Theorie de la Distillation

Théorie de la Distillation

Quand vous réchauffez un mélange de liquides, les composants volatils tendront à se dégager en premier. Il y a un peu de mélange (donc ce n'est jamais pur), mais généralement il est possible de séparer l'éthanol de l'eau et des autres impuretés présentes. Plus il y a d'alcool dans le mélange, plus il y aura d'alcool dans la vapeur, c'est ainsi que les distillations multiples permettent d'augmenter la force et la pureté jusqu'à 96.5%

Théorie de distillation

Le concept de la distillation est vraiment très simple.

Mike Nixon nous a concocté un excellent pdf « distillation - comment cela fonctionne » expliquant tout et ce bien plus clairement que ce que je dis ci-dessous. En réalité la théorie des échanges thermiques, sans en faire est compliquée. Soit vous consultez l' E-mail de Mike soit vous téléchargez ceci (95 KBs, 16 nov. 99). Une explication plus détaillée est dans son nouveau livre "The Compleat Distiller" (La Distillation de A à Z chez http://www.amphora-society.com.
Un autre explication, issue de la distillation de l'éthanol à partir des produits agricoles, vient de l' université de Purdue "Alcohol distillation : basic principles, equipment, performance relationships, and safety" (« Distillation de l'alcool : principes de base, équipements, rapports d'exécution, et sécurité »).
L'université d'Akron dispose d'une projection de diapositives qui explique également les bases.
Voir aussi : "The Brewerie's"(« La brasserie »)bibliothèque technique traitant du brassage (extrêmement complète). , et
La page d'accueil de la compagnie d'AllTech tous ces ouvrages étant de la bonne littérature.

Voici un explication légèrement simplifiée….(merci à Mike)

Quand vous avez un mélange de liquides, chacun avec son propre point d'ébullition lorsqu'ils sont purs, alors le point d'ébullition du mélange se situera quelque part entre les deux, et ceci dépendra des concentrations relatives de chaque liquide. Le point d'ébullition de l'eau pure est à 100°C, et celui de d'éthanol pur à 78.5°C, donc un mélange d'eau et d'éthanol bouillira à un certain point dans cet intervalle. Le principe important de la distillation est que quand un mélange entre en ébullition, alors la vapeur dégagée est plus riche en composant le plus volatil, et quand cette vapeur condense alors le liquide résultant a un point d'ébullition inférieur au mélange duquel il est issu. En répétant ce processus d'ébullition et de recondensation dans une colonne, et en utilisant des plateaux pour retenir le liquide condensé à chaque étape, vous pouvez séparer les composants enrichis de plus en plus.

Ainsi si vous avez un mélange de liquides chacun avec un point d'ébullition différent, si vous chauffez le mélange, il se réchauffera jusqu'à ce que le nouveau point d'ébullition intermédiaire soit atteint. Quand vous commencez une étape de distillation (un "run"), le contenu dans la colonne sera à la température ambiante, ainsi la vapeur dégagée par la chaudière condense sur le premier plateau (la première zone) frais qu'elle atteint. Dans la condensation, la vapeur abandonne beaucoup de chaleur, et ceci chauffe ce plateau jusqu'à ce que le liquide au-dessus bout à nouveau. Cependant, ce liquide est plus riche en volatils que le mélange dans la chaudière, ainsi son point d'ébullition est inférieur. Quand il bout à son tour, avec la chaleur dégagée par la condensation de la vapeur, ce que vous obtenez est encore plus riche en composants les plus volatils. Ce processus d'ébullition et de condensation se propage vers le haut de la colonne et, parce que le liquide condensé devient toujours plus riche en volatils, la température tombe graduellement plus vous allez vers le haut. La température à un point quelconque est régie seulement par le point d'ébullition de ce mélange liquide, et n'importe quelle tentative d'interférer dans ce processus perturbera la séparation que la nature effectue automatiquement.

En revanche, le point d'ébullition du mélange laissé dans la chaudière commencera très lentement à monter au fur et à mesure qu'il sera laissé des composants de moins en moins volatils.

