Чтение онлайн

на главную - закладки

Жанры

Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №4
Шрифт:

а затем производится его сбраживание.

Как и в предыдущем случае можно рассчитать, что из 1 кг крахмала теоретически получается 1,11 кг сахара. Зная содержание крахмала в сырье можно легко определить выход спирта из того или иного продукта. Так, например, если в пшенице содержится 60 % крахмала, то теоретический выход спирта из такого Зерна составит 0,426 л/кг:

1 кг (пшеница) => 0,6 кг (крахмал) => 0,666 кг (сахар) => 0,426л (спирт).

Практический выход спирта всегда на 10… 15 % меньше теоретического. Такие потери считаются нормальными и, главным образом, связаны с:

— недобродом, то есть с ситуацией, когда часть сахара остается в бражке и не превращается в спирт;

— неправильным

брожением, то есть когда часть сахара превращается не в спирт, а в некоторые другие вещества примеси;

— прямыми потерями, когда часть спирта просто улетучивается вместе с углекислым газом в процессе брожения, или теряется при перегонке и ректификации.

2. Теплофизические свойства водно-спиртовых растворов

Свойства абсолютизированного 100 % этилового спирта (ЭС) с практической точки зрения мало интересны (tкип= 78,3 °C при 760 мм. рт. ст., р = 790 кг/м3).

Поэтому, здесь мы разберемся со свойствами бинарной (двойной) смеси ЭС + вода, дающими полное представление о работе ректификационного оборудования и получения на нем этилового спирта-ректификата.

2.1. Концентрация спирта.

Всем известно, что ЭС очень хорошо растворяется в воде образуя бинарную водно-спиртовую смесь (раствор), которая может содержать в себе любое количество спирта.

В случае использования тех или иных справочных данных необходимо четко различать два понятия концентрации спирта в водно-спиртовом растворе — массовая и объемная концентрации. Массовая концентрация спирта используется только для физических расчетов, анализа процессов горения и др. Массовая концентрация — это масса спирта в массе раствора (обозначается как % масс., или кг/кг, или г/г). Чаще и традиционно используется понятие объемной концентрации спирта — это объем спирта в объеме раствора (обозначается как % об., или м33, или л/л, или мл/мл). Эта некоторая «путаница» в концентрациях возникает из-за разной плотности спирта (р = 790 кг/м3 = 0,79 г/мл) и воды (р = 1000 кг/м3 = 1 г/мл). Разница в цифрах объемной и массовой концентраций одного и того же раствора существенна, поэтому далее мы будем пользоваться только понятием объемной концентрацией спирта.

Для определения объемного содержания спирта в растворе — концентрации спирта в жидкости (X) используются специальные спиртометры: АСП-3 0…40 %, АСП-3 40…70 %, АСП-3 70…100 %, АСП 95… 105 %, АСП-2 96…101 %, с термометром АСПТ 60…100 %. Стоит отметить, что плотность водно-спиртового раствора сильно зависит от его температуры, а все эти приборы измеряют именно плотность раствора (используют силу Архимеда). Поэтому реальное содержание спирта в растворе совпадает с показаниями этих приборов только при 20 °C, что и указано на шкалах этих приборов.

Наиболее известными растворами являются водка — 40 % и спирт-ректификат — 96,4 %. Кстати, содержание спирта в бражке находится в пределах 7…12 %, но измерять эту концентрацию с помощью спиртометров нельзя из-за наличия в бражке остаточного сахара и других примесей, влияющих на плотность раствора, и соответственно, искажающих показания прибора.

Пары ЭС также хорошо растворяются и в парах воды и образуют с ними единую паровую смесь с концентрацией спирта в них Y, которую можно определить только после конденсации этих паров — т. е. в жидкости (как в предыдущем случае)

или по температуре их парообразования при 760 мм. рт. ст. (см. ниже).

2.2. Температура кипения водно-спиртовой смеси.

Естественно, температура кипения раствора двух веществ — воды (tкип = 100 °C при 760 мм. рт. ст) и этанола (tкип = 78,3 °C при 760 мм. рт. ст) должна находится между температурами кипения индивидуальных веществ. Зависимость температуры насыщенного водно-спиртового пара или температура кипения (парообразования) этой бинарной смеси от концентрации спирта в парах Y представлена на рис. 1.

Рис. 1 Температура насыщенного водно-спиртового пара или температура кипения водно-спиртовой смеси (при давлении 760 мм рт. ст.)

