Кипение этилового спирта при пониженном давлении
Перегонка под вакуумом применяется с целью снижения температуры кипения веществ. Это бывает необходимо в тех случаях, когда соединения разлагаются в процессе их перегонки при атмосферном давлении или их температура кипения выше 200°С. Фракционная перегонка при пониженном давлении нередко позволяет добиться лучшей очистки. Объясняется это тем, что снижение температуры кипения с понижением давления у веществ из различных классов, например у кислот и эфиров, спиртов и углеводородов, происходит не строго пропорционально. Поэтому в вакууме разница в температурах кипения компонентов разделяемой смеси может оказаться даже большей, чем при атмосферном давлении. Фракционная вакуум-перегонка может оказаться полезной также при разделении некоторых азеотропных смесей.
Рис. 76. Номограмма дли определения температуры кипения веществ при пониженном давлении.
При обычном давлении этиловый спирт, как известно, дает с водой нераздельнокипящую смесь с содержанием воды 4,4% (масс.)При понижении давления до 10 кПа (75 мм рт. ст.) азеотропная смесь не образуется и спирт в принципе может быть отогнан от воды. С другой стороны, вакуум-перегонка — более длительный процесс и связана с большим количеством экспериментальных трудностей, поэтому если вещество хорошо отгоняется при атмосферном давлении, не следует стремиться перегонять его под вакуумом. При отсутствии литературных данных температуру кипения вещества в вакууме находят с помощью номограммы (рис. 76) на продолжении прямой линии, соединяющей температуру кипения этого вещества при атмосферном давлении и значение остаточного давления.
Для ориентировочных расчетов можно пользоваться также эмпирическим правилом: при снижении давления в два раза температура кипения веществ уменьшается примерно на 15 °С.
В принципе как простая, так и фракционная перегонка под вакуумом проводится аналогично перегонке при атмосферном давлении, однако имеются и существенные отличия, на которые следует обратить особое внимание.
1. Установки для перегонки пол вакуумом (рис. 77) собираются герметично, лучше всего на шлифах с использованием вакуумной смазки. Перед сборкой установки все стеклянные части должны быть тщательно осмотрены. В случае обнаружения дефектов, например мельчайших трещин, использовать деталь для работы под вакуумом нельзя. Следует также обращать внимание на чистоту шлифов. Даже небольшая песчинка на шлифе может вызвать его поломку, что при наличии разряжения и системе нередко приводит к взрыву.
2. Во всех случаях работать с вакуумными установками можно только в защитных очках или маске.
Рис. 77. Прибор для перегонки под вакуумом: 1 — перегонная колба; 2—насадка Кляйзена; 3 —капилляр; 4 — зажим для регулирования подсоса воздуха и капилляр; 5 — отрезок резинового шланга; 6 —отвод к ловушке вакуумной системы; 7 — алонж; 8 — приемный сосуд.
После подключения вакуума нельзя вносить какие-либо изменения в установку—подвинчивать зажимы лапок, поднимать или опускать установку и т. д.
3. Как перегонная колба, так и приемный сосуд обязательно должны быть круглодонными. Применение плоскодонных колб в вакуумных установках запрещается.
4. С целью обеспечения равномерного кипения при перегонке под вакуумом используют не «кипел ки», а капилляр, через который под слой перегоняемой жидкости засасывается воздух или инертный газ. Капилляр вытягивают из стеклянной, лучше толстостенной, трубки. Конец его должен быть как можно более тонким. Широкий капилляр, во-первых, вызывает слишком бурное кипение, приводящее к брызгоуносу, а во-вторых, не позволяет достигнуть высокого вакуума. Для проверки пригодности капилляра оттянутый конец погружают в пробирку с какой-нибудь подвижной жидкостью, например эфиром, и сильно дуют в трубку. Через слой эфира при этом должны проскакивать очень мелкие пузырьки. Капилляр вводят либо через насадку Кляйзена, либо через второе горло колбы так, чтобы он почти доходил до дна, но не касался его. На верхний конец капиллярной трубки надевают отрезок резинового шланга, просовывают в него тонкую проволочку и зажимают винтовым зажимом. С помощью зажима можно регулировать подачу воздуха в капилляр, увеличивая
или уменьшая тем самым интенсивность кипения.
