Чтобы понять «физику» ректификации спирта рассмотрим основные свойства абсолютизированного 100%-ного этилового спирта:
- температура кипения = 78,3°C при 760 мм рт.ст.
- плотность жидкости = 790 кг/м3 при 20°С

Известно, что этиловый спирт прекрасно растворяется в воде, образуя бинарную водно-спиртовую смесь с любым количеством спирта. Здесь нужно обозначить разницу между массовой и объёмной концентрацией этанола в водно-спиртовом растворе. Массовая концентрация спирта - это масса спирта в массе раствора (обозначается как г/г или %масс.).

Чаще применяется понятие объёмной концентрации - это объем спирта в объеме смеси (обозначается как мл/мл или %об.). Величины объёмной и массовой концентраций из-за значительной разницы в плотности спирта (0,79 г/мл) и воды (1 г/мл) могут существенно различаться. В дальнейшем здесь будет использоваться только понятием объёмной концентрации.

Понятно, что температура кипения раствора двух жидкостей должна находиться между их индивидуальными температурами кипения - 100°C для воды и 78,3°C для этилового спирта (при 760 мм рт. ст.). Зависимость температуры кипения (парообразования) этого раствора, или, что то же самое, температуры насыщенного водно-спиртового пара от концентрации спирта в парах показана на рис. 1.

Особого внимания на этом графике заслуживает точка А с концентрацией 96,4% и с температурой кипения меньше температуры кипения 100%-ного этилового спирта.

Нагляднее всего процессы дистилляции и ректификации этанола объяснить по кривой равновесия фаз бинарной водно-спиртовой смеси (см. рис. 2).

Из диаграммы видно, что практически вся кривая равновесия находится выше диагонали Y=X, то есть при испарении водно-спиртового раствора концентрация спирта в парах получается большей, чем в исходной жидкости. Именно это и лежит в основе процессов дистилляции и ректификации этанола.

Большое значение имеет точка (А, X=Y=97,2% объёмных) пересечения кривой равновесия фаз с диагональю. Это особая «точка азеотропа» - нераздельно кипящая жидкая смесь двух чистых компонентов, которую путём перегонки или ректификации невозможно разделить на составляющие. Максимально приближенная к точке азеотропа водно-спиртовая смесь и называется спирт-ректификат.

Используя кривую равновесия и диагональ Y=X (см. рис. 2), можно увидеть, что при простой перегонке 10%-ной бражки сначала получается самогон с концентрацией примерно 53%об. Далее, после ступеньки 10-53, можно построить следующие - 53-82, 82-88, 88-92 и т.д. Вертикальная составляющая ступеньки показывает повышение процента этанола в паровой фазе вплоть до наступления равновесия фаз (точка А). Горизонтальная составляющая ступеньки показывает конденсацию этих паров (точка пересечения горизонтали с диагональю Y=X). По диаграмме видно, что для получения спирта-ректификата из бражки с начальной концентрацией 10% теоретически должно пройти более десятка таких последовательных перегонок. На практике их должно быть намного больше, так по мере уменьшения концентрации спирта в перегонном кубе соответственно уменьшается и концентрация дистиллята. Например, на первой ступеньке 53%об. соответствует только начальному моменту перегонки. По прошествии какого-то времени концентрация спирта в бражке уменьшается и мы имеем в ней уже меньше, чем 10% спирта, в результате чего к концу первой перегонки отобранный самогон имеет среднюю крепость не 53%об., а 35-40%об.

Стоит отметить, что температура кипения этанола зависит от атмосферного давления (см. рис. 3). Причём эта зависимость достаточно существенна для процесса ректификации, когда каждая десятая доля градуса имеет значение.

В очень-очень упрощенной постановке, описанные выше «ступеньки» отдельных перегонок, но осуществляемые не по отдельности, а собранные вместе в одном аппарате и составляют процесс ректификации спирта . Такая ректификационная установка имеет еще один огромный "плюс" - параллельно с задачей получения спирта-ректификата она решает еще и задачу очистки его от примесей, имеющих отличную от спирта температуру кипения (см. таблицу в статье Физика - Простая перегонка).

Выходя за рамки нашей цели - получения спирта, с помощью ректификационной колонны можно выделить в чистом виде любое вещество (это будет особенно легко, если вы знаете температуру его кипения). Например, перегоняя настой еловых иголок, можно попробовать выделить составляющую, заведующую запахом хвои, или из настоя лепестков розы выделить вещество, отвечающее за этот цветочный запах. От самогонщика до парфюмера один шаг;o).

