Простая перегонка

При простой перегонке часть жидкости превращают в пар, отводят его и охлаждают до конденсации. Получаются два потока разного состава: собранный конденсат, или дистиллят, и оставшаяся жидкость. [SD01]

Если нагреть смесь воды и спирта, из неё не выйдет сначала весь спирт, а потом вся вода. В пар переходят оба вещества. Но переходят они в другом соотношении, чем находятся в жидкости. В простейшей периодической схеме это куб с нагревом, холодильник и приёмник. Колонны с многократным встречным контактом пара и жидкости здесь пока нет. [SD01]

Почему пар оказывается другим? Молекулы разных веществ неодинаково легко покидают жидкость. Причём важно не только, как кипит каждое чистое вещество: в смеси молекулы взаимодействуют с соседями, а соседи теперь бывают другими. Поэтому знакомые температуры кипения чистых воды и спирта ещё не говорят, какой состав получится над их раствором. Сравнительную способность компонентов переходить в пар характеризуют относительной летучестью; она может меняться с составом смеси. Для численного ответа нужна зависимость равновесия «жидкость — пар»: какому составу кипящей жидкости при данном давлении соответствует какой состав пара. Слово «равновесие» здесь означает, что рассматриваются согласованные состояния двух фаз, а не просто случайная проба газа возле горячей поверхности. [SDT02]

Такой способ позволяет вернуть растворитель из загрязнённой жидкости или отделить летучую часть от тяжёлого остатка. Но он не обещает чистого вещества из любой смеси. Посмотрим на реальный пример: он одновременно покажет и пользу перегонки, и её предел.

Пол-литра воды и пол-литра спирта: что получится в первом паре

Возьмём мысленно 500 мл чистой воды и 500 мл чистого этанола, отмеренных отдельно при 20 °C. Это равные исходные объёмы, но не одинаковые массы и не одинаковое число молекул. Плотность воды при этой температуре около 998,20 кг/м³, этанола — 789,24 кг/м³. Значит, воды мы взяли 499,10 г, а этанола 394,62 г. После смешения и возвращения к 20 °C объём будет меньше суммы исходных объёмов: смесь сжимается. Называть её готовым раствором «50 % об.» было бы ошибкой. [SEP31]

Для диаграммы удобнее считать молекулы. Моль — просто способ считать их большими одинаковыми порциями. Молярная масса воды — 18,0153 г/моль, этанола — 46,0684 г/моль. Разделив массу каждого вещества на его молярную массу, получим примерно 27,704 моль воды и 8,566 моль этанола. Из каждых ста молекул смеси около 23,6 окажутся молекулами этанола. Его мольная доля x ≈ 0,236. В массовых процентах это та же самая жидкость с 44,15 % масс. этанола. Числа различаются потому, что молекула этанола тяжелее молекулы воды. [SEP27, SEP07; собственный расчёт]

Теперь используем экспериментальные данные Kurihara, Nakamichi и Kojima для давления 101,3 кПа абсолютного, близкого к нормальному атмосферному. В их таблице нет ровно нашего состава. Есть две соседние точки: при x = 0,189 пар содержит y = 0,539 этанола, при x = 0,286 — y = 0,582. Если заменить этот короткий участок зависимости прямым отрезком, можно оценить промежуточное значение. Такая линейная интерполяция даёт для нашей смеси y ≈ 0,560 и начало кипения около 82,5 °C. Это оценка между измерениями, а не ещё одна измеренная авторами точка. Большее число знаков создало бы видимость ненужной точности. [SEP26; собственная интерполяция]

Итак, в жидкости около 23,6 мол.% этанола, а в первом равновесном паре около 56,0 мол.%. Вода тоже ушла в пар: её там около 44 мол.%. Никакого отдельного этапа «сейчас кипит один спирт» не получилось. Если полностью сконденсировать очень малую порцию такого пара без потерь и уноса капель, конденсат сохранит его состав. При пересчёте на массу это примерно 76,5 % масс. этанола. Это не 76,5 % об., не выход спирта из всей загрузки и не обещание состава первой большой банки дистиллята.

На горизонтальной оси — доля этанола в жидкости x, на вертикальной — в паре y; обе шкалы мольные. Найдите x ≈ 0,236, поднимитесь до линии равновесия и затем идите влево к оси пара: получится y ≈ 0,560. Оранжевый пустой ромб обозначает нашу интерполяцию; исходные экспериментальные точки показаны отдельно. Наклонная прямая y = x — линия одинакового состава. Над ней пар богаче этанолом, чем жидкость. Ниже неё — беднее. Отрезки между опытными точками помогают читать график, но не превращают его в точную модель между всеми измерениями.