5. При сборке вакуумных установок следует обращать внимание на диаметр отводных трубок, которые не должны быть слишком узкими. Установлено, что если диаметр перегонной колбы превышает диаметр отводной трубки более чем в десять раз, уже при средней скорости перегонки сопротивление движению паров оказывается выше допустимого.
Давление внутри перегонной колбы при этом оказывается на несколько миллиметров ртутного столба выше, чем давление по манометру.
Узкая отводная трубка или другие сужения на пути паров перегоняемого вещества нередко являются, таким образом, причиной того, что наблюдаемая температура кипения вещества оказывается выше ожидаемой. Из сказанного следует, что если желательно создать внутри перегонного сосуда давление менее 1 — 1,3 кПа (8—10 мм рт. ст.), внутренний диаметр отводной трубки для колб среднего размера (0,5— 1 л) должен быть не менее 10—12 мм, для небольших колб (50—100 мл)—не менее 5 мм.
6. Если в случае перегонки при атмосферном давлении смена приемников для отбора различных фракций конденсата не представляет каких-либо затруднений, при вакуум-перегонке такую необходимость следует предусмотреть заранее.
При необходимости отбора 3—4 фракции используют так называемые «пауки» (рис. 78). Направить конденсат в тот или другой приемник можно осторожным поворотом «паука» вокруг осн.
7. При использовании установки, изображенной на рис. 77, конец шланга вакуумной системы надевают на отводную трубку алонжа. Однако при длительной перегонке, особенно если температура кипения жидкости невысока, часть конденсата испаряется и беспрепятственно уносится в вакуумную систему. Указанного недостатка полностью лишены приборы, собранные по тому же принципу, что и изображенные на рис. 70 (обязательно использовать круглодонные колбы, капилляр), поскольку отвод к насосу в них подсоединяется к верхнему отверстию холодильника. Это обстоятельство делает их особенно удобными для простой вакуум-перегонки.
После сборки установки ее обязательно проверяют на герметичность, для чего включают вакуум и следят за показаниями манометра. Хорошо собранная установка после отсоединения насоса держит вакуум по крайней мере несколько минут.
Рис. 78. «Паук» для cбopa 3-х франции конденсата при вакуум-перегонке.
Рис. 79. Ротационный испаритель ИР-1М: 1 —вращающаяся колба с исходным раствором: 2— привод; 3— приемный сосуд; 4-трубка, через которую испарительная колба наполняется исходным раствором; 5 — отвод для соединения испарителя с атмосферой; в — переход,пик с краном для подключения испарителя к вакуумной системе; 7 — жидкостная баня; 8 — блок управления, обеспечивающий автоматическое поддержание температурного режима и бане; 9 — рукоятка подъемного механизма для извлечения колбы из бани; 10 — зажим для поддержания приемной колбы.
Если установка пригодна для работы, в нее помещают перегоняемое вещество, подключают вакуум, регулируют ток газа через капилляр так, чтобы он давал струйку очень маленьких пузырьков, и только после этого начинают постепенное повышение температуры обогревающей бани. Поступать наоборот, т. е. вначале нагреть содержимое перегонной колбы, а затем создать разрежение в приборе, нельзя — это может привести к бурному вскипанию жидкости и перебросу ее в приемник.
Перегонку заканчивают в следующей последовательности: вначале отключают обогрев перегонной колбы, затем осторожно впускают в систему воздух, соединяя ее с атмосферой при помощи специального крана (см. рис. 21), отключают вакуум-насос, и после охлаждения установки разбирают ее, начиная с отсоединения приемной колбы с перегнанной жидкостью.
Очень удобны для простой вакуум-перегонки ротационные испарители (рис. 79). Их преимущества ярче всего проявляются при необходимости удаления растворителей из концентрированных растворов, при перегонке пенящихся жидкостей, которые обычно доставляют экспериментаторам особенно много хлопот. Для правильной работы испарителя раствор нагревают не до кипения. Интенсивное испарение достигается благодаря увеличению поверхности жидкости за счет непрерывного вращения перегонной колбы. Ротационный испаритель должен быть обязательной принадлежностью лабораторий, в которых часто занимаются перегонкой, ибо он позволяет сэкономить много труда и времени.
