Для начала обратимся к Вики что же такое дистилляция:
Дистилля́ция (от лат. distillatio — стекание каплями; перегонка) — процесс испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров, который используется, прежде всего, для разделения жидких смесей и очистки выделяемых веществ. Основан на различии в температурах кипения компонентов смеси. В зависимости от состава разделяемой смеси и целей процесса, продуктами дистилляции могут быть как дистиллят (отогнанные фракции), обогащённый более летучими (низкокипящими) компонентами, так и не отогнанный (кубовый) остаток, содержащий менее летучие (высоко кипящие) компоненты
Теперь рассмотрим существующие классические приемы дистилляции, применяемые к смеси этиловый спирт +вода:
Дистилляция с конденсацией пара в жидкость
Простая перегонка — частичное испарение жидкой смеси путём непрерывного отвода и конденсации образовавшихся паров в холодильнике. Полученный конденсат называется дистиллятом, а не испарившаяся жидкость — кубовым остатком.
Фракционная дистилляция (или дробная перегонка) — разделение многокомпонентных жидких смесей на отличающиеся по составу части, фракции, путём сбора конденсата частями с различной летучестью, начиная с первой, обогащенной низкокипящим компонентом. Остаток жидкости обогащён высоко кипящим компонентом. Для улучшения разделения фракций применяют дефлегматор.
Ректификация — способ дистилляции, при котором часть жидкого конденсата (флегма) постоянно возвращается в куб, двигаясь навстречу пару в колонне. В результате этого примеси, содержащиеся в паре, частично переходят во флегму и возвращаются в куб, при этом чистота пара (и конденсата) повышается.
Кроме того в практике дистилляции есть другой прием дистилляции, который вполне успешно применяется для смесей этиловый спирт +вода:
Экстрактивная дистилляция (дистилляция с добавочным компонентом)
Эффективность дистилляционной очистки может быть повышена введением в систему основа-примесь добавочного компонента (обычно в концентрации 0,5…10 %), который изменяет относительную летучесть примеси.
Опустим другие способы дистилляции такие как: дистилляция с конденсацией пара в твердую фазу (дистилляция с конденсацией пара в градиенте температуры, дистилляция с направленным затвердеванием конденсата, зонная дистилляция), горячий конденсатор, конденсатор с градиентом температуры, создание на поверхности испаряемой жидкости слоя оксида а заодно опустим распространенный способ дистилляции - ректификацию. Будем сравнивать простую перегонку и фракционную дистилляцию с экстрактивной дистилляцией, да еще и однократной. Хоть мы и опустили при рассмотрении ректификацию, но иногда для вникания в суть вещей будем вспоминать ее не только простым, но и матерным словом.
Проще всего суть процессов дистилляции и ректификации спирта пояснить с помощью кривой равновесия фаз бинарной водно-спиртовой смеси (при нормальном атмосферном давлении). Из графика (см. рисунок) видно, что почти вся кривая равновесия лежит выше диагонали Y=X, то есть при испарении водно-спиртового раствора можно получать концентрацию спирта в парах большую, чем его концентрация в исходной жидкости. Именно это свойство спирта лежит в основе процессов его дистилляции и ректификации.
Используя кривую равновесия и диагональ Y=X (см. рисунок), можно построить ряд последовательных ступенек 10-53, 53-82, 82-88, 88-92 и т. д. Вертикальная часть ступеньки соответствует повышению концентрации спирта в паровой фазе вплоть до наступления равновесия фаз (точка пересечения вертикали с кривой равновесия), Горизонтальная часть ступеньки соответствует конденсации этих паров и выравниванию концентраций спирта в паровой и жидких фазах (точка пересечения горизонтали с диагональю Y=X). Для получения спирта-ректификата из бинарной водно-спиртовой смеси с начальной концентрацией 10% теоретически потребуется порядка тринадцати таких последовательных перегонок (ступенек). Но они то эти ступеньки нам и не понадобятся, потому что у нас ступенька будет всего одна. Которая должна попасть в диапазон крепости дистиллята 52-88%об., рекомендованный техническим регламентом Евразийского экономического союза "О безопасности алкогольной продукции" ТР ЕАЭС 047/2018.
Рассмотрим кривую равновесия простой классической двойной и тройной перегонки:
Как видим, одна ступенька перегонки не попадает в дистиллят по определению ТР ЕАЭС 047/2018. В простонародном изложении это продукт называется спирт-сырец СС или потстилл. Который считается, что его пить нельзя, а его нужно перегонять еще раз или два. После двойной перегонки продукт становится дистиллятом крепостью 60%об., а после тройной 70%об. Что подтверждается параметрами, заданными ТР ЕАЭС 047/2018.
Теперь рассмотрим кривую равновесия одинарной экстрактивной дистилляции:
Здесь присутствует всего одна ступенька, но мы без всякого промежуточного скачка с применением СС прыгнули сразу в дистиллят 55%об. В параметры ТР ЕАЭС 047/2018 уложились четко.
И что скажет внимательный слушатель мне до этих скачков? Какая разница? Вон на ректификации какая громадная лестница!?
Так вот от этих ступенек и происходит деградация исходника с разложением его на фрагменты примесей. На молекулярном уровне естественно. Попробую нарисовать эти молекулы и показать что же происходит с этой деградацией. И как мы будем подниматься по ступенькам этой нашей гипотетической лестницы. Все ассоциаты этилового спирта и примесей приводить не буду, приведу лишь его гидраты (соединения с молекулами воды):
На рис. 1 показан раствор спирта и воды в его исходном состоянии - в состоянии вина (браги). Молекула этанола в виде его гидрата С2Н5ОН-12Н20 соединена с 12 молекулами воды. По сути она окружена водой, как ежик и плавает в растворе свободных молекул воды. При употреблении такого раствора вкусовые рецепторы будут встречаться в основном с молекулами воды (ну и примесей тоже) - по вкусу напиток будет ощущаться как вода (вино). Пока тут все гармонично не разрушено ничем кроме как естественных процессов брожения. Молекулы находятся в крепком и дружном союзе.
Далее после температурных превращений раствор становится как показано на рис. 2. Приближенно можно сказать, что это первая ступень перегонки.
Которую ступень желательно делать в первом однократном перегоне одну единственную и все. Мне следует опуститься с 52-55-60%об. экстрактивной дистилляции до значений 40-46%об. Но это проект пока отложен на будущее.
Смотрим что тутачки: свободных молекул воды нет, они сидят на молекуле спирта по 12 и по 3 шт (С2Н5ОН-12Н20 и С2Н5ОН-3Н20). При заливке в глотку жидкости такого молекулярного состава молекулы спирта будут быстренько присоединять к себе молекулы воды, находящиеся в слюне. Часть молекул соприкоснется с вкусовыми рецепторами языка. То есть будет небольшой сушняк и жжение. Это уже водочка так действует.
Гоним дальше по нашей лестнице. Следующие ступени:
Вот этот спирт ТР ЕАЭС 047/2018 цинично все еще называет дистиллятом.
Тут на молекулу спирта приходится три молекулы воды и к одной молекуле воды прицепились аж три молекулы этанола. А вы заметили, что по форме молекула этанола похожа на собачку? Так вот эта собачка кусючая и жгучая. До того она ярая, что блевучая. Это свойство молекулы спирта такое злое. И напиточек по рис. 3 пьется уже сложнее. Особенно в сторону увеличения крепости 88,5%об. где будут три злые собачки на одну молекулу воды.
Ну что дальше? Идем к вершине нашей лестницы - к спирту-ректификату:
Кругом три собачки на молекулу воды плавают в море собачек.
Пить можно с трудом - горлышко дерет. Собачки обдирают всю воду в ротовой полости и пищеводе отчего язык приклеивается к нёбу и в зобу спирает дыхание. Пожар можно затушить водичкой. Ну чтоб собачки напились и перестали кусать.
Не комильфо употребления жидкости рис. 4 стремятся сделать питейным. Ее пытаются довести до состояния рис. 2 или даже вина рис. 1. Но поезд уже ушел. Гидраты спирта восстановятся до питейных, но вкусных ассоциатов этанола с исходником уже кот наплакал. Их все отделили и выудили на РК. Простым добавлением воды ничего не исправить. Жидкость №4 можно исправить только экстрактивной дистилляцией, когда она будет играть роль добавочного (укрепляющего) компонента при сгонке с жидкостью №1. Тогда новые ассоциаты жидкости №1 спасут ситуацию - восстановят аромат и вкус напитка.
23.11.2023 добавлено.
Дальше в своих рассуждениях обратимся к древним текстам XVIII века, как там трактуют в словаре термины дистилляции и ректификации:
ИМХО вывод такой, что первичный дистиллят - это есть водка простая или ВИННЫЙ спирт однократного гона. Здесь я не зря выделил слово ВИННЫЙ и Вы поймете почему. Двукратный гон превращает первичный однократный дистиллят (водку простую, винный спирт) в РЕКТИФИЦИРОВАННЫЙ спирт. То есть все что выше однократного гона - это ректифицированный спирт, который на больших кратностях становится тройным, а потом горячим. Таким образом, отличие дистиллята от ректификата в XVIII веке было не по крепости, как в современном ТР ЕАЭС 047/2018, а в кратности гона! А это очень существенный момент в понимании настоящего дистиллята, а не перевранного и опошленного современностью. Однократный дистиллят (водка простая, винный спирт) - это по сути выпаренное ВИНО. ВИННЫЙ СПИРТ - это концентрированное ВИНО!
Вот почему я раньше выделил это слово "ВИННЫЙ". Исходник - брага (ВИНО) при первом однократном гоне остается ВИНОМ - это тонко и правильно (на эмпирическом уровне) выражено в терминологии XVIII века - ВИННЫЙ СПИРТ. Такие нежные понятия моим современникам, основывающихся на грубых понятиях ТР ЕАЭС 047/2018 , ГОСТ, ОБС (одна бабка сказала), интуиции ректификационного гона, им просто неведомы. А раз народ не понимает тонких вещей, то он делает их неправильно. Поэтому задача экстрактивного гона - сделать нежное выпаренное ВИНО (ВИННЫЙ СПИРТ) с максимальным сохранением структуры исходника максимум в раствор спирта по рис 2. состава С2Н5ОН-12Н20 и С2Н5ОН-3Н20. Дальше разлагать перегон не надо, это губительно разрушает его структуру. Не надо уподобляться Франкенштейну, разделывающего куклу на запчасти, который потом не может сшить лоскутки и оживить ее обратно.
23.11.2023 Продолжение.
Для наглядности приведу схемы сравнения классической двойной-тройной дробной (фракционной) перегонки и экстрактивной дистилляции:
Становится понятным, что на классике наваривается больше примесей, чем на экстрактивном гоне. Классический продукт получается меньшей крепости, в утиль уходит больше (хвосты, примеси), по времени две гонки длительнее чем одна гонка., за это время брага (вино) разрушается в сторону спирта, а не вина - на однократной перегонке винных составляющих остается больше.
Еще выложу схему сравнения классики и экстрактивного гона, если бы они были однократными:
Согласно схеме понятно, что классический однократный погон (потстилл на прямотоке) - это полуфабрикат. Экстрактивный дистиллят однократного гона - это самостоятельный конечный продукт, не являющийся полуфабрикатом.