Этанол–вода: условия двух графиков. Давление P = 101,3 кПа абсолютного. В исходном примере отдельно отмерены 500 мл воды и 500 мл этанола при 20 °C; это исходные объёмы загрузки, а не готовый раствор 50 % об. Объёмы пересчитаны в моли: плотности чистых веществ при 20 °C взяты из OIML R22, табл. IVa, молярные массы — из NIST.

Данные и способ чтения. Сохранены все 18 опытных точек равновесия жидкости и пара из табл. II работы Kurihara et al. (1993), DOI 10.1021/je00011a031. Азеотроп A взят из табл. IV, где он определён авторами графически. Тонкие соединяющие отрезки служат ориентирами. Оранжевый незаполненный ромб обозначает линейную интерполяцию между x = 0,189 и 0,286, а не измерение. Показан начальный равновесный пар; состав всей собранной конечной порции зависит от её размера.

Второй рисунок показывает те же данные иначе. По вертикали теперь температура, а по горизонтали состав. Одна ветвь отвечает жидкости, другая пару. На высоте примерно 82,5 °C горизонтальный отрезок соединяет жидкость x ≈ 0,236 с её паром y ≈ 0,560. У сосуществующих фаз одна температура, но разные составы. Давление фиксировано; при другом давлении нужны соответствующие данные. Здесь нельзя прочитать температуру стенки нагревателя или требуемую мощность: диаграмма описывает равновесие фаз.

Почему состав отбора меняется и где разделение останавливается

Первая малая порция унесла относительно больше этанола, чем воды. Следовательно, оставшаяся в кубе жидкость стала беднее этанолом. Следующая порция пара рождается уже из другой смеси и имеет другой состав. На нашей стороне диаграммы при постепенном отборе он тоже становится беднее этанолом, а температура кипения жидкости растёт. Поэтому состав всего собранного дистиллята — среднее по меняющимся порциям, а не начальные 56 мол.%. Чтобы узнать, сколько и какого продукта удастся собрать, одного чтения графика недостаточно: нужен баланс всей партии и ход изменения состава. [SEP02]

Повторная перегонка может усилить обогащение; ректификация организует многократный встречный контакт пара и флегмы. [SEP01] В карточке Ректификация: фракции, концентраты и выходы на реальном сырье разобран этот следующий шаг. Но каждый контакт не добавляет одинаковое число процентов чистоты: всё решает положение на кривой равновесия.

У этанола с водой кривая подходит к диагонали и пересекает её внутри диапазона составов. В данных выбранной работы это x = y ≈ 0,893, температура около 78,18 °C: авторы определили точку графически. [SEP26] Здесь пар и жидкость имеют одинаковый состав. Испарение и полная конденсация такой смеси уже не обогащают её этанолом. Это азеотроп. Он содержит два вещества, хотя при данном давлении кипит без изменения состава. Равенство x = y у чистой воды и чистого этанола на концах шкалы означает другое: второго компонента там просто нет. [SDT01]

Азеотроп служит пределом обычной ректификации нашего водообогащённого питания при фиксированном давлении. Добавлением ступеней и увеличением возврата можно приблизиться к нему, но нельзя перейти через него к безводному этанолу. Для дальнейшего обезвоживания нужен другой приём, например Адсорбционное разделение и очистка или Экстрактивная ректификация. Если исходная смесь уже находится по другую сторону азеотропа, направление обогащения меняется: пар уносит относительно больше воды, а остаток обогащается этанолом. Это иной исходный случай, а не способ перескочить предел из нашего разбавленного раствора.

Азеотроп есть не у всякой пары веществ. У безазеотропной бинарной смеси внутреннего пересечения y = x нет. У смеси с минимумом температуры кипения, как в нашем примере, азеотроп легче испаряется, чем соседние составы; у смеси с максимумом кипения он, наоборот, наиболее трудно отгоняется. Поэтому температурный минимум или максимум и положение кривой x–y важнее удобного правила «одно вещество кипит раньше другого». Приведённые графики относятся к однородной жидкой смеси этанол–вода; расслаивающиеся системы требуют отдельного рассмотрения. [SDT01]

От учебной смеси к настоящему сырью

С водой и этанолом удобно учиться: компонентов всего два, и известна их равновесная диаграмма. Нефть или пиролизная жидкость устроены сложнее. В них много веществ с перекрывающейся летучестью, а некоторые примеси меняются при нагреве. Перегонка такого сырья обычно даёт фракции, то есть группы веществ, отбираемые в определённом диапазоне условий, а не чистые индивидуальные соединения. Даже ректификационная колонна не превращает сложную нефть в полный набор чистых молекул. Почему «бензиновая фракция» ещё не означает товарный бензин, объясняет карточка Нефтяные фракции и товарные топлива.