К оглавлению
см. также
- Простая перегонка
- Перегонка с водяным паром
- Фракционная перегонка
- Перегонка при пониженном давлении (в вакууме)
Источник
Emercom
Новичок
Питер
Господа (и дамы, если есть)!
вопрос в следующем:
как известно, температура кипения спирта (как и любой жидкости) зависит от давления.
так вот, тут на сайте много конструкций рект. колонн где основным индикатором для отбора служит термометр..но ведь давление каждый день меняется?? и темп. кипения спирта соответственно тоже.. и один раз выставив нужную Т, каждый раз будет разное количество продукта. кто как борется с этим??
может конечно и заблуждаюсь, если что, пожалуйста исправьте.
спасибо!
Игорь
Академик
—
3421
Emercom, привет.
Ты ничуть не заблуждаешься. Температура кипения спирта действительно зависит от атмосферного давления. Но для регулирования работы устройства можно использовать не конкретное значение температуры, а динамику её изменения.
Принцип ректификации, используемый многими из нас в достаточно упрощенном виде выглядит так.
- Куб заполняется самогоном и доводится до кипения.
- После снижения мощности, прогрева колонны и небольшого захлёбывания, колонна некоторое время работает на себя. Происходит разделение паров, и верхняя часть колонны постепенно насыщается наиболее легкокипящим компонентом. При этом температура пара, попадающего в дефлегматор, постепенно снижается. В тот момент, когда снижение температуры прекратилось, можно говорить о том, что колонны вошла в режим и можно приступать к отбору головных фракций.
Имеет ли значение конкретное значение температуры? Нет. Мы ждем не какого-то её значения, а достижения момента стабилизации. - Итак, мы начали отбор головных фракций. Через некоторое время, делая органолептические пробы, мы приходим к выводу, что дурнопахнущие головные фракции закончились и на выходе нашей колонны идет нормальный спирт.
- В этот момент мы прекращаем отбор, даём колонне немного поработать на себя и запоминаем новую температуру паров. Разрешение измерения должно быть не хуже 1/10 градуса. Обычно эта температура на 1-2 десятых выше той, при которой произошла первоначальная стабилизация на головных фракциях.
Еще раз подчеркну, что мы мало интересуемся фактическим значением этой температуры. Важна стабильность. - Теперь настал тот момент, ради которого всё затеивалось. Отбор продукта. Его хочестся получить получше и побыстрее. Но эти понятия несовместимы. Поэтому приходится искать золотую середину. Показания термометра помогают её найти.
- Отбор ведется с такой интенсивностью, чтобы температура пара, попадающего в дефлегматор, была не выше той, которой мы достигли при второй стабилизации. Если температура поднялась выше хоть на 1/10, значит отдно из двух — либо отбор идёт слишком быстро и колонна не успевает произвести нормальное разделение, либо…
- … спирт в кубе закончился и пора заканчивать процесс, ибо дальнейший отбор приведет к получению хвостовых фракций, которые нам не нужны.
- И в том и в другом случае следует уменьшить или прекратить отбор, дать поработать колонне на себя, а температуре дать вернуться к прежнему значению. Если температура вернулась, значит можно продолжить отбор с несколько меньшей интенсивностью, чем прежде. Если температура не возвращается, значит финиш.
Emercom
, как видишь, спирт сам показывает нам при какой температуре он сегодня кипит, и нам нет необходимости давать поправку на давление.
Одно «НО». Если куб очень большой и процесс ректификации затягивается на несколько суток, нужно время от времени корректировать контрольную температуру.
Разумеется, сидеть часами и сутками возле куба и глазеть на термометр, ожидая подъема температуры на 1/10 градуса, не самое веселое занятие. Поэтому я предпочитаю поручить управление отбором автоматике. А сам в это время нахожусь неподалёку и занимаюсь тем, что мне интересно. Например — строчу сообщения в этом форуме.
