Как разделить воду и спирт различными методами?

Вовсе не желание употребления спиртных напитков послужило толчком для зарождения спиртовой промышленности. Первыми, кто практически решил вопрос о том, как разделить воду и спирт, были не потребители и даже не производители зелья, а… медики. Спирт несравненно лучший по сравнению с водой растворитель, поэтому на его основе древние восточные лекари с успехом готовили свои снадобья. Метод дистилляции привезли в Европу, как один из трофеев, рыцари из своих крестовых походов. В Старом Свете метод прижился, правда, во Франции получил еще одно назначение – изготовление косметики. И лишь затем продукты перегона браги начали потихоньку завоевывать место под солнцем как напитки, с чем связано немало легенд и преданий.

Метод, о котором знает каждая бабка

Субстанция, из которой обычно получают спирт – это брага, а самогоноварение – самый древний способ как разделить смесь. Спирта и воды, правда, в чистом виде процесс не дает, зато дешев, надежен и отработан веками.

В процессе брожения из сахаросодержащих веществ дрожжи вырабатывают спирт, и при определенной его концентрации сами же в нем и погибают (спирт, оказывается, яд даже для производящих его дрожжей). Далее в дело вступает чистая физика: вода, как известно, при нормальном атмосферном давлении (около 760 мм.рт.ст.) превращается в пар при температуре 100 °C, а вот этиловый спирт – этанол, тот самый, что создает нам «праздничное» настроение, закипает при температуре порядка 78 °C.

Таким образом, способ, как разделить воду и спирт, очевиден. При нагревании первыми испаряются пары этанола и отводятся из зоны кипения. Затем пары поступают в охладитель и конденсируются, превращаются обратно в жидкость. Вода же остается в емкости.

Как научились получать чистый спирт?

Однако на деле не все так просто и легко. При 80 °C спирт интенсивно испаряется и покидает емкость. Вода, хоть и не достигает точки кипения при данной температуре, но часть ее все же испаряется и попадает в охладитель вместе с парами этанола. Если делать перегонку 3 и более раз, максимальная крепость, которой можно добиться – 80…85%. А как разделить воду и спирт полностью или почти полностью? Для этого в конце XIX века и была придумана ректификационная колонна.

Устройство ее отличается от обычного «бабкиного» самогонного аппарата наличием вертикальной шахты, куда поступают спиртосодержащие пары перед тем, как оказаться в холодильнике. В шахте пары проходят через ряд препятствий в виде тарелок, насыпных деталей произвольной формы и т. д. Задача этих препятствий в том, чтобы немного остудить пар и заставить его конденсироваться. В виде капель оседает и самотеком вновь попадает в емкость именно вода – как жидкость с более высокой температурой кипения. Пары же спирта продолжают свой путь к вершине колонны и лишь там они отбираются для охлаждения и конденсации.

Другие способы

Однако известны и другие способы, как разделить воду и спирт. Например, что выйдет, если исходную жидкость не нагревать, а наоборот – охлаждать? Именно так, по некоторым предположениям, поступали древние викинги со своим элем, чтобы сделать его крепче. В кувшине с элем, который выносили на ночь на лютый мороз, к утру образовывалась ледышка. Ее выбрасывали, а оставшийся в кувшине напиток оказывался крепче и забористее. Секрет метода прост – вода кристаллизуется при температуре 0 °C, чтобы заморозить этиловый спирт, его пришлось бы охладить до минус 115 °C.

Но если вообще отставить в сторону температуру? В этом случае как разделить спирт и воду? Химия также может помочь в решении задачи. Есть вещества, связывающие химически воду, нейтральные к спирту. Другие же, напротив, вступают в реакцию со спиртом, игнорируя Н₂О. Это такие методы, как выщелачивание или высаливание. Однако на практике к таким способам прибегают чаще всего лишь в научных целях.

Источник

Как можно разделить спирт и воду

1. Разделить спирт и воду можно перегонкой — через змеевик (т. е. прогнать под воздействием высокой температуры через специальный аппарат) .