Здесь становится понятно, зачем до выбора режима знать сырьё и назначение продукта. Если нужно отделить растворитель от практически нелетучего загрязнения, одного куба с холодильником бывает достаточно. Если два летучих компонента уходят вместе, простая перегонка даёт только ограниченное обогащение. Если нагрев вызывает химическое превращение, одного описания равновесия вообще мало. Следующие разделы рассматривают эти практические случаи и расчётные границы подробнее.

Что подать и что получить

Для исходной жидкости нужны масса, состав летучей части, вода, твёрдые включения, склонность к пенообразованию и изменению состава при нагреве. Полезны пробная кривая разгонки и анализ отдельных фракций. Для неизвестного пиролизного масла температура кипения не заменяет анализа кислот, галогенов, металлов и термостабильности.

Внешние потоки: загрузка, дистиллят, остаток, неконденсируемый газ и отборы проб. Внутренняя задержка в трубопроводе и холодильнике тоже входит в баланс. Тепло подают через стенку или теплообменник; охлаждающая вода является отдельным энергетическим потоком и не добавляется к продукту при исправном холодильнике.

Как выбрать режим и что измерять

Температуру кипящей жидкости связывают с её текущим составом и абсолютным давлением. Температуру стенки измеряют отдельно: при загрязнении она может расти, пока температура жидкости почти не меняется. Универсальной температуры простой перегонки нет. Для термочувствительного вещества сравнивают вакуум, снижение тепловой нагрузки и перегонку с паром, рассмотренную в карточке Перегонка с водяным паром: вторичное сырьё, продукты и парциальные давления.

Высокая температура и горячие поверхности: меры защиты определяются конкретным оборудованием и его режимом.

Журнал опыта должен содержать время, массу каждого отбора, температуру жидкости и паров, абсолютное давление, мощность нагрева и расход/температуры охлаждения. Состав пара связан с составом жидкости равновесием y(x). Для идеализированной периодической перегонки без возврата конденсата и заметного удержания справедливо уравнение Рэлея ln(F/W)=∫ от xW до xF dx/[y(x)−x]. Здесь F и W — начальное и оставшееся количество вещества, x — мольная доля выбранного компонента. Подставлять массовые доли в мольную модель без пересчёта нельзя. [SEP02]

Практика на вторичном сырье: что действительно показано

Граница процесса: кубовая партия, flash и ректификация

Здесь рассматривается периодический куб с отводом пара в холодильник: запас жидкости и состав отбора меняются со временем. Это соответствует учебной постановке одноступенчатой периодической перегонки LearnChemE. Несколько последовательно собранных фракций ещё не означают наличие нескольких равновесных ступеней. [SD01]

Сопоставьте flash и многократный противоточный контакт. Пиролиз и крекинг изменяют молекулы. Образование газа, новых лёгких веществ или кокса при долгом нагреве куба означает, что одного равновесного описания разделения уже недостаточно. Эти границы важны при чтении исследований ниже.

Смешанные пластиковые отходы: дистиллят ещё требует очистки

Kim исследовал дистиллят масла из смеси отходов PE, PP, PVC и PET, поставленного Omega Energy Environmental Technology, Корея. Масло получали в периодической пиролизной печи при 430–550 °C; это температура предыдущего превращения. Для простой перегонки указан только интервал 120–350 °C. Давление, расположение температурного датчика, подготовка масла и выход этой фракции не раскрыты. [SD02]

В дистилляте осталось более ста компонентов, включая парафины, олефины, ароматические и кислотные соединения. Затем автор отдельно исследовал жидкостную экстракцию DMF/DMSO. Её выходы нельзя приписывать перегонке. Исходный дистиллят показал воскообразование после 24 часов при −25 °C. Таким образом, выделена широкая фракция для дальнейшей переработки; готовое товарное топливо и устранение хлора перегонкой здесь не подтверждены. Доли четырёх пластиков не указаны: это смешанный пластик, а не проверенная смесь пластика, шин и биомассы. [SD02]

