Лекція 20 5.4. ПЕРЕГОНКА

Лекція 20

5.4. ПЕРЕГОНКА

5.4.1. Сутність процесу та види перегонки

Процес розділення киплячих рідких однорідних сумішей різних за леткістю компонентів внаслідок їх часткового випаровування з подальшою конденсацією утвореної пари називається перегонкою (дистиляцією).

Перегонка широко використовується в харчовій технології як один з основних процесів у виробництві етилового спирту, що одержується при зброджуванні крохмалю і цукровистих речовин; в коньячному виробництві при одержанні коньячного спирту з вина; у вітамінному виробництві при витяганні вітамінів А і Е з риб'ячого жиру і олій; у маргариновому виробництві при дезодорації жиру та олій; у виробництві ефірних масел (ароматичних речовин) з натуральних прянощів та ін. Процеси перегонки використовують у харчуванні під час приготування ароматизованих дистилятів, виконанні аналізів складу, якості сировини, матеріалів і готової кулінарної продукції,  одержанні дистильованої води. Перегонка грунтується на різницях температур кипіння, парціальних тиску та леткостей окремих компонентів, які входять до складу суміші. Під час нагрівання рідкої суміші до кипіння компонент, що має нижчу температуру кипіння, переходить у пару і видаляється з неї у першу чергу. Компонент з вищою температурою кипіння залишається в рідкому стані й лише частково випаровується.

Компонент суміші, який при незмінному тиску кипить за нижчої температури, називають легколетким, або низькокиплячим, а компонент, що кипить при високій температурі, - важколетким, або високо-киплячим. Отже, в процесі перегонки рідка фаза збіднюється, а парова фаза збагачується легколетким компонентом. Рідина, що не випарувалась, природно, має склад більш багатий важколетким компонентом. Ця рідина називається остачею, а рідина, отримана в результаті конденсації пари, - дистилятом, або ректифікатом. Тому процес перегонки називають також дистиляцією, або ректифікацією.

Ступінь збагачення парової фази легколетким компонентом за інших рівних умов залежить від виду перегонки. Існують два принципово відмінних види перегонки: проста перегонка (дистиляція) і ректифікація. Проста перегонка - це процес одноразового часткового випаровування рідкої суміші та конденсації пари, що утворюється. Звичайно її використовують для грубого розподілу рідких сумішей, лет-кості компонентів яких істотно відрізняються.

Значно більш повний розподіл рідких сумішей на компоненти досягається шляхом ректифікації. Ректифікація - процес розділення багатокомпонентної гомогенної суміші летких рідин шляхом багаторазового випаровування і конденсації цієї суміші, що супроводжується поверненням частини конденсату у вигляді флегми. Помітимо, що процес перегонки поріднений до процесу випаровування. Принципова різниця полягає в тому, що випаровуванню піддають суміші, які складаються з леткого розчинника і нелеткої розчиненої речовини, а перегонці піддають рідкі суміші, в яких і розчинник і розчинена речовина володіють леткістю.

5.4.2. Апарати для проведення простої перегонки

Схему періодично діючого апарата, призначеного для простої перегонки (дистиляції) рідинних систем, наведено на рис. 5.16. Вихідну суміш завантажують у перегінний куб 1, постачений змійовиком для обігріву, і доводять до кипіння.

Пару відводять у конденсатор-холодильник 2, де вона повністю конденсується і відводиться у вигляді дистиляту. Перші порції дистиляту містять більшу кількість легколеткого компонента, ніж останні. Після завершення процесу залишок зливають з куба і в нього знов завантажують суміш для розділення.

У харчовій промисловості застосовуються дезодоратори-перегінні апарати, призначені для дезодорації олій і тваринного жиру. У них здійснюють перегонку з водяною парою.

Дезодорація - вилучення з продукту летких компонентів, що мають неприємний запах.

Дезодоратор (рис. 5.17) - це вертикальна сталева посудина циліндричної форми, постачена змієвиковим теплообмінником 5 для нагрівання жиру, та барботером, куди під тиском подають перегріту відкриту пару. Сировина завантажується в апарат через патрубок 6. Пара захоплює із собою жир по трубі 3 і викидає з великою силою у відбивач 2, розміщений над нею. Під час удару жир розпадається на дрібні краплини, внаслідок чого збільшується поверхня його контакту з парою. Леткі речовини, що містяться в жирі (альдегіди і кетони), переходять у пару і видаляються разом з нею з дезодоратора в конденсатор через патрубок 1. Дезодорований продукт вивантажується з апарата через штуцер 4. Під час перегонки з водяною парою температура кипіння небажаних домішок олії (висококиплячих альдегідів і кетонів) знижується. Ці домішки випаровуються за невисоких тем-ператур, коли леткість основного продукту (складних ефірів і жирних кислот) невелика, внаслідок цього з домішками відганяється дуже невелика кількість олії або жиру (усього близько 1%). Оскільки дезодоратори працюють під розрідженням, то це дозволяє ще більш понизити температуру кипіння суміші. У останні роки знаходять застосування ефірні масла, що одержуються з натуральних прянощів шляхом простої перегонки. До них відносяться ефірні олії з перцю духмяного і чорного, лаврового листа, кориці, мускатного горіха, кропу та ін.