2. Спирт можно испарить из воды, т. к. он более летучий и испаряется при более низкой температуре — температура кипения воды 100 градусов по Цельсию, спирта — 78,37 градусов по Цельсию Поэтому пары спирта быстро испарятся, у вас останется лишь вода. Однако очевидно, что собрать пары спирта будет невозможно. Этим способом можно только очистить воду.

3. Или наоборот, заморозить. Вода превратится в лёд, а спирт останется жидким, т. к. у него температура кристаллизации (замерзания) t = −114 по Цельсию.
Способ, применяемый в Сибири: берут лом (железную палку или можно взять железный желоб) , выставляют на мороз, когда лом замёрзнет, его ставят в ведро и по нему сливают спирт. Вода примёрзнет, спирт останется в ведре.

4. Существуют специальные устройства для отделения спирта от воды, они различаются конструкциями узлов, деталями, приспособлениями для очищения спирта и повышения его концентрации. Аппараты устроены по принципу конденсационных отсекающих камер, в них входит испарительная емкость и ректификационные колонны. Емкость заполняется жидкостью, которая нагревается и испаряется. Разогретая жидкость поднимается верх в виде пара по камерам, где происходит конденсация воды, которая стекает обратно в емкость. Спирт в парообразном состоянии поступает в верхнюю камеру, остывает и виде капель поступает на выход в спиртоприемник. Когда спирта становится меньше, начинает подниматься вода, так как ей нужно больше времени для закипания и перехода в газообразное состояние. Полученный спирт нужно перегнать еще раз, тогда он получиться большей крепости.

Источник

Способ разделения смеси этанол вода

Установите соответствие между смесью и способом её разделения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) хлорид лития и кварцевый песок

Б) жидкий азот и кислород

В) железо и сульфид меди

Г) вода и этанол

1) фракционной перегонкой

4) обработка водой

5) с помощью магнита

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

А) Хлорид лития и кварцевый песок могут быть разделены при обработке водой (4).

Б) Жидкий азот и кислород разделяют фракционной перегонкой (1).

В) Железо и сульфид меди можно разделить с помощью магнита (5).

Г) Вода и этанол разделяются фракционной перегонкой (1).

Вода и этанол — азеотропная смесь, то есть нераздельнокипящая. При перегонке такой смеси образуется конденсат того же состава, что и исходный раствор. Поэтому воду можно удалить лишь химическим путем (осушитель — безводный сульфат меди или негашеная известь). (Новошинский И.И. Органическая химия. 11 класс. Профильный уровень — 2-е издание, стр 155).

Даже с осушителем не получить 100% спирт, а перегонку придется делать даже после использования осушителя.

Источник

Способ разделения смеси этанол вода

Установите соответствие между смесью и способом её разделения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

СМЕСЬ	СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ

А) воды и тетрахлорметан

Б) этанола и хлорида серебра

В) цинка и кобальта

Г) вода и ацетон

1) фракционной перегонкой

4) с помощью магнита

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

А) Смесь воды и тетрахлорметана может быть разделена декантацией (3).

Б) Смесь этанола и хлорида серебра может быть разделена фильтрованием (2).

В) Смесь цинка и кобальта может быть разделена с помощью магнита (4).

Г) Смесь воды и ацетона может быть разделена фракционной перегонкой (1).

Ответ А3 некорректен. Определение «декантации»-отделение твёрдой фазы от жидкой. В данном случак имеем две жидкости.На мой вгляд, правильный ответ здесь отсутствует. Разделение можно осуществить в делительной воронке.

Делительная воронка лишь оборудование, а способ называется декантацией.

Каким таким магическим образом, с четыреххлористым углеродом, бензолом, толуолом и т.д. вода разделяется декантацией, а с ацетоном фракционной перегонкой? в чем логика?

с ацетоном вода смешивается, а с остальными — нет.