Шинное масло: отдельная фракция для битума

Colina и соавторы перерабатывали резину легковых шин (PCWT) и карьерных грузовиков (HTWT), предварительно освобождённую от стали и текстиля, с гранулами 1–2 мм. Полученные масла перегоняли партиями по 200 мл при атмосферном давлении: перемешиваемая колба, холодильник, отдельные датчики жидкости и пара; жидкость нагревали до 280 °C. Возврат флегмы в методике не описан. Для условных отсечек не уточнено, какой датчик задавал границу. [SD03]

В таблице 4 для PCWT, пиролизованного при 450 °C, и отбора 160–200 °C приведены выходы ароматических соединений 28,71 и алкенов 29,48 г/кг исходных шин. Это частичные аналитические оценки по калибровке и ECN, не общий выход дистиллята. Целью была добавка для восстановления свойств состаренного битума. Остаток >280 °C сохранялся в колбе; более тяжёлые фракции отличались высокой вязкостью и присутствием ПАУ. Общий согласованный материальный баланс в карточке не заявлен: в таблице 5 суммы выходов классов превышают указанный выход продукта, поэтому её выходы не использованы. [SD03]

Древесное масло: атмосферная перегонка и вакуум

Krutof перегоняла масло из сосново-еловых отходов лесопилки Sexton Lumber (пиролиз 450 °C). Перед пиролизом стружку измельчали и сушили; масло характеризовали без фильтрации: вода 23,7 % масс., твёрдые вещества 3,75 % масс. ADC-опыт: 200 мл, перемешиваемая колба 500 мл, раздельные температуры куба и головки. [SD04]

Опыт	P, кПа абс.	Отогнано, % об. загрузки	Температура жидкости в кубе, °C
Атмосферный	100,4	55	239,8
Вакуумный №1	5,0	66	270,4
Вакуумный №2	5,0	68	295,0
Вакуумный №3	5,0	72	345,7

72 % об. — максимум третьего опыта, не среднее трёх. Первые отборы: вода, метанол; последующие: кислоты, ацетол, фенолы. Остаток густел и полимеризовался. Вакуум увеличил доступную отгоняемую долю, но реакционные изменения не исчезли. Из 200 мл 55/72 % соответствуют 110/144 мл: прирост 34 мл, 17 процентных пунктов. Объёмный пересчёт не определяет массовое извлечение или выход топлива. [SD04]

Масло жмыха ятрофы: подготовка меняет смысл результата

Biradar, Subramanian и Dastidar перегоняли пиролизное масло отхода после извлечения масла из семян Jatropha curcas. До перегонки его обрабатывали Na₂SO₄ для частичного удаления воды. Авторы приводят 40–80 °C как температуру перегонки, но в доступной методике нет определённого давления и однозначной привязки этого диапазона к жидкости, пару или нагревателю. Поэтому эти числа не составляют воспроизводимого режима. [SD05]

После совокупной обработки сообщены плотность 1030 кг/м³, вязкость 1,77 сСт, вода 25 % об. и высшая теплота сгорания 17 МДж/кг. Начальные 1040 кг/м³ и 1,98 сСт уже снизились после осушки, поэтому весь эффект нельзя отнести только к перегонке. Авторы отмечают плохую смешиваемость с дизельным топливом и недостаточное качество. Численный выход по рисунку 9 не оцифрован: увеличение выхода с температурой не заменяет проверенной таблицы и баланса. [SD05]

Отработанные растворители: промышленное применение

CBG Biotech относит SolvTrue S-Series к простой перегонке для возврата растворителей из выбранных жидких и твёрдых отходов. Среди применений названы промывка деталей, лакокрасочные процессы, печать, композиты и SLA/3D-печать; среди растворителей — IPA, ацетон, MEK и толуол. Производитель предлагает вакуумные исполнения. Согласно CBG, General Formulations возвращает в среднем 92 % растворителя по массе на SolvTrue S6000; состав партии и режим не приведены. Это частный результат, заявленный производителем. Общее «до 95 %» не принято за выход любой загрузки. [SD06] Veolia указывает простую перегонку на площадках Middlesex и Cowansville. Компания описывает предварительный анализ отхода и получение образца регенерированного продукта; на тех же площадках применяются и другие методы. Общие показатели чистоты всей услуги не отнесены к одной простой перегонке. Страница не раскрывает режим или выход отдельного опыта, но подтверждает самостоятельное промышленное применение операции. [SD07]

Как меняется результат и какие потоки остаются

Три разных показателя отвечают на разные вопросы: выход фракции показывает, сколько её собрано; состав показывает, что в ней находится; извлечение компонента связывает его количество в продукте с количеством в питании. Изменение цвета или диапазона кипения не заменяет эти показатели.

