Читайте также:
|
СПИРТ ЭТИЛОВЫЙ - SPIRITUS AETHYLICUS (С2Н5 ОН – этанол, спирт винный). Это прозрачная, бесцветная, подвижная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом, кипит при температуре 780 С. На химико-фармацевтических производствах и в аптечных учреждениях спирт этиловый используется и как растворитель, и как экстрагент. С указанной точки зрения он обладает следующими положительными и отрицательными свойствами.
Спирт этиловый как растворитель:
- смешивается во всех соотношениях с водой, глицерином, эфиром, хлороформом;
- легко растворяются неполярные вещества: органические кислоты, масла эфирные и жирные, камфора, ментол, йод, танин и др.;
- растворяющая способность зависит от концентрации спирта этилового;
Масло касторовое очень легко растворяется в безводном этаноле, 85 % этанол растворяет около 10 % касторового масла, 70 % этанол –
только 1 %, а 40 % этанол практически не растворяет масло касторовое.
- нейтрален, не окисляется кислородом воздуха;
- имеет бактериостатическое и бактерицидное действие;
- имеет высокую гигроскопичность;
- несовместим с окислителями, с некоторыми солями образует кристаллические соединения;
- фармакологически неиндифферентен – обладает наркотическим действием, смертельная доза 96% спирта этилового 200-300 мл;
- легко воспламеняется.
Спирт этиловый как экстрагент:
- является хорошим растворителем многих соединений, которые не извлекаются водой, например жиры, алкалоиды, хлорофилл, гликозиды, эфирные масла, смолы и др.;
- обладает антисептическими свойствами (в спиртоводных растворах с концентрацией более 20 % не развиваются микроорганизмы и плесени);
- чем крепче спирт, тем менее возможны в его средах гидролитические процессы;
- инактивирует ферменты;
- достаточно летуч, поэтому спиртовые извлечения легко сгущаются и высушиваются до порошкообразных веществ. Для сохранения термолабильных веществ выпаривание и сушка проводятся под вакуумом;
- значительно труднее, чем вода, проникает через стенки клеток, отнимая воду у белков и слизистых веществ, превращая их в осадки, закупоривающие поры клеток и тем самым ухудшающие диффузию. Чем ниже концентрация
спирта этилового, тем легче он проникает внутрь клеток;
- фармакологически неиндифферентен; он оказывает как местное, так и общее
действие, что необходимо учитывать при производстве извлечений;
- горюч и огнеопасен, поэтому при работе с ним должны соблюдаться установленные требования противопожарной безопасности;
- является лимитированным продуктом, отпускается фармацевтическим производством в установленном порядке. Однако по стоимости – это вполне доступный экстрагент.
Таким образом, спирт этиловый – экстрагент, имеющий широкий
диапазон извлечения. Причём, его извлекающая способность зависит от концентрации. При экстрагировании этанолом в концентрации не менее 70 % получают вытяжки, свободные от биополимеров (белков, слизей, пектинов).
По указанным выше причинам, спирт этиловый наиболее частый, после воды, растворитель и экстрагент, применяемый в производстве лекарственных препаратов промышленного и индивидуального изготовления.
2.3. Способы выражения концентрации спирта этилового (крепость спирта)
Концентрацией водно-спиртового раствора называется процентное содержание безводного (абсолютного, т.е. 100 %) спирта этилового в данном растворе.
Концентрация этанола выражается в объёмных процентах - (%), в процентах по массе - % (m) и по плотности - ρ20. Если нет специального обозначения, подразумевается объёмный процент.
Объёмные проценты (Сv) показывают, какое количество миллилитров безводного спирта этилового содержится в 100 мл водно-спиртового раствора при 200С.
Проценты по массе (Сm) показывают какое количество граммов безводного спирта этилового содержится в 100 г водно-спиртового раствора.
Поскольку объём водно-спиртового раствора изменяется в зависимости от температуры, крепость его в объёмных процентах относят к 200С, называемой нормальной температурой.