Источник

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА ДИФФУЗИОННОГО ИСПАРЕНИЯ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДНЫХ СМЕСЕЙ СПИРТОВ

Т.Г.Шарикова, Л.Ф.Комарова, М.В.Андрюхова

Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова г.Барнаул (Россия)

E-mail: chi@agtu.altai.su

В работе исследован процесс разделения водных смесей спиртов методом диффузионного испарения через мембрану на примере смеси этанол-вода. По результатам экспериментов получены регрессионные полиномы, описывающие зависимость удельной производительности и состава паровой фазы от состава жидкости при фиксированных температуре и давлении. Предложен метод расчета процесса разделения на основе эмпирических корреляций, позволяющий определить оптимальные параметры технологических потоков и аппаратурного оформления процесса. Это может служить основой для создания безотходных и экономически целесообразных технологий.

где m 1 и m 2 масса ловушки соответственно с пробой и без нее, кг;
S — площадь рабочей поверхности мембраны, м 2 ;
t 1 и t 2 время cоответственно окончания и начала заполнения ловушки, ч.
Исследования разделения водно-спиртовых смесей проводили на лабораторной мембранной установке реакторного типа, состоящей из мембранной ячейки с лопастной мешалкой. Смесь, прошедшая через мембрану, находится в паровой камере, собирается и конденсируетeя в ловушке. Остаточное давление под мембраной создается вакуум-насосом.
Было исследовано влияние определяющих факторов — типа мембраны, давления, состава и температуры на удельную производительность процесса и состав паровой фазы. Результаты, полученные при исследовании влияния вышеперечисленных параметров [6], позволяют предложить оптимальные условия для проведения процесса разделения с целью обезвоживания спиртов:

• — температура исходной смеси 60°С;
• — остаточное давление под мембраной 10 мм рт. ст.;

Результаты экспериментов в статической ячейке с интенсивным перемешиванием по разделению смеси этанол-вода методом первапорации приведены в табл.1

СМЕСЬ	СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ

Таблица 1

Результаты разделения смеси этанол-вода в статических условиях Р ост =10 мм рт.ст. Тж=Тп=60°С

Мембрана ПАСК			Мембрана ПЭК
Содержание воды, % масс.		J, кг/(м 2 ч)	Содержание воды, % масс.		J, кг/(м 2 ч)
жидкость, Х	пар, Y		жидкость, Х	пар, Y
8.03	59.15	1.76	14.70	92.50	1.10
7.28	67.25	1.38	12.50	96.50	0.52
6.28	72.78	1.20	10.40	92.70	0.50
3.91	74.56	0.42	8.70	99.10	0.24
3.77	71.47	0.62	7.60	96.80	0.20
2.18	32.46	0.68	8.50	99.60	0.08
1.96	24.56	0.47	4.10	99.90	0.09
1.46	24.78	0.44	3.30	99.96	0.01

Для создания динамического pежима использовалась лабоpатоpная установка пpоточного типа. Пpинцип ее pаботы заключается в следующем: исходная смесь, нагpетая до опpеделенной темпеpатуpы, из емкости центpобежным насосом подается в мембpанный модуль. Расход жидкости pегулиpуется pотаметpом.
Остаточное давление под мембpаной создается вакуум-насосом. Мембpанный модуль состоит из тpех пластин пpямоугольной фоpмы, стянутых между собой болтами. Рабочая часть каждой пластины имеет 20 каналов трапецеидальной формы длиной 125 мм и высотой 1.5 мм. Между внешними и средней пластинами зажимается мембрана и сетка в такой последовательности, которая предполагается вариантом сборки модуля. Исходная смесь подается через коллектор на мембрану со стороны селективного слоя, и после прохождения вдоль ее pетант с пеpвой ступени напpавляется на втоpую, а затем возвpащается в емкость с исходной смесью. Прошедшие через мембрану пары собираются на поверхности средней пластины и с помощью вакуум — насоса отводятся в ловушку для конденсации. Данный модуль является прототипом промышленного образца. Исследование динамических аспектов разделения позволило определить оптимальную скорость жидкостного потока на пластине — 0.2 м/с.