На самом деле ректификационные колонны бывают разных типов и имеют порой весьма сложное устройство. Более глубокое описание физико-технологических аспектов ректификации Вы можете посмотреть на сайте одного из старейших производителей

При любой ректификации температура при самогоноварении выдерживается в определенных рамках. Так же и Воду для размешивания сахарного песка, а особенно дрожжей, надо брать теплую. Если дрожжи сухие, необходимо и «подживить». Сначала размешать в воде с температурой не выше 35 и не ниже 25 градусов, добавить немного сахару и дать постоять до образования пены. Затем выливать в емкость. в этом не нуждаются. Процесс брожения браги проходит в условиях комнатной температуры.

О нужной при перегонке температуре

• В самогоноварении очень важно во время дистилляции не «переборщить» с температурой. Точка закипания воды 100 градусов, спирт начинает интенсивно испаряться несколько раньше. Если делать перегонку кипящей браги, то самогон на выходе станет мутным.
• К тому же и его резко понизится. В него попадут все вредные примеси из браги. Градусник в крышке перегонного куба позволит контролировать процесс. Оптимальная температура дистилляции 79 – 82 градуса по Цельсию.
• Но уже на 65 градусе нагрева начинается испарение легких спиртов и эфиров. Это «голова» самогона или «первач» — первый литр (если емкость с брагой не меньше 25 – 30 л). Пить ее вредно из-за присутствия в ней эфиров. А температура в 78 градусов «заставляет» испаряться и этиловый спирт.
• Его собирают в отдельный сосуд. Нагрев браги уменьшают, чтобы она не закипела. Далее на медленном огне доводят до тех пор, пока температура снова не повысится до 78. И уже продолжают дистилляцию далее. Точная температура кипения спирта (100% этанола) – 78.39 градуса. 96% ректификат закипает чуть пораньше (78.15).

Об охлаждении паров спирта

Если нет термометра

Если нет термометра, то крепость выходящего самогона определяется его поджиганием. Капают немного на деревянную поверхность и зажигают. Синеватое пламя (и почти невидимое) говорит о высокой крепости напитка. Слабый огонек желтоватого цвета свидетельствует уже о 38 — 40% содержании спирта. После выгорания остается радужная на свету маслянистая пленка – это сивушные масла. Количество этого остатка говорит о крепости напитка. Полностью спирт из браги не выгнать. Если нужен «хвост», то есть самогон уже мутный, то ее нагревают свыше 85 градусов. Если это не нужно, то можно добавить этот остаток в следующую емкость с новой порцией бражки. Крепость в той немного увеличится. В браге после перегонки остается примерно четверть спирта от всего его количества.

О нагревателях

Теперь поговорим о нагревателях для перегонного куба или иной емкости. Лучше всего использовать газовую плиту, температуру кипения браги на коей легче всего регулировать. Электроплитка или индукционная печь не позволяют плавно изменять нагрев. В крайнем случае, подойдет и костер. Бачок с брагой сначала греют на полном огне. Если нет термометра, то главное в этом процессе – не пропустить начало шипения браги. Резко убавить огонь, не допуская закипания. Вскоре на выходе змеевика появятся первые капли самогона. По мере наполнения емкости следят за струйкой алкогольного напитка. Если она превращается в череду капель, то нагрев немного увеличивают. В процессе ректификации выделяется запах спирта. Поддерживаться температурный режим в перегонном кубе должен в пределах 76 – 82 градусов. Через некоторое время концентрация спирта в браге понижается. Процесс должен длиться как можно дольше. Наивысшее качество самогона достигается с перегонкой браги в 80 градусов нагрева.

Об отстойнике

Разновидностей аппаратов для самогоноварения много. У некоторых в шланг между перегонным кубом и змеевиком врезается отстойник для сивушных масел. Пары их тяжелее спиртовых и оседают быстрее. Отстойник в виде небольшого сосуда постепенно заполняется вредными примесями. Чем выше температура браги, тем быстрее он заполняется. Но часть вредных примесей все равно доходит и до выхода.

В условиях нормального атмосферного давления температура кипения спирта составляет 78,3 °С (для этанола). При этом следует учитывать, что данная температура всегда остается неизменной, даже в том случае, когда подвод тепла осуществляется непрерывно. Такая особенность процесса объясняется тем, что превращение жидкого вещества в пар происходит также при достижении некоторого фиксированного для данного вещества значения температуры - теплоты испарения.

При возрастании молекулярной массы температура кипения спирта повышается, при этом пропорция имеет обратный вид для спиртов, стоящих близко в ряду, начиная от этилового. Численно ее значение гораздо выше, чем такой же показатель у эфиров или углеводородов, которые имеют одинаковую молекулярную массу. Соответственно, эта закономерность распространяется и на производные от этих веществ. Это свойство объясняется наличием в спиртах молекулярной ассоциации из-за присутствия в составе гидроксильных групп.