Примечание: Объёмный процент этанола равнозначен градусу. Обозначение крепости спирта в градусах было принято в старых фармакопеях, включая Х издание.
Плотность. Концентрация спирта этилового может быть выражена через плотность.Абсолютный спирт имеет плотность = 0,78927 г /см3, а вода = 0,99823 г/ см3, при температуре 20ОС. Соответственно плотность водно-спиртовой смеси находится между указанными выше плотностями.
Объём водно-спиртового раствора изменяется в зависимости от температуры. Содержание этанола в процентах по объёму относят к 20ОС, называемой НОРМАЛЬНОЙ температурой.
Плотность может быть выражена: ρ20/20 и ρ20.
ρ20/20 – это отношение массы раствора при 200с к массе того же объёма
воды при 200С.
ρ20 /4 - это отношение массы раствора при 200С к массе того же объёма
воды при 40С.
ρ20/20 во столько раз больше ρ20/4, во сколько раз масса единицы объёма воды при 40С будет больше массы единицы объёма воды при 200С.
ρ20\20 = ρ20 ⁄ 0,99823; ρ 20/4 = ρ20 ⁄ 1,000,
где 0,99823 – масса единицы объёма воды при 200С (плотность воды при
200С);
ρ20 - масса единицы объёма раствора при 200С (плотность раствора
при 200С);
1,000 - масса единицы объёма воды при 40С (плотность воды при 40С).
ρ20/20 ∕ ρ20/4 = ρ20 х 1,000 / 0,99823 х ρ20 = 1 / 0,99823 = 1,00177;
Соотношение между ρ20/20 и ρ20/4 выражается формулами:
ρ20/20 = ρ20/4 х 1,00177;
ρ20/4 = ρ20/20 х 0,99823.
В ГФ Х издания приведены значения ρ20 соответствующие ρ20/ 4 .
В ГФ Х издания приведены значения ρ20/20.
Плотность ρ20/ 4 (ρ20) называется истинной плотностью.
Соотношение между плотностью, объёмными процентами и процентами по массе приведены в Государственной Фармакопеи ХΙ издания. -Том 1.
– С. 303 - 313. – Алкоголеметрические таблицы. - Таблица 1. Соотношение между плотностью водно-спиртового раствора и содержанием безводного спирта в растворе (см. Приложение №5 данного учебно-методического пособия), составленной на основании зависимости:
Сv ∙ ρ б/в = Сm ∙ ρ р-ра,
где ρ б/в - плотность безводного спирта этилового (0,78927);
ρ р-ра – плотность водно-спиртового раствора.
Следовательно перевод объёмных процентов в проценты по массе и наоборот можно осуществлять:
1. По формуле - см. выше.
2. По таблице №1 ГФ Х1 – см. выше.
Пример 1. Перевести концентрацию спирта этилового 88,04 % в проценты
по массе.
Решение. Находим по таблице №1 на стр. 312, что 88,04 % по объёму
составляют 83,16 % по массе.
Пример 2. Перевести концентрацию спирта этилового 80 % в проценты
по массе.
Решение. Значения 80 % по объёму нет. Для нахождения значения пользуемся методом ИНТЕРПОЛЯЦИИ, т.е. нахождения неизвестного промежуточного значения по двум известным крайним.
По таблице №1 находим ближайшее большее, затем ближайшее меньшее значения и находим их разницу:
80,04 % — 73,53 % по массе
79,97 % — 73,45 % по массе
0,07 % ― 0,08 % массе
Далее проводят сравнение заданной концентрации с тем значением по таблице, которое ближе к данному (80,0 %).
Находят разницу:
80,0 % - 79,97 = 0,03 %,
Составляют пропорцию:
0,07 % ---------------- 0,08 % по массе
0,03 % ----------------- Х % по массе,
отсюда Х = 0,0343 ≈ 0,03 % по массе.
Полученную поправку прибавляют к тому значению, с которым сравнивали данное:
73,45 % по массе + 0,03 % по массе = 73,48 % по массе
Таким образом, водно-спиртовый раствор в концентрации 80 % (v) соответствует 73,48 % (m). Это значение является промежуточным между 73,53 % (m) и 73,45 % (m).