Крім того, в кулінарії для ароматизації страв починають застосовувати різноманітні водно-спиртові дистиляти, для виробництва яких можливе використання простої перегінної установки (рис. 5.18). Установка включає в себе ємність З з нагрівачем 1, в яку поміщено ківш 2 і сотейник 4. У ємність 3 завантажують певну кількість ароматизуючих речовин (наприклад, селеру, петрушку, перець чорний мелений, часник) і заливають водно-спиртову рідину. Співвідношення між твердою частиною й рідиною (гідромодуль) становить 1:1; Водно-спиртова рідина екстрагує з прянощів ароматизуючі речовини, повільний підігрів суміші до температури 50° С і витримка за цієї температури 15-25 хв сприяють екстрагуванню. Пара спирту з екстрактом піднімається вгору, конденсується на зовнішній поверхні сотейника, заповненого льодом 5, і збирається в ковші 2. Відповідні ароматичні дистиляти використовуються для ароматизації різноманітних кулінарних виробів (м'ясних, рибних, овочевих, фруктових, хлібобулочних та ін.).

5.4.3. Ректифікація бінарних сумішей

Простою перегонкою поділити суміш рідин А і Б на складові чисті компоненти не можна. Це здійснюється ректифікацією - процесом багаторазового випаровування і конденсації однієї й тієї самої суміші, що супроводжується поверненням частини конденсату у вигляді флегми. Ректифікація, що полягає у взаємодії пари, яка утворюється під час перегонки, з рідкою флегмою, дає можливість повніше розділити суміші на компоненти, ніж проста перегонка. Ректифікацію проводять не в окремих кубах, а в колонах, розділених перегородками, що називаються тарілками. На кожній тарілці відбуваються ті самі процеси, що і в кубах. На рисунку 5.19 зображено схему ректифікаційного апарата безперервної дії. Апарат складається з колони 1, дефлегматора 2 і холодильника 3. Колону умовно поділено на дві частини. Верхня частина колони (частина а) називається колоною зміцнення, нижня (б) - колоною виснаження. Призначення колони полягає в тому, щоб привести в тісний контакт парову й рідку фази, які містять компоненти, що розділяються.

Розглянемо процес ректифікації на прикладі розподілу бінарної системи - вторинної (сокової) пари, що утворюється у вакуум - випарних установках під час виробництва концентрованих фруктових соків. Відзначимо, що одержання з сокової пари концентрованих ароматичних речовин - нове направлення, що дозволить по-кращити рентабельність сокового виробництва. Вторинна сокова пара у вигляді конденсату (після обігріву останнього апарата багатокорпусної випарної установки) надходить в колону 1 і опускається в ній, переливаючись з тарілки на тарілку. Назустріч йому рухається пара. Щоб утворити цю пару, в нижню частину колони впускають гріючу водяну пару. За час проходження вихідної суміші (сокової пари) в колоні виснаження легколеткий компонент (ароматичні речовини) з рідкої фази переходить у парову фазу, і залишок, що виходить з колони, містить в основному важколеткий компонент (воду). Пара, яка виходить з колони виснаження в колону зміцнення, містить, таким чином, майже весь легколеткий компонент, що міститься у вихідній суміші. Зміцнююча частина колони призначена для того, щоб збільшити концентрацію легколеткого компонента. Для цього з дефлегматора 2 на верхню тарілку зміцнюючої колони надходить флегма, що містить високий процент легколеткого компонента. Зливаючись по тарілках колони зміцнення, флегма віддає свій легколеткий компонент парі, а сама приймає з пари важколеткий компонент. У результаті такого обміну пара, яка виходить з колони в дефлегматор, збагачується на легколеткий компонент. Збагачена пара конденсується частково в дефлегматорі, утворюючи флегму. Не сконденсована в дефлегматорі пара ароматичних речовин надходить у холодильник, де утворює дистилят.

Питання для самоперевірки

1. Який процес називають перегонкою і що є необхідною умовою проведення цього процесу?

2. Поясніть суть простої перегонки (дистиляції) і ректифікації.

3. Намалюйте схему апарата, призначеного для проведення простої перегонки.

4. Яку властивість однорідних сумішей використовують при перегонці?

5. Намалюйте принципову схему дезодоратора.

6. Сутність процесу одержання ароматичних дистилятів.