• Продление отбора увеличивает накопленный дистиллят, но меняет его средний состав. Мгновенная проба и весь приёмник имеют разные границы баланса.
• При сопоставлении давлений сравнивают одинаковое питание, одинаковую температурную точку и одинаковую долю отгона. Конечные температуры разных по глубине опытов не показывают непосредственно величину снижения температуры кипения.
• Если перед кубом были осушка, отстаивание, фильтрация или химическая обработка, их отводы учитываются отдельно. Выход на исходные отходы и выход на уже подготовленное масло имеют разные знаменатели.
• Граница партии включает все приёмники, остаток, неконденсируемый отвод, пробы и удержание. Разность до 100 % сама по себе не доказывает образование газа; часть может приходиться на незамеренное удержание или потери.

Названия «бензиновая» или «дизельная» фракция описывают выбранный интервал состава/кипения. Blendstock — компонент для последующего смешения с известными ограничениями. Готовое топливо означает проверенное соответствие конкретному назначению и набору требований. В приведённых опытах простая перегонка сама по себе такого перехода не доказывает.

Сопоставление бензиновых и дизельных отборов с назначением и качеством продукта вынесено в карточку Нефтяные фракции и товарные топлива.

Для совместных пиролизатов пластик–шины–биомасса проверенного здесь набора «подготовка → определённые T/P → частный выход → качество» нет. Результаты отдельных сырьевых семейств не складываются в режим смеси.

Дополнительные расчёты и границы модели

Для бинарной смеси относительная летучесть этанола по отношению к воде выражается как α = [y/(1−y)]/[x/(1−x)]. Это отношение «этанол/вода» в паре, делённое на то же отношение в жидкости. Для нашего интерполированного примера α ≈ 4,11; при x=y внутри смеси α=1. Это не четырёхкратный выход этанола и не постоянный коэффициент для всех составов. [SDT02; собственный пересчёт x и y]

Самый разбавленный край

У почти чистой воды относительное обогащение действительно велико: около 13 раз по мольным долям. Прямое измерение Christensen даёт x=0,00002408 → y=0,0003241 при 98,925 кПа, то есть y/x=13,46. Независимое исследование Ochi–Kojima при 101,325 кПа даёт предельное отношение y/x≈12,5, рассчитанное авторами по измерениям температуры кипения и состава жидкости. Это объясняет возможность глубокого извлечения этанола из куба. [SEP28, SEP29]

Для разбавленного края далее приведены численные данные и расчёт модели.

Расчётная зависимость получена по модели NRTL при 101,3 кПа с неидеальной жидкостью и приближённо идеальным паром; параметры взяты из Kurihara, таблиц III и VI. Это не прямая от нуля до первой точки. У самого нуля кривая физически почти линейна, y≈K∞x; дальше отношение y/x заметно падает. Измерения других работ приведены отдельно с их действительными давлениями. В разбавленной области исходная параметризация NRTL экстраполируется, поэтому проверка по независимым данным и чувствительность результата обязательны. [SEP26, SEP28, SEP29, SEP30]

x этанола в жидкости, моль/моль	y этанола в паре, моль/моль	P, кПа абс.	Откуда точка
0,00002408	0,0003241	98,925	Christensen, табл. 5
0,0017	0,0347	100	Orchillés, табл. 4 / ThermoML
0,0054	0,0796	100	Orchillés, табл. 4 / ThermoML
0,0137	0,1486	100	Orchillés, табл. 4 / ThermoML

Полные поточечные данные: 6 измерений x–y при разных давлениях, 15 бинарных точек при 100 кПа, 22 измерения T–x при 101,325 кПа. Отдельно сохранена расчётная кривая NRTL. Большие интервалы у двух низких точек при 100 кПа — оценка U95 компилятора NIST, а не точный предел для всей партии. T–x таблица Ochi не выдаётся за прямые измерения y.

Сколько останется из 50 литров

Исходные 50 л при 12,5% об. содержат 6,25 л абсолютного этанола, или около 4,93 кг. Если остановить простой перегон, когда текущая порция конденсата достигла 1,5% об., расчёт даёт в кубе около 27 г этанола, эквивалентных 34 мл абсолютного спирта: примерно 0,55% от исходного количества. Куб к этому моменту уменьшится примерно до 29 л с крепостью около 0,12% об. Все крепости и объёмы здесь приведены к 20°C. [SEP26, SEP28, SEP29, SEP30, SEP31]

Это оценка по уравнению Рэлея для хорошо перемешанной бинарной смеси, равновесного пара и полного конденсатора, без флегмы и удержания жидкости в аппарате. Проверка других форм разбавленной кривой даёт ориентир 25–30 г, или около 0,5–0,6% исходного спирта; это чувствительность модели, не доверительный интервал. Выбранные в этом примере 1,5% об. — расчётный ориентир, а не универсальный порог вкусового восприятия. Показатель относится к текущему конденсату; средняя крепость всего накопленного дистиллята существенно выше. [SEP02, SEP28, SEP29, SEP30, SEP31]

Малая концентрация даёт малый остаток лишь вместе с массой куба: при 0,1% масс. этанола в 10 кг жидкости останется 10 г, а в 50 кг — 50 г. Поэтому уменьшение объёма куба в расчёте партии учтено.

Пересчитайте партию: учебный баланс

Все числа этого абзаца придуманы для проверки арифметики, а не измерены на сырье. Граница — куб и холодильник; загрузка 100 кг содержит 40 % масс. компонента A. За партию собрано 30 кг дистиллята с 70 % масс. A; потерь и удержания нет. Остаток W=100−30=70 кг. В нём A: 100×0,40−30×0,70=19 кг, то есть 19/70=27,14 % масс. Проверка A: 40=21+19 кг; общего вещества: 100=30+70 кг. Извлечение A в дистиллят равно 21/40=52,5 %, несмотря на его 70%-ную чистоту. Эти выход и состав заданы, а не предсказаны уравнением равновесия.

Для той же партии условно примем среднюю теплоёмкость 2,0 кДж/(кг·К), повышение температуры на 50 К и среднюю теплоту испарения 300 кДж/кг. Начальный прогрев: 100×2×50=10 000 кДж. Испарение: 30×300=9 000 кДж. Итого 19 МДж, или 19/3,6=5,28 кВт·ч тепла. За два часа это 2,64 кВт средней полезной мощности. В этой грубой модели не учтены нагрев металла, изменение температуры по ходу партии, теплопотери и охлаждение продукта. Только конденсация отведёт около 9 МДж. Ошибка принятой теплоты испарения на ±20 % меняет итог на ±1,8 МДж. Для реальной смеси вместо этих допущений нужны энтальпии.

Аппарат, небольшой масштаб и пределы увеличения

Базовый аппарат описан в карточке Перегонный куб и испаритель. Полезна простая доступная для очистки ёмкость, когда партии небольшие, сырьё меняется и требования допускают широкую фракцию. Плата за простоту — время прогрева и охлаждения, ручной контроль границ отбора, нестабильный состав и потеря части нужного вещества с остатком. Денежного сравнения без мощности, графика работы и местных тарифов нет.

При увеличении размеров объём растёт быстрее площади стенки. Нельзя переносить лабораторную длительность нагрева одним умножением мощности: ограничивают тепловой поток, перемешивание, унос и возможности холодильника. Вентиляция, герметичный отвод паров, защита от повышения давления и отключение нагрева при потере охлаждения требуют расчёта для конкретного вещества. Горючую неизвестную смесь не испытывают в открытом бытовом аппарате.

Практический вывод

Простая перегонка разумна, когда задача — отделить широкую летучую часть от тяжёлого остатка. Оценку результата дают измерения всех потоков и анализ отдельных порций. Одновременные требования к чистоте и извлечению определяют, достаточно ли одной кубовой перегонки или требуется ректификация либо другой способ разделения. Здесь разобрана периодическая операция.

