Этиловый спирт получаемый методом ректификации является смесью спирта, воды и других различны примесей в очень незначительном количестве и теоретически имеет максимальную крепость 96.6 % от объема (азеотропная точка). С помощью ректификации невозможно выгнать спирт крепче потому, что при достижении отметки в 96.6 из куба начинает испаряться столько же спирта сколько и воды, т.е. насыщение паров спиртом не происходит.Абсолютный спирт (АС) - в теории и в расчетах это 100 % спирт, жидкость, в составе которой нет абсолютно ничего кроме спирта. На практике же он может быть и немного меньшей крепости, от 99 % и иметь в своем составе воду и другие примеси. Такой спирт не имеет практического применения в быту и алкогольной промышленности, однако производится в промышленных масштабах и применяется главным образом в синтезе органических веществ (в лакокрасочной, фармацевтической, косметической и парфюмерной промышленности) и как компонент топлива (добавление абсолютного спирта к бензину повышает антидетонационные свойства моторного топлива, что позволяет применять более высокие степени его сжатия).
Методы обезвоживания этилового спирта
Существуют много методов получения абсолютного спирта, например:- с помощью твердых водосвязывающих веществ на холоду
- с помощью жидких водосвязывающих веществ
- с помощью диффузии паров через пористые перегородки
- с помощью методов основанных на явлениях азеотропизма
- с помощью растворов солей смещающих азеотропную точку
Методом связывания с помощью жидких водопоглотителей (например глицерин) получают спирт крепостью 99.2 %. С помощью глицериновых растворов обезвоженных солей (например хлорид кальция или карбонат кальция) получают спирт крепостью 99.9 - 100 %.
Метод диффузии основан на различной скорости диффузии паров через пористые мембраны под вакуумом.
Эти методы не получили распространения в промышленности, где большее значение имеют азеотропный метод и метод солевой ректификации.
Азеотропный метод обезвоживания этилового спирта
Азеотропный метод работает с применением третьего компонента (чаще бензола) в составе перегоняемой жидкости. В такой смеси образуется ряд азеотропов: этанол-вода, бензол-вода, этанол-бензол, этанол-бензол-вода. В таблице ниже приведены из температуры кипения.
Наименьшую температуру кипения имеет азеотроп этанол-бензол-вода, и при ректификации он уходит первым, как головная фракция, одновременно захватывая с собой всю воду. Однако количество этой воды не должно быть велико, поэтому водно-спиртовая смесь поступающая на ректификацию уже должна иметь спиртуозность не менее 80 %(мас.). В результате такой перегонки, абсолютный спирт накапливается и отбирается в нижней части колонны, как хвостовая фракция.Существенным недостатком данного метода является то, что в абсолютном спирте всегда содержится некоторое количество бензола.
Классическая схема установки для азеотропного метода
Промышленные установки для получения абсолютного спирта азеотропным методом могут выглядеть по-разному. На рисунке приведена принципиальная схема такого аппарата.
Водно-спиртовая смесь в присутствии бензола поступает в ректификационную колонну (а). Тройной азеотроп проходит до дефлегматора (б), где конденсируется. Часть конденсата возвращается в колонну как флегма, а другая часть поступает в холодильник и в отстойник (г). В отстойнике охлажденная смесь расслаивается на два слоя. Верхний слой беден водой и при 15 °С имеет состав: этиловый спирт 13.3 %(мас.), бензол 85 %(мас.), вода 1.7 %(мас.). Состав нижнего слоя: спирт 49.7 %(мас.), бензол 9 %(мас.), вода 41.3 %(мас.). Практически состав слоев может колебаться в значительных пределах. Слой, богатый бензолом, возвращается в колонну, а нижний слой поступает в промывательный сосуд (д) для промывки водой. При этом в промывателе отделяется бензол, нерастворимый в воде, а низкоспиртуозный спирт направляется в обезвоживающую колонну (е) со своим дефлегматором (ж). В верхней части этой колонны отбирается спирт крепостью до 94 %(мас.), который направляется обратно в ректификационную колонну. В нижней части отбирается лютерная вода, которая также уходит в ректификационную колонну. При установившейся работе аппарата, в ректификационной колонне появляются 3 зоны:- Верхняя (10 тарелок), где находится тройная азеотропная смесь, в которой содержание спирта колеблется от 68 до 74 %(мас.).
- Средняя (30 тарелок), где находится смесь бензола и спирта крепостью от 97 до 99.9 %(мас.).
- Нижняя (22 тарелки), где происходит выделение бензола из спирта. На тарелках этой колонны кипит абсолютный спирт, отводимый из колонны.
Метод солевой ректификации
Для получения химически чистого абсолютного спирта применяется метод солевого обезвоживания.Принцип метода заключается в том, что водно-спиртовую смесь в колонне подают навстречу стекающему по тарелкам раствору соли (например уксуснокислый калий, хлористый кальций, едкий натр, хлористый цинк) в абсолютном спирте.
Добавление соли к системе состоящей из двух взаиморастворимых жидкостей ведет к смещению равновесной кривой. При этом в паровую фазу переходит больше того компонента, в котором соль менее растворима. Лучшие показатели имеет та соль, которая дает меньшее отклонение от закона Рауля с более летучим компонентом и наиболее отрицательное отклонение - с менее летучим.
На рисунке показана кривая равновесия системы этанол-вода и кривая равновесия той же системы в присутствии хлористого кальция. Видно, что в присутствии соли азеотропная точка исчезает и обогащение паровой фазы идет при всех концентрациях этанола в жидкой фазе.
Классическая схема установки для метода солевой ректификации
Принципиальная схема работы такой установки приведена на рисунке.
Водно-спиртовая смесь поступающая на абсолютирование из сборника (8) подается на 27 тарелку. Лютерная вода отводится через гидрозатвор (15). Флегма, возвращаемая из дефлегматора, делится на 2 потока: один направляется в колонну, второй в солерастворитель (7), где находится мелкодисперсный хлористый кальций. Флегма поступает в солерастворитель снизу, растворяет соль и выходит на 6 тарелку. Абсолютный спирт отбирается в жидкой фазе с 4 тарелки и имеет крепость от 99.95 до 99.97 %(об.).