Во многом температура кипения спирта определяется его химическим строением. Тут присутствует такая универсальная закономерность: чем больше состав спирта отличается от классического строения, тем температура его кипения ниже.

При сравнении температур кипения различных спиртов с температурами кипения производных от них обнаруживается уникальная закономерность - спирты обладают практически аномальными по величине, очень

Более закономерной является зависимость температуры кипения от величины значения молекулярного веса конкретного спирта. Например, температура кипения составляет 78,15 °C при молекулярной массе 46,069 а. е. м. В то же время, аналогичные показатели у метилового составляют соответственно 64,7 °С и 32,04 а. е. м. Такая же закономерность характерна для всех спиртов.

Гидролиз спирта, как правило, осуществляется при достижении им это довольно продолжительный по времени процесс, длящийся около десяти часов.

Такой параметр как температура горения спирта во многом определяет широту применения этих соединений в промышленности и быту. Однако тут следует учитывать такой аспект как тип горения. классифицируют на четыре группы. Первый тип включает в себя все процессы горения, которые происходят за счет поступающего кислорода, содержащегося в окружающем воздухе. К нему относятся реакции горения нефти, а также спирта. Данный процесс выражается следующей формулой: C2H5OH + 3O2 + 11,3 N2 = 2CO2 + 3H2O + 11,3N2.

Исследуя данную формулу, следует иметь ввиду, что она не отражает в полном смысле всех химических превращений, которые происходят с веществами, принимающими участие в реакции горения. Формула составляется из соображений, что воздух состоит только из кислорода и азота, присутствие в нем инертных газов принимается равным нулю.

Рассматриваемый нами параметр - температура кипения спирта - обуславливает его многообразное использование. Это использование нам наиболее известно как применение спиртов в качестве горючих материалов и составляющего вещества различных типов моторного топлива. Для этих целей, как правило, используются метанол, этанол и бутанол, которые производятся во всем мире в промышленных объемах. Такие объемы производства обусловлены их коммерческой доступностью и высокой конъюнктурой на рынке, более того, эти производства в некоторых случаях используются в качестве критериев показателей технологического уровня государства. Отдельными технологическими направлениями выступают производство биодизеля, растворителей, красок и многих других продуктов, перечислить которые просто невозможно в одной небольшой статье.

С понятием «спирт», «спиртовой раствор» мы сталкиваемся впервые в школьные годы, когда ставим опыты на уроках химии. Но с течением времени знания, полученные в период учебы, «испаряются» вследствие отсутствия возможности применения на практике.

Между тем кое-что из этих школьных знаний может пригодиться. Так температуру замерзания и кипения полезно знать всякому, кто желает научиться отличать качественную водку от подделок, а также …автомобилистам. Поговорим об этом чуть подробнее.

В большинстве случаев, говоря о спирте, мы имеем в виду этиловый – тот самый вид, который используется при производстве алкоголя. Его характеристиками являются температура замерзания и температура кипения. Так вот, если принять во внимание чистый этиловый спирт, то замерзнет он при очень низкой температуре: -110ºС.

Что значит «замерзнет»? Если перейти на языки химии, то это значит «перейдет из жидкого состояния в твердое ». Температуру замерзания называют еще температурой плавления. Разумеется, добиться таких значений в бытовых условиях невозможно.

Почему же иногда, достав из морозилки давно забытую там бутылку водки, мы с удивлением обнаруживаем в ней куски льда?

Водно-спиртовой раствор

Дело в том, что водка не является чистым спиртом, а представляет собой раствор воды, в котором присутствует доля спирта. В зависимости от того, какова эта доля, меняется температура замерзания.

«Разброс» значений, при которых водка подвергается кристаллизации, от -27ºС до -34ºС. Это приблизительные показатели. Чем больше этанола в водке, тем ниже будет предел, когда она сможет превратиться из жидкого алкоголя в, так сказать, «алкогольное мороженое».

Интересно следующее: процесс замерзания идет постепенно, водка загустевает, превращаясь в подобие желе, и только после этого, если температура не меняется, становится твердой. И целиком она почти никогда не замерзает.

Причина: сначала меняют свои характеристики частички воды — они становятся маленькими льдинками. Концентрация спирта в бутылке становится выше, поэтому теперь раствору требуется более низкая температура, чтобы он стал льдом.

Вряд ли в холодильнике возможно создание условий, когда градус понизится до -33 или -40. Это в быту просто технически невозможно, даже если морозильная установка исправна. Поэтому полное превращение в лед вам вряд ли доведется наблюдать, а вот куски льда в бутылке – это вполне вероятно.