Emercom
Новичок
Питер
Спасибо.
вопросы собственно не по технологии, она более-менее понятна, просто сидеть и ждать нет ни времени ни возможности, есть в жизни и другие занятия. выход-автоматизировать процесс
например установилась температура определенная-пошел отбор. а в условиях изменяющегося атм. давления это тяжеловато вроде..
Игорь
Академик
—
3421
В чём «тяжеловатость»? Установилось температура, начали отбор. Прошло часа два. Остановил отбор, дал колонне работать на себя минут 10. Температура стабильна. Это и есть новая контрольная температура. Снова два часа отбора. Цикл повторяем. Если в твоей местности давление резко меняется чаще, чем раз в два часа, можешь делать такие корректировки каждый час.
У меня куб на 50 литров, заливаю в него 40 литров сырца 50%, получаю около 20 литров спирта со скоростью 0,5-0,6 литра в час, так что процесс длится больше двух суток (с учетом медленного отбора головных фракций).
Температуру проверяю один-два раза в сутки. Только однажды откорректированная температура отличалась от прежней, в те дни было пасмурно, барометр падал, и всё закончилось неслабой грозой.
Игорь
Академик
—
3421
На всякий случай сделал табличку зависимости кипения водно-этанольного азеотропа от давления.
ВНИМАНИЕ! Данные получены интерполяцией и не могут служить основанием для расчетов или конструирования, однако наглядно иллюстрируют тенденции.
Атмосферное давление редко изменяется в течение суток больше чем на единицы миллиметров ртутного столба, а это приводит к изменению температуры кипения на сотые доли градуса.
Значит проводить корректировку фиксированных значений нужно только в случае падения давления боле, чем на 3 мм.рт.ст, или при отсутствии барометра — при резком изменении погоды.
Кстати, подавляющее большинство моих ректификаций проходили при температурах пара в дефлегматоре на уровне 78,1-78,3ОС, однако бывали случаи ректификаций и при 77,8ОС, и при 78,5ОС.
Табличные значения давлений, соответствующих этим температурам, весьма характерны для моего региона.
Emercom
Новичок
Питер
просто думал процесс автоматизировать-типа достигла нужная температура, краник открылся, нет нужной температуры-краник закрыт..(примерно так), а вот в условиях перемены давления (живу в Питере, давление очень часто меняется), такое тяжеловато устроить..если конечно не привязвать все к компу, и снимать показания еще и давление..слишком наворочено получится..
Игорь
Академик
—
3421
просто думал процесс автоматизировать-типа достигла нужная температура, краник открылся, нет нужной температуры-краник закрыт..Emercom, 09 Авг. 08, 19:40
У меня примерно так сейчас и работает автоматизация. Измеряю температуру в двух точках — в дефлегматоре (температура пара) и ниже — на 2/3 высоты колонны. При работе колонны «на себя», когда отбора нет и весь конденсат отправляется обратно в колонну, температура стабилизируется на обоих термометрах. При этом верхний термометр прекращает отбор при подъеме температуры на 1/10 градуса, а нижний плавно изменяет отбор при изменении температуры.
Проблема с давлением не так серьёзна, как может показаться.
Emercom
Новичок
Питер
да, принцып хорош, но требует ручного запуска на выход продукта.. а если стабилизировать давление (как?) то можно полностью исключить влияние человека на разделение фракций.. нужная температура-слив в нужную емкость..
вопрос только как давление стабилизировать?? если пониженное, то наверно просто закрыть выход в атмосферу, давление само подскочит, а вот если высокое?? откачивать??:)
p.s. я не лентяй (хотя и лень двигатель прогресса), просто нет возможности по 6-8 часов пялится на аппарат:)
P-Alex
Научный сотрудник
пгт.Палех
169
да, принцып хорош, но требует ручного запуска на выход продукта.. а если стабилизировать давление (как?) то можно полностью исключить влияние человека на разделение фракций.. нужная температура-слив в нужную емкость..
