колоннами (см. Ректификация). Некоторые смеси жидкостей не разделяются путем Д. на составные компоненты. Нераздельнокипящие смеси называют азеотропами (см. Азеотропные смеси). Жидкости, образующие такие смеси, можно разделить Д. на компонент, находящийся в избытке в азеотропе, и азеотроп.

Для очистки веществ, не смешивающихся с водой и имеющих высокие температуры кипения, при которых эти вещества могут разлагаться, применяют Д. с водным паром. Такую Д. осуществляют путем пропускания перегретого водяного пара через перегоняемую жидкость.

Д. с водяным паром находит широкое применение в токсикол, исследованиях (см. ниже), в фармакол. и парфюмерной промышленности для получения эфирных масел и ароматных вод.

Если перегоняемое вещество имеет слишком высокую температуру кипения, применяют Д. в вакууме, к-рая основана на понижении температуры кипения при уменьшении величины давления над перегоняемой жидкостью.

Для очистки и разделения веществ с большим мол. весом (массой), разлагающихся даже при вакуум-дистилляции, используют молекулярную Д. В этом случае перегонка производится при давлении 10 -3 -10 -4 мм рт. ст. и температуре более низкой, чем температура кипения перегоняемых веществ. Расстояние от поверхности испарения до поверхности конденсации должно быть меньше средней длины свободного пробега молекул в данных условиях. Температура поверхности конденсации должна быть на 100° ниже температуры поверхности испарения. При молекулярной Д. жидкость не кипит, а испаряется с поверхности. Поэтому для устранения перегрева глубинных слоев жидкости прибор должен иметь такую конструкцию, чтобы толщина слоя перегоняемой жидкости была возможно меньшей. Так, при перегонке рыбьего жира толщина жидкой пленки составляет 0,001-0,005 мм, что соответствует 400-2000 мономолекулярным слоям, а время его испарения составляет ок. 0,001 сек. Изменение состава пара по отношению к составу жидкости определяется различными скоростями испарения перегоняемых компонентов.

При молекулярной Д., в отличие от других видов Д., можно разделять смеси компонентов, имеющих одинаковые температуры кипения.

Молекулярная Д. находит широкое применение при очистке и разделении термически нестойких органических веществ, напр, для выделения витаминов из рыбьего жира и растительных масел.

Дистилляция при судебно-токсикологических исследованиях

Д. с водяным паром применяется в химико-токсикол. анализе для выделения из биол, объектов различных летучих веществ: синильной и некоторых карбоновых к-т, спиртов, эфиров, альдегидов, кетонов, галогенопроизводных, фенолов и фенолокислот, ароматических углеводородов, элементорганических соединений, производных нитробензола и анилина, летучих соединений фосфора, алкалоидов и других веществ.

С целью предотвращения потерь синильной к-ты в процессе такой перегонки первую фракцию дистиллята собирают в приемник, содержащий р-р сильной щелочи, а вторую и последующие фракции - в отдельные приемники. Путем Д. с водяным паром из внутренних органов трупов, биол, жидкостей, рвотных масс, пищевых продуктов и других вещественных доказательств изолируются как хорошо растворимые в воде, так и практически нерастворимые в воде вещества. Этот прием особенно выгодно использовать при изолировании веществ, кипящих при высокой температуре или разлагающихся в момент кипения. При Д. с водяным паром летучими становятся и те вещества, которые растворяются в воде в различных соотношениях.

В судебно-токсикол. исследованиях находит также применение и фракционированная Д.

Аквадистилляторы

Аквадистилляторы (АД; прежнее название - перегонные аппараты) представляют собой установки, предназначенные для производства апирогенной воды (см. Вода апирогенная). Принцип конструкции у различных АД общий: исходная вода нагревается, доводится до кипения, испаряется, а пар затем конденсируется и охлаждается.

В 19 в. для Д. использовали луженые перегонные кубы, которые непрерывно совершенствовались. В результате к середине 20 в. перегонные аппараты циклического действия и бидистилляторы были заменены оборудованием непрерывного действия, и их дальнейшее совершенствование проводится по пути создания АД, расходующих меньшее количество тепла и исходной воды, имеющих эффективное сепарирующее устройство, снабженных устройствами для создания асептических условий сбора, хранения и подачи на рабочие места полученной воды, элементами автоматизации процессов получения, хранения и стерилизации апирогенной воды. Современные АД являются комплексными установками, состоящими из водоподготовителей, сепараторов, конденсаторов, холодильников, аллонжей (переходные трубки к сборнику) и сборников.