Стоит обратить внимание, что на этом графике существует некоторая точка А с концентрацией 96,4 % температура в которой даже меньше температуры кипения 100 %-го этанола.

2.3. Равновесие фаз.

Равновесным состоянием фаз (жидкой и парообразной) называется такое их сосуществование, при котором не происходит никаких видимых качественных или количественных изменений этих фаз. Равновесие фаз считается достигнутым только в том случае, когда одновременно удовлетворяются два условия: равны температуры фаз и равны парциальные давления каждого компонента в паровой и жидкой фазах. Второе условие означает, что процесс перехода через границу раздела фаз каждого компонента из жидкой фазы в паровую фазу и обратно завершен. Т. е. составы жидкой и паровой фазы стабилизировались, а концентрации компонентов в отдельно взятой фазе одинаковы в каждой точке ее объема.

Для бинарной водно-спиртовой смеси это теоретическое высказывание означает очень простую вещь. Если в обычную колбочку (схематично нарисована внутри графика рис. 2) налить небольшое количество водно-спиртовой смеси с концентрацией Хж и нагреть до температуры кипения этой смеси, то в образовавшемся паре концентрация спирта будет Yп. Затем, если быстро закрыть колбочку и интенсивно встряхнуть (перемешать паровую и жидкостную фазы), то температура внутри колбочки выровняется, а пар и жидкость придут в равновесное состояние — с концентрациями в них спирта Y и X соответственно.

Если такие опыты провести для разных концентраций водно-спиртовых растворов, то можно получить некоторую зависимость равновесия фаз — кривая равновесия фаз. График кривой равновесия фаз для бинарной смеси чистый спирт + чистая вода представлен на рис. 2.

Рис. 2. Кривая равновесия фаз бинарной водно-спиртовой смеси (при давлении 760 мм рт. ст.)

Теоретическая и практическая значимость кривой равновесия фаз с точки зрения процесса ректификации спирта очень велика, но к этому мы вернемся позднее в разделе «Ректификация», а сейчас покажем, как этой кривой пользоваться.

Поделиться:
Популярные книги

На границе империй. Том 10. Часть 3

INDIGO
Вселенная EVE Online
Фантастика:
боевая фантастика
космическая фантастика
попаданцы
5.00
рейтинг книги
На границе империй. Том 10. Часть 3

30 сребреников

Распопов Дмитрий Викторович
1. 30 сребреников
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
фэнтези
фантастика: прочее
5.00
рейтинг книги
30 сребреников

Титан: Возвращение

Рави Ивар
1. Титан
Фантастика:
героическая фантастика
боевая фантастика
4.86
рейтинг книги
Титан: Возвращение

Кодекс Охотника. Книга VII

Винокуров Юрий
7. Кодекс Охотника
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
аниме
4.75
рейтинг книги
Кодекс Охотника. Книга VII

Жена со скидкой, или Случайный брак

Ардова Алиса
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
8.15
рейтинг книги
Жена со скидкой, или Случайный брак

Бастард Императора

Орлов Андрей Юрьевич
1. Бастард Императора
Фантастика:
фэнтези
аниме
5.00
рейтинг книги
Бастард Императора

Искатель 3

Шиленко Сергей
3. Валинор
Фантастика:
попаданцы
рпг
фэнтези
5.00
рейтинг книги
Искатель 3

Заклятие предков

Прозоров Александр Дмитриевич
3. Ведун
Фантастика:
фэнтези
альтернативная история
8.49
рейтинг книги
Заклятие предков

Санек

Седой Василий
1. Санек
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
4.00
рейтинг книги
Санек

Царь поневоле. Том 1

Распопов Дмитрий Викторович
4. Фараон
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
5.00
рейтинг книги
Царь поневоле. Том 1

Идеальный мир для Лекаря 22

Сапфир Олег
22. Лекарь
Фантастика:
юмористическое фэнтези
аниме
фэнтези
5.00
рейтинг книги
Идеальный мир для Лекаря 22

Доктора вызывали? или Трудовые будни попаданки

Марей Соня
Фантастика:
юмористическая фантастика
попаданцы
5.00
рейтинг книги
Доктора вызывали? или Трудовые будни попаданки

Тринадцатый VIII

NikL
8. Видящий смерть
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Тринадцатый VIII

Ваше Сиятельство 9

Моури Эрли
9. Ваше Сиятельство
Фантастика:
боевая фантастика
попаданцы
стимпанк
аниме
фэнтези
5.00
рейтинг книги
Ваше Сиятельство 9