Возвращаемый растворитель должен сохранять своё назначение

Перегонная цепочка продолжается после приёмника: полученный растворитель нужно отличать от исходного реактива и направлять в применение, допустимое для его качества. Такое организационное ограничение проявилось в лабораторном рассказе участника SIG на Chemport от 13 марта 2008 года. Он собирал ацетон после мойки посуды и регенерировал его на ротационном испарителе. По его наблюдениям, в продукте сохранялись вода, запах и иногда примеси. [SRC_001224]

Участник связал неудачный синтез и загрязнённые ЯМР-пробы с тем, что восстановленный ацетон в повторно использованной таре приняли за чистый растворитель. Сохранённое сообщение не содержит аналитических данных. Поэтому этот рассказ полезен как свидетельство конкретного сбоя прослеживаемости и выбора применения, а не как доказательство общей непригодности регенерации ацетона. [SRC_001224]

Названные 30–50 л/неделю относятся к собранному отходу, а не к измеренному выходу дистиллята. Из сообщения нельзя восстановить ни степень очистки, ни режим для чужой партии. Практический вопрос к собственной схеме остаётся определённым: какими данными подтверждено допустимое назначение регенерата и как его сохраняют при передаче продукта следующему пользователю. [SRC_001224]

Что ещё нужно установить

• Для конкретного целевого вторичного потока нет полного состава, равновесия и согласованного баланса; опубликованные примеры выше этого пробела не заменяют.
• Не определены материал куба, допустимое время нагрева, теплофизические свойства и допустимое качество продуктов.

Эмпирические кривые

Полный разбор области калибровки и интерпретации: самостоятельная карточка эмпирических кривых.

Связанные карточки

• Перегонный куб и испаритель — перейти от баланса кубовой партии к нагреву, запасу жидкости и аппаратным ограничениям.
• Ректификация: фракции, концентраты и выходы на реальном сырье — сравнить широкие погоны с многоступенчатым разделением и влиянием флегмы.

Источники и материалы

Источники и материалы

Источники этого случая. SRC_001224 / CL_000967: Регенерация растворителей: за и против.. 2008-03-13. Локатор: SIG post11:11, lines116–126.

• [SEP02] University of Colorado Boulder / LearnChemE. Multi-stage batch distillation. Details: Rayleigh equation; reflux ratio. Редакция: не указана на странице. Проверено 14.10.2026. Подтверждает: Периодический материальный баланс и уравнение Рэлея; состав дистиллята меняется.

• [SEP01] John Jechura / Colorado School of Mines. Equipment Fundamentals: Separation & Fractionation. Слайды 4–7, 10–12, 17, 25, 33–35. Редакция: 2019-01-04. Проверено 14.10.2026.

• [SEP26] Kiyofumi Kurihara, Mikiyoshi Nakamichi, Kazuo Kojima / Nihon University. Isobaric vapor-liquid equilibria for methanol + ethanol + water and the three constituent binary systems. Journal of Chemical & Engineering Data 38(3), 446–449; табл. II на с. 446, III–IV на с. 447, VI на с. 448; Experimental Section. Проверено 14.10.2026. Подтверждает: 18 экспериментальных пар x–y и температур этанол–вода при 101,3 кПа; мольный базис; графическое определение азеотропа x=y=0,893, T=351,33 K; заявленная точность состава ±0,001. Таблица III: параметры Antoine; таблица VI: параметры NRTL этанол–вода 206,7 и 5270,3 Дж/моль, α=0,4.

• [SEP27] NIST Chemistry WebBook, SRD 69. Ethanol: molecular weight. Верх страницы: Molecular weight 46.0684. Проверено 14.10.2026. Подтверждает: Молярная масса этанола 46,0684 г/моль для пересчёта мольной доли в массовую.

• [SEP07] NIST Chemistry WebBook, SRD 69. Water: Antoine Equation Parameters. Antoine Equation Parameters; строка 334–363 K, Bridgeman and Aldrich (1964). Проверено 14.10.2026. Подтверждает: log10(P/bar)=5.0768−1659.793/(T/K−45.854); молярная масса воды 18.0153 г/моль.

• [SEP28] Scott P. Christensen / Union Carbide Corporation. Measurement of dilute mixture vapor–liquid equilibrium data for methanol–water and ethanol–water mixtures with a recirculating still. Fluid Phase Equilibria 150–151, 763–773; открытая авторская рукопись, табл. 5 на PDF-с. 16; уравнение 14. Проверено 14.10.2026. Подтверждает: Шесть непосредственно измеренных ультраразбавленных пар x–y этанола при разных давлениях; при 742 torr и 99,1°C: x=0,00002408, y=0,0003241, y/x=13,459.