Таблица замерзания водно-спиртового раствора

Вам есть что добавить к нашей статье? Мы готовы разместить ваши комментарии по теме – они будут полезны для всех. Пишите, будем делиться знаниями!

Чтобы понять ректификацию спирта рассмотрим основные свойства абсолютного 100%-ного этилового спирта:
- температура кипения = 78,3°C при 760 мм рт.ст.
- плотность жидкости = 790 кг/м3 при 20°С

Известно, что этиловый спирт прекрасно растворяется в воде, образуя бинарную водно-спиртовую смесь с любым количеством спирта. Здесь нужно обозначить разницу между массовой и объёмной концентрацией этанола в водно-спиртовом растворе. Массовая концентрация спирта - это масса спирта в массе раствора (обозначается как г/г или %масс.).

Чаще применяется понятие объёмной концентрации - это объем спирта в объеме смеси (обозначается как мл/мл или %об.). Величины объёмной и массовой концентраций из-за значительной разницы в плотности спирта (0,79 г/мл) и воды (1 г/мл) могут существенно различаться. В дальнейшем здесь будет использоваться только понятием объёмной концентрации.

Понятно, что температура кипения раствора двух жидкостей должна находиться между их индивидуальными температурами кипения - 100°C для воды и 78,3°C для этилового спирта (при 760 мм рт. ст.). Зависимость температуры кипения (парообразования) этого раствора, или, что то же самое, температуры насыщенного водно-спиртового пара от концентрации спирта в парах показана на рис. 1.

Особого внимания на этом графике заслуживает точка А с концентрацией 96,4% и с температурой кипения меньше температуры кипения 100%-ного этилового спирта.

Нагляднее всего процессы дистилляции и ректификации этанола объяснить по кривой равновесия фаз бинарной водно-спиртовой смеси (см. рис. 2).

Из диаграммы видно, что практически вся кривая равновесия находится выше диагонали Y=X, то есть при испарении водно-спиртового раствора концентрация спирта в парах получается большей, чем в исходной жидкости. Именно это и лежит в основе процессов дистилляции и ректификации этанола.

Большое значение имеет точка (А, X=Y=97,2% объёмных) пересечения кривой равновесия фаз с диагональю. Это особая «точка азеотропа» - нераздельно кипящая жидкая смесь двух чистых компонентов, которую путём перегонки или ректификации невозможно разделить на составляющие. Максимально приближенная к точке азеотропа водно-спиртовая смесь и называется спирт-ректификат.

Используя кривую равновесия и диагональ Y=X (см. рис. 2), можно увидеть, что при простой перегонке 10%-ной бражки сначала получается самогон с концентрацией примерно 53%об. Далее, после ступеньки 10-53, можно построить следующие - 53-82, 82-88, 88-92 и т.д. Вертикальная составляющая ступеньки показывает повышение процента этанола в паровой фазе вплоть до наступления равновесия фаз (точка А). Горизонтальная составляющая ступеньки показывает конденсацию этих паров (точка пересечения горизонтали с диагональю Y=X). По диаграмме видно, что для получения спирта-ректификата из бражки с начальной концентрацией 10% теоретически должно пройти более десятка таких последовательных перегонок. На практике их должно быть намного больше, так по мере уменьшения концентрации спирта в перегонном кубе соответственно уменьшается и концентрация дистиллята. Например, на первой ступеньке 53%об. соответствует только начальному моменту перегонки. По прошествии какого-то времени концентрация спирта в бражке уменьшается и мы имеем в ней уже меньше, чем 10% спирта, в результате чего к концу первой перегонки отобранный самогон имеет среднюю крепость не 53%об., а 35-40%об.

Стоит отметить, что температура кипения этанола зависит от атмосферного давления (см. рис. 3). Причём эта зависимость достаточно существенна для процесса ректификации, когда каждая десятая доля градуса имеет значение.

В очень-очень упрощенной постановке, описанные выше «ступеньки» отдельных перегонок, но осуществляемые не по отдельности, а собранные вместе в одном аппарате и составляют процесс ректификации спирта. Такая ректификационная установка имеет еще один дополнительный "плюс" - параллельно с задачей получения спирта-ректификата она решает еще и задачу очистки его от примесей, имеющих отличную от спирта температуру кипения (см. схему на форуме

Выходя за рамки нашей цели - получение спирта с помощью ректификационной колонны, можно выделить в чистом виде любое вещество (это будет не сложно, если вы знаете температуру его кипения). Например, перегоняя настой сосновых иголок, можно попробовать выделить составляющую, заведующую запахом хвои, или из настоя лепестков фиалки выделить вещество, отвечающее за этот цветочный запах. От самогонщика до парфюмера один шаг