Таблица 2

Зависимость производительности и состава паровой фазы от состава исходной смеси

Мембрана	Х, % масс.	J(X)	Y(X)
ПЭК	3.30 — 14.70	-0.310 + 0.75Х	102.790 — 0.688Х
ПАСК	1.46 — 8.03	0.196Х	-34.142 + 40.908Х — 3.684Х 2

Полученные полиномы, а также рассчитанное ранее гидравлическое сопротивление на делительной пластине опытно-промышленной первапорационной установки типа фильтр-пресс [7] легли в основу расчета процесса первапорации. В работе расчет ведется для одной установки (аппарата), которая может работать на различных мембранах (ПАСК, ПЭК) и состоять из нескольких модулей. Зачастую производственные площади ограничены и возможность произвольно компановать модули является важным достоинством мембранной системы. Модуль пpедставляет собой аппаpат типа «фильтp-пpесс» с плоскокамерными элементами и общей площадью мембран 2,5 м 2 .
Определение оптимального числа таких модулей, а также целесообразность использования той или иной мембраны является одной из задач, решаемой посредством сравнения расчетов материальных балансов различных вариантов установки.
Для разработки технологической схемы обезвоживания этанола был проведен расчет разделения смеси этанол — вода с начальной концентрацией 88% масс. и конечной — 98% масс. спирта в количестве 50 кг. Зависимость времени разделения от количества параллельно работающих модулей приведена в табл.3. В результате расчета материального баланса получены данные о потоках: количество обезвоженного спирта 44.97 кг и 5.03 кг очищенной воды.

Таблица 3

Зависимость времени работы установки, ч. от типа мембраны и количества модулей

Тип мембраны	Количество модулей
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Время работы установки, ч.
ПАСК	2.48	1.24	0.83	0.62	0.49	0.41	0.35	0.31	0.28	0.25
ПЭК	4.22	3.14	2.09	1.57	1.25	1.04	0.89	0.78	0.69	0.63

Анализ полученных результатов показал, что время разделения смеси нелинейно падает с увеличением площади мембран, кратной количеству параллельно используемых модулей. При сравнении зависимости времени работы установок от типа мембран и количества модулей (табл. 3), полученных в результате расчета, нетрудно видеть, что при использовании мембраны ПАСК необходимый эффект разделения достигается за более короткий промежуток времени при одинаковых значениях материальных потоков. Такое различие обусловлено преимуществом мембраны ПАСК в производительности, несмотря на то, что по селективности она уступает мембране ПЭК. Изложенное позволяет рекомендовать мембрану ПАСК для разделения смеси этанол-вода за минимальное время.
Для определения оптимального числа модулей в установке был произведен расчет затрат на количество энергии (перекачивание жидкости и создание вакуума), потребляемое за время работы мембранных модулей и амортизационную стоимость мембран за час работы (табл. 4).

Таблица 4

Зависимость затрат (тыс. руб./ч) на проведение процесса от количества модулей в установке

Затраты	Количество модулей
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Энергозатраты	4.32	2.16	1.44	1.08	0.86	0.71	0.61	0.54	0.49	0.44
Амортизация	1.05	2.11	3.16	4.22	5.27	6.38	7.47	8.44	9.34	10.46
Суммарные расходы	5.37	4.27	4.60	5.30	6.14	7.09	8.08	8.98	9.83	10.90

Из табл. 4 видно, что с увеличением количества модулей уменьшаются продолжительность процесса и, соответственно, энергозатраты, но возрастает амортизационная стоимость мембран. Минимуму суммарных затрат соответствует параллельное использование в схеме двух модулей с мембранами ПАСК. Схема, состоящая из рекомендуемого количества модулей, может служить основой для создания экономически целесообразной технологии разделения смеси этанол-вода околоазеотропного состава методом первапорации

Источник