Теоретические основы процесса перегонки эфирных масел с водяным паром

 

При перегонке эфирных масел с водой имеют дело с бинарными системами, состоящими из двух жидкостей, взаимно нерастворимых и химически друг на друга не действующих¹. Для этих смесей характерно, что они кипят при температуре более низкой, чем любой из компонентов в отдельности. Например, бензальдегид кипит при 173,3 °С (при нормальном давлении), а смесь его с водой - при 97,9°С. Далее

нужно отметить, что как бы высока ни была точка кипения данного вещества, с водой оно будет перегоняться при температуре всегда ниже 100°С, так как точка кипения смеси ниже точки кипения любого компонента, в том числе и воды. Например, перегонке подвергается одно-компонентная система-вода. В этом случае вода закипит при той температуре, при которой давление ее паров станет равным внешнему давлению, т. е. при 100°С, если давление будет равно 10,13*10⁴ Н/м² (760 мм рт. ст.). При этом температура не будет изменяться в течении всего процесса перегонки. Допустим, что к воде добавлено эфирное масло. Над поверхностью такой смеси будет обнаруживаться давление пара каждой из этих жидкостей. По закону Дальтона общее давление смеси паров равно сумме парциальных давлений компонентов;

Р = Рв + Рм.

где Р_в-парциальное давление воды; Р_м-парциальное давление эфирного масла.

В результате давление паров смеси достигает атмосферного еще до кипения воды. Если взять, например, скипидар и воду, то при атмосферном давлении первый закипит при 160 °С, а вторая - при 100 ^йС, но при совместной перегонке они будут перегоняться при 95,5 °С, потому что при этой температуре парциальное давление скипидара равно 1,52-10⁴ Н/м² (114 мм рт. ст.), а воды- 8,61*10⁴ Н/м² (646 мм рт. ст.), что в сумме дает 10,13*10⁴ Н/м² (760 мм рт. ст.). Здесь имеет место явление, когда часть давления паров одной жидкости (вода) перекладывается на пары другой жидкости (скипидар). Таким образом достигается тот же эффект, который получился, если бы давление при перегонке скипидара было понижено до 114 мм рт. ст., или, что то же для воды-до 646 мм рт. ст. Необходимо добавить, что температура перегонки разбираемой смеси (95,5 °С) будет постоянной до тех пор, пока скипидар находится в виде самостоятельной фазы. Как только она исчезнет и остатки скипидара растворятся в воде, изменятся и давление, и температура, и соотношение в смеси паров    компонентов.

Для вычисления соотношения в смеси паров эфирного масла и воды исходят из закона Дальтона. Для разбираемой смеси скипидар+вода пары воды будут занимать объем:

Для вычисления весовых количеств компонентов  в смеси   (или,     го то же, в отгоне) исходят из формулы:

где М_в ,и Мм-маюсы .паров воды .и эфирного масла; Р_в и Р_м-их парциальное давление; М_в и Мм - их относительная молекулярная масса. Из этой формулы следует, что при перегонке двух жидкостей, взаимно нерастворимых и не действующих друг на друга химически, весовые количества их в смеси паров относятся как произведения их парциальных давлений на молекулярную массу.

Поставив в формулу соответствующие значения для смеси    скипидар + вода, получим:

т. е. одна весовая часть скипидара при нормальном давлении отгоняется с 0,75 частями воды, или, если выразить в процентах содержание воды (в) в смеси паров:

а содержание скипидара (м) в смеси паров:

Рассчитывая процентный состав смеси паров (или, что то же, отгона), мы одновременно узнаем и теоретический расход пара на гидродистилляцию эфирного масла. Наблюдаемые на практике отклонения от теоретических данных обычно невелики. Например, по данным А. Н. Обухова и А. П. Кондрацкого, на перегонку 1 кг тминного масла практически расходуется от 5,6 до 7,3 кг пара (теоретически 5,12 кг); расход пара на перегонку 1 кг мятного масла составляет до 9,9 кг, а вычисление (по ментолу) дает 8,4 кг и т. д.

При отгонке же эфирных масел из растительного сырья пара расходуется значительно больше, чем при перегонке выделенных масел. Причина заключается в том, что эфирные масла в растениях находятся в железках, канальцах, вместилищах. Следовательно, нет непосредственного контакта эфирного масла с водой. Пока масло диффундирует через клеточные стенки, пар расходуется напрасно. Имеет значение также поверхностное сцепление частиц сырья и эфирного масла, которое удерживает некоторое количество эфирного масла. Наконец, жирные масла, воски и смолы являются немаловажным фактором, влияющим на повышение расходов пара. Эти вещества, растворяясь в эфирном масле, понижают упругость его паров, вследствие чего возрастает количество воды в дистилляте.

В случае приготовления ароматных вод путем перегонки процессу дистилляции обычно предшествует предварительное настаивание сырья с водой в течение 12 ч, иногда в присутствии спирта. Благодаря этому значительно облегчается диффузия эфирного масла из канальцев (например, у кориандра) и вместилищ и удается получить дистиллят требуемой концентрации.

27.06.2015