Аналогично производят переход от % (m) к % (v).
По объёму водно-спиртового раствора при данной температуре и его крепости можно определить объём находящегося в растворе безводного спирта этилового.
Например, если спирта в ёмкости при 20ОС содержится 200 литров, а крепость при этой температуре 95,5 %, то следовательно, в данном объёме находится безводного этанола:
200 л ∙ 95,5% = 191 л
100%
III. Получение спирта этилового.
Спирт этиловый получают путём сбраживания крахмалосодержащего сырья – в основном картофеля и зерна. Сбраженное сусло, содержащее 8 – 10 % спирта этилового, укрепляют путём простой перегонки и получают спирт-сырец, в котором этанола около 88 %.
ПЕРЕГОНКА (общие сведения)
Процесс перегонки применяется для разделения смеси двух или большего числа летучих жидких компонентов. Разделение основано на различной летучести компонентов. Различие в летучести является следствием различной упругости паров компонентов смеси при одной и той же температуре. Чем больше упругость паров компонента, тем более он летуч и в большем относительном количестве переходит в паровую фазу. При перегонке разделяемые компоненты летучи, поэтому все они в той или иной мере переходят из жидкой фазы в парообразную. Однако вследствие различной летучести они переходят в паровую фазу в других процентных соотношениях, чем компоненты в жидкой фазе. Поэтому паровая фаза богаче более летучим компонентом, чем жидкая фаза.
В простейшем случае (применительно получения спирта этилового) исходная смесь бинарна, т.е. состоит из двух компонентов. Получаемый при её перегонке пар содержит относительно большее количество легколетучего, низкокипящего компонента (спирта этилового), чем исходная смесь (спирт- сырец). Следовательно, в процессе перегонки жидкая фаза обедняется, а паровая фаза обогащается низкокипящим компонентом. Неиспарившаяся жидкость имеет состав более богатый труднолетучими и высококипящими компонентами. Эта жидкость называется остатком, а жидкость, полученная в результате конденсации паров, - дистиллятом или ректификатом.
Р а з л и ч а ю т с л е д у ю щ и е в и д ы п е р е г о н к и:
1) простая; 2) ректификация.
3.1. Простая перегонка представляет собой процесс однократного
частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. При процессе простой перегонки нельзя получить чистые компоненты разделяемой смеси. Поэтому её обычно используют лишь для предварительного грубого разделения жидких, а также, для очистки сложных смесей от нежелательных примесей.
Простую перегонку проводят, как правило, периодическим способом. Разделяемую смесь нагревают до температуры кипения. При этом пары, обогащённые низкокипящим компонентом, конденсируют в теплообменнике – дефлегматоре.
При простой перегонке содержание низкокипящего компонента в кубовой жидкости уменьшается, что влечёт за собой изменение во времени состава дистиллята.
Простая перегонка может быть организована различными способами: фракционной перегонкой, простой перегонкой с дефлегмацией, перегонкой с водяным паром. Процессы однократного испарения или конденсации приводят к образованию фаз - паровой, более богатой летучими компонентами, и жидкой, менее богатой летучими компонентами, чем исходная смесь. И в том и другом случаях разделить жидкость или пары на чистые компоненты не удаётся.
Спирт–сырец очищают: от летучих органических кислот (преимущественно уксусная, молочная, масляная); сивушных масел (высших спиртов, одного со спиртом этиловым гомологического ряда – пропилового, изобутилового, изоамилового и др.); эфиров (уксусно-этилового, масляно-этилового и др.); альдегидов (уксусный и др.). Указанные примеси ухудшают вкусовые качества спирта, придают ему неприятный запах и вредны для организма человека. Поэтому спирт-сырец подвергается многократной перегонке.
3.2. Многократная перегонка, называемая РЕКТИФИКАЦИЕЙ -
процесс, в результате которого содержание примесей уменьшается примерно
в 300 раз. При ректификации одновременно происходит укрепление спирта до 95