• [SEP29] Kenji Ochi, Kazuo Kojima / Nihon University. A measurement of vapor-liquid equilibria at extreme dilution. Journal of Chemical Engineering of Japan 20(1), 6–10; табл. 1 на с. 8, рис. 3–4 на с. 9. Проверено 14.10.2026. Подтверждает: 22 измеренные точки T–x этанола в воде при 101,325 кПа, x=0,000070–0,008582; авторский предельный K∞=12,5 и γ∞=5,81.

• [SEP30] A. V. Orchillés, P. J. Miguel, E. Vercher, A. Martínez-Andreu / Universitat de València; NIST ThermoML. Using 1-Ethyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate as an Entrainer for the Extractive Distillation of Ethanol + Water Mixtures. Journal of Chemical & Engineering Data 55(4), 1669–1674; табл. 4, с. 1671; NIST ThermoML datasets 3–4. Проверено 14.10.2026. Подтверждает: Бинарные, без ионной жидкости, измерения этанол–вода при 100 кПа: 15 пар T–x–y в доступном ThermoML-наборе, включая x=0,0017; 0,0054; 0,0137.

• [SEP31] Organisation Internationale de Métrologie Légale (OIML). International alcoholometric tables, OIML R 22. Table IVa: density at 20°C as a function of alcoholic strength by volume at 20°C, строки q=0; 0,1; 0,2; 1,5; 12,5; 100%. Проверено 14.10.2026. Подтверждает: Плотности, кг/м³ при 20°C: вода 998,20; 0,1%об 998,05; 0,2%об 997,90; 1,5%об 995,96; 12,5%об 981,78; этанол 789,24. Перевод объёмной крепости в массовую долю.

• [SEP32] Pavel Vrbka, Dana Fenclová, Václav Laštovka, Vladimír Dohnal; NIST ThermoML. Measurement of infinite dilution activity coefficients of 1-alkanols (C1–C5) in water as a function of temperature (273–373 K). Fluid Phase Equilibria 237(1–2), 123–129; ethanol circulating-still data in NIST ThermoML. Проверено 14.10.2026. Подтверждает: Независимые γ∞ этанола: 5,90; 6,00; 6,10; 6,20 при 358,15; 363,15; 368,15; 372,15 K.

Числа промышленных страниц, лабораторных опытов, учебного баланса и модели Рэлея относятся к разным типам данных; их границы указаны непосредственно у соответствующих примеров.

Дополнительные первичные источники

• [SD01] John L. Falconer / LearnChemE. Single-Stage Batch Distillation: Summary. Без даты; прочитано 16.10.2026; Key points.

• [SD02] Su Jin Kim. Comparison of Dimethylformamide with Dimethylsulfoxide for Quality Improvement of Distillate Recovered from Waste Plastic Pyrolysis Oil. Processes 8 (2020), 1024; §2.1, 2.3, 3.1, 3.2; открытая копия LAPSE.

• [SD03] José R. Colina и соавторы. Waste Tire Pyrolysis and Distillation for Designing Effective Asphalt Rejuvenators. Energy & Fuels 39 (2025), 20369–20382; авторская рукопись Swansea, §2.1–2.5, 3.4; табл.4–5.

• [SD04] Anke Krutof. Enhancement of fast pyrolysis oil fuel properties through co-pyrolysis and improved analysis. Диссертация, Memorial University, 2019; §6.3–6.5, табл.6-6–6-9.

• [SD05] C. H. Biradar, K. A. Subramanian, M. G. Dastidar. Production and fuel quality upgradation of pyrolytic bio-oil from Jatropha Curcas de-oiled seed cake. Fuel 119 (2014), 81–89; §3.3, рис.8–9, табл.11.

• [SD06] CBG Biotech. SolvTrue S-Series. Официальная страница производителя; прочитано 16.10.2026.

• [SD07] Veolia North America. Solvent Recycling. Официальная страница оператора; прочитано 16.10.2026.

• [SDT01] MIT OpenCourseWare. Thermodynamics & Kinetics, Spring 2008, lecture 23, с. 4–5: стенограмма. Прочитано 16.10.2026. Неидеальность, равенство составов фаз в азеотропе и предел повторной перегонки.

• [SDT02] IFP Energies nouvelles, открытый учебный раздел Phase equilibrium, с. 63–65 и 82, уравнения 2.110–2.116 и 2.155–2.156: равновесие фаз, относительная летучесть и роль коэффициентов активности. Прочитано 16.10.2026. Число α≈4,11 — собственный пересчёт состава нашего примера.