Большинство выпускаемых АД содержит встроенный в испаритель конструктивный элемент для нагревания воды; такие АД называются автономными. АД, не имеющие встроенного в испаритель конструктивного элемента для нагревания воды, называются зависимыми.

АД могут содержать несколько последовательно действующих испарителей; такие АД называются многоступенчатыми (частные случаи многоступенчатых АД - двухступенчатые, трехступенчатые и т. д.). Наибольшее распространение в мед. практике получили одноступенчатые АД. В большинстве АД конденсация пара производится при атмосферном давлении. Такие АД называются атмосферными.

АД, конденсация пара в которых осуществляется в вакууме, носят название вакуумных. В компрессионных АД конденсация пара производится при избыточном давлении. В отдельных ступенях многоступенчатых АД конденсация пара может производиться при различном давлении. Если конденсация пара в одной ступени АД осуществляется при атмосферном давлении, а в другой - в вакууме, то такие АД называются атмосферно-вакуумными. В том случае, когда конденсация пара на разных ступенях производится последовательно при избыточном и атмосферном давлении, АД называются компрессионно-атмосферными.

В связи с тем, что состав исходной воды различен, АД снабжаются устройствами для проведения водоподготовки - водоподготовителями. На практике применяются магнитные водоподготовители, подготовка воды в которых производится под действием магнитного поля; электрохим. водоподготовители, подготовка воды в которых осуществляется с помощью электрического тока и различных хим. соединений, и хим. водоподготовители, обработка воды в которых производится хим. соединениями.

Нагрев и испарение воды в АД производится в испарителях. Пар, образующийся в испарителях, всегда содержит нек-рое количество жидкости в виде капель, что приводит к загрязнению апирогенной воды веществами, содержащимися в исходной воде. Основными причинами образования такого пара являются разрыв пузырьков на поверхности зеркала испарения, дробление жидкости и вспенивание исходной воды. При этом образуется небольшое количество относительно крупных и большое количество мелких капель, поднимающихся на большую высоту. Борьба с крупными каплями ведется с помощью правильного выбора высоты парового пространства и величины зеркала испарения в испарителе. Мелкие капли, уносимые паром, извлекаются из него в сепараторах АД.

На практике применяются центробежные, инерционные, гравитационные и комбинированные сепараторы. В центробежных сепараторах создается вращательное движение сепарируемого пара и под действием ускорений частицы влаги интенсивно выделяются из потока пара. Инерционные сепараторы имеют большую поверхность соприкосновения очищаемого пара со стенками или насадкой сепаратора, на которой и оседают капли воды. В гравитационных сепараторах капли воды выпадают из потока пара под действием силы тяжести. В комбинированных сепараторах используются два или более принципа сепарации, а сама сепарация обычно производится ступенчато.

Очищенный в сепараторе пар поступает в конструктивные элементы АД, предназначенные для конденсации и охлаждения апирогенной воды. На практике применяются конденсаторы и холодильники различных типов: с поверхностью теплообмена, образованной стенками аппарата; погружные пластинчатые с гладкими и ребристыми стенками.

Сбор и хранение апирогенной воды производится в специальных сборниках. Обычно используют сборники двух типов: с конструктивным элементом для нагрева и охлаждения апирогенной воды и без него.

Установлен параметрический ряд АД, используемых мед. учреждениями. АД должны иметь производительность 1 - 1,5; 4; 10; 20 л/час и т. д.

Определен параметрический ряд сборников - б, 16, 40, 100 и 250 л.

Библиография: Багатуров С. А. Основы теории и расчета перегонки и ректификации, М., 1974, библиогр.; Воскресенский П. И. Техника лабораторных работ, М., 1973; Жаров В. Т. и Серафимов Л. А. Физико-химические основы дистилляции и ректификации, Л., 1975, библиогр.; Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии, М., 1971, библиогр.; Цибиков В.Б., Шведов Ю.А. и Белова О. И. Способы подготовки воды и их применение для получения дистиллированной воды, Мед. техника, № 5, с. 36, 1971; Швайкова М. Д. Токсикологическая химия, с. 65, М., 1975; Шведов Ю. А. и Богоудинов Р. Д. Деминерализатор, Мед. техника, № 1, с. 35, 1969; Шведов Ю.А., Мееркоп Г.Е. и Соколова А. Ф. Сборники для хранения дистиллированной или обессоленной воды, Фармация, № 4, с. 60, 1972.

В. А. Попков; А. Ф. Рубцов (суд.), Ю А. Шведов (техн.).