Si vous commencez par un mélange (moût fermenté) qui est la plupart du temps de l'eau et de l'éthanol, avec des traces de méthanol, propanol, etc. alors le résultat net sera que les composants les plus volatils tendront à monter en plus grande quantité vers le haut de la colonne que leurs cousins moins volatils, et seront trouvés en plus grande concentration au dessus. Ceci signifie que le méthanol, le plus volatil du lot, gagnera la course et vous serez capable de le collecter et de l'éliminer. Ceci continuera jusqu'à ce que vous ayez collecté toutes les « têtes » (les composants qui sont plus volatils que l'éthanol), et vous pourrez alors collecter l'éthanol avec juste des traces d'eau. Il subsistera toujours un peu d'eau, parce qu'un mélange de 96.5% éthanol/eau, avec un point d'ébullition de 78.2°C est un mélange stable qu'aucune re-ébullition ni re-condensation peut modifier (à la pression atmosphérique normale).

Une fois que vous avez collecté la majeure partie de l'éthanol, alors les composants qui sont moins volatils que l'éthanol, tel que le propanol et les molécules organiques plus grandes, commenceront à atteindre le haut de la colonne, et vous serez arrivés à l'étape appelée « couper les queues ». Ces « queues » peuvent être réutilisées intégralement à la prochaine passe, parce qu'elles contiennent toujours beaucoup d'éthanol, ou bien une proportion peut être réinjectée parce qu'elles contiennent des composés qui donnent au distillat son goût particulier, comme le whisky ou le rhum.

Noter que vous ne changez rien de votre brassage initial - vous « ne bricolez pas » l'alcool, ou le convertissez en autre chose ou quelque chose de méchant. Tout que vous faites c'est de concentrer le brassage initial dans ses diverses phases. Il y a moins de méthanol quand vous avez fini qu'au début. Ceci parce que la majeure partie du méthanol se dégage immédiatement, et comme il est fortement concentré, et très toxique, vous jetterez obligatoirement la première partie du distillat que vous collectez. Ainsi, une fois que vous avez supprimé cette partie, il est garanti que le distillat restant est sain.

Force du distillat

Vous pouvez employer le graphique ci-dessous (merci à Grant D) pour mettre en relation le % d'alcool d'un liquide et son point d'ébullition. Il montre également les % d'alcool de la vapeur condensée. (Les données pour le graphique (et des tas d'autres substances) sont dans ma page de calcul si vous êtes intéressé à la tracer vous-même.)

Par exemple : un liquide à 10% d'alcool bouillira à 93 degrés (IE le point sur la ligne verte directement au-dessus de 10 sur l'axe Alc par vol.). Si vous vous dirigez horizontalement à partir de 93° jusqu'à atteindre la ligne rouge, et que vous alliez alors vers le bas (vers l'axe des X, l'alcool), vous obtenez 55%.

Ainsi, pour une distillation ordinaire, un mélange d'alcool à 10% bouillira (au début) à 93°C et la vapeur, une fois condensée, contiendra 55% d'alcool en volume. De même, la redistillation d'un mélange à 40% devrait avoir comme conséquence un distillat aux environs de 80%.

Liquide d'alcool - courbes de vapeur

Noter que l'éthanol peut seulement être obtenu par distillation ordinaire à 96.5% d'alcool et le reste en eau. L'éthanol absolu (100%) est obtenu par la distillation sous vide, d'un mélange avec du benzène (toxique) (un mélange azéotropique de benzène, d'alcool et d'eau distille à 65°C) pour enlever les derniers % d'eau, ou par des moyens chimiques (par exemple en utilisant des déshydratants comme filtres moléculaires - avec des trous de l'ordre de 3 angström (un angström = un dix millionième de millimètre) pour séparer l'eau (qui a un diamètre de 2.5 angströms) de l'éthanol (qui a un diamètre de 4.5 angströms).
Mise à jour Phil me dit que la plupart des principales distilleries commerciales en Australie emploient le cyclohexane plutôt que le benzène.

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