вопрос только как давление стабилизировать?? если пониженное, то наверно просто закрыть выход в атмосферу, давление само подскочит, а вот если высокое?? откачивать??:)p.s. я не лентяй (хотя и лень двигатель прогресса), просто нет возможности по 6-8 часов пялится на аппарат:)
Emercom, 11 Авг. 08, 08:15
Так стабилизировать на заведомо более высоком чем атмосферное давление и все
Игорь
Академик
—
3421
Если колонна имеет достаточную разделяющую способность и находится в правильном режиме (мощность и флегмовое число выбраны правильно), вообще нет необходимости контроля давления и температуры. Достаточно просто отбросить определенный объём первоначального выхода, содержащий головные фракции, а затем определенный объем пищевого спирта. Остаток вместе с хвостами можно отправить в канализацию.
Всё бало бы прекрасно, если бы идиллию не портили фракции, которые ведут себя неправильно и при входе в колонну проявляют себя как головные, а пройдя некоторую её часть вдруг решают, что они хвостовые, и не хотят сразу попадать в дефлегматор. Но это уже тонкости процесса, на которые на старте можно не обращать внимания.
Emercom
Новичок
Питер
да, принцып хорош, но требует ручного запуска на выход продукта.. а если стабилизировать давление (как?) то можно полностью исключить влияние человека на разделение фракций.. нужная температура-слив в нужную емкость..
вопрос только как давление стабилизировать?? если пониженное, то наверно просто закрыть выход в атмосферу, давление само подскочит, а вот если высокое?? откачивать??:)p.s. я не лентяй (хотя и лень двигатель прогресса), просто нет возможности по 6-8 часов пялится на аппарат:)
Emercom, 11 Авг. 08, 08:15Так стабилизировать на заведомо более высоком чем атмосферное давление и все
P-Alex, 11 Авг. 08, 08:42
ГЕНИАЛЬНО!!:)))
Игорь
Академик
—
3421
Ребята, где стабилизировать давление? В кубе? В дефлегматоре? В какой-то точке колонны?
Давление в дефлегматоре стабилизировано и равно атмосферному. Вы не найдете системы, которая застабилизирует вам давление в динамическом процессе (приход пара — отбор флегмы) с приемлемой точностью, точнее, чем само по себе поддерживается атмосферное давление в течение нашего процесса.
В начале своей ректификационной деятельности я страдал тем же недугом — стремился стабилизировать то, что от природы стабильно. Со временем это прошло.
P-Alex
Научный сотрудник
пгт.Палех
169
по идее в дефлегматоре стабилизировать поставив после дефлегматора еще один обратный холодильник и регулируя сколько пара пропустить в этот холодильник…. насчет точности — да… засада
Klim
Научный сотрудник
Новокузнецк
442
В дефлегматоре давления точно нет.У меня шарик стеклянный лежит на срезе атмосферной трубки.Даже не шелохнётся.Смачиваю его водой,ни пузырей,ни какой другой активности.Хотя у Селянина на колонне,где атмосферная трубка опущена в воду, наблюдал некоторое движение воды в оба направления.
Emercom
Новичок
Питер
в дефлегматоре надо стабилизировать..
оно там по умолчанию атмосферное, так как связь с атмосферой есть..
а вы попробуйте это «связь» заткнуть? давление то вырастет.. в верхней точке дефлегматора датчик давления (можно даже типа механического клапана, но у него погрешность будет большая), так вот..выставить его например на 800 мм.рт.ст… давление меньше этого «связь» закрыта, давление больше-открыта..так будет поддерживаться 800 мм.рт.ст в дефлегматоре, и температура кипения оттдельных фракций будет постоянна. 1 раз настроить и все..
может конечно в чем то и недопонимаю, если что критика-принимается!!
сообщение удалено
Игорь
Академик
—
3421
Да собственно — никакой высшей математики. Правда, пока сделано всё через жОпу, но работает.
Задействовал СОM и LPT порты компьютера. Через CОМ «ТемпКипер» читает температуры с двух датчиков, рисует графики и в окошке показывает значения температуры.
Моя программа на ВБейсике считывает с монитора эту температуру и принимает решение как управлять исполнительными устройствами отбора. Таковых есть два — клапан-отсекатель и винтовой лифт.
Клапан-отсекатель управляется просто. Если температура верхнего датчика (пар в дефлегматоре) превысили заранее установленный предел — клапан закрыт. Если температура вернулась к прежнему значению, клапан открывается с задержкой на N секунд. N я могу установить любым — от нуля до СКОЛЬКОХОЧЕШЬ.
Винтовой лифт — моя новая примочка. Реверсивный моторчик крутит шпильку М6, каретка с резьбой при этом ползёт либо вверх, либо вниз в зависимости от полярности питающего напряжение. Всё сводится к тому, что моя бейсиковская прога отправляет на секунду в ЛПТ-порт одну цифру, если надо тянуть вверх, или другую, если надо двигаться вниз. При этом каретка смещается на 10-15 мм. К каретке прицеплена игла трубки отбора, вставленная в приёмную трубку ёмкости отбора (принцип Кулинара).
Алгоритм управления лифтом я пока отрабатываю, определяя оптимальный вариант. Пока это выглядит так. Если температура в насадке (нижний датчик) стабильна, каретка раз в несколько минут(можно изменять) сползает на 15 мм (тоже можно изменять) вниз, слегка увеличивая отбор. Если температура нижнего датчика поднимется на 1/10 градуса, каретка поднимается три (можно менять) раза на 15 мм вверх, уменьшая отбор, и после достижения возврата и стабилизации температуры нижнего датчика, продолжает плавный спуск, отыскивая таким образом наибольший возможный отбор.
Дополнительные примочки.
Если температура в дефлегматоре поднялась и не опускается к прежнему значению дольше, чем через ИКС минут, значит спирт закончился, и можно всё заканчивать.
Питание ТЭНов и клапана охлаждающей воды, также управляемые из ЛПТ, останавливается.
Все «ходы» записываются в лог-файл. При необходимости можно периодически отправлять этот лог на почтовый ящик.
Уффф…
Спасибо, что дочитали до конца ))
P-Alex
Научный сотрудник
пгт.Палех
169
красиво… осталось сделать продувку колонны от промежуточных фрацкий через трубку связи с атмосферой путем отключения охлаждающей воды в дефлегматор и прекращением отбора… или придумались какие то новые способы решения проблемы накопления промежуточных фракций?
Игорь
Академик
—
3421
Сначала хочу отработать систему, о которой рассказал, а потом заняться вплотную промужуточными фракциями.
Достаточно интересен способ залива горячей (85-90 градусов) воды в воздушную трубку без прекращения нагрева куба. При этом происходит снижение спиртуозности на «тарелках», что облегчает выход в дефлегматор промежуточных фракций. Наверное при этом нужно прекращать возврат флегмы и всю выходящую флегму отправлять на исправление или на технические нужды.
Alexandr
Научный сотрудник
Moscow Region
401
И снова из абсклаба 2003 года (тогда еще вменяемого):
Страница Мичкова Константина — Спирт+вода
https://michkov.by.ru/topics/ethanol.htm
Имхо — никогда ничё более исчерпывающего в инете не видал..
Игорь
Академик
—
3421
в дефлегматоре надо стабилизировать..
оно там по умолчанию атмосферное, так как связь с атмосферой есть..
а вы попробуйте это «связь» заткнуть? давление то вырастет.. в верхней точке дефлегматора датчик давления (можно даже типа механического клапана, но у него погрешность будет большая), так вот..выставить его например на 800 мм.рт.ст… давление меньше этого «связь» закрыта, давление больше-открыта..так будет поддерживаться 800 мм.рт.ст в дефлегматоре, и температура кипения оттдельных фракций будет постоянна. 1 раз настроить и все..может конечно в чем то и недопонимаю, если что критика-принимается!!
Emercom, 11 Авг. 08, 19:01
Пробуй. Каждый из нас проходил этап проверки своих идей собственным опытом. Или ты хочешь подвигнуть кого-то из нас проверить свою революционную идею?
Настрой 1 раз и всё. Если получится всё ОК — поделись опытом. Мы все будем благодарны. Если будут грабли — тоже делись. Неудача — не меньший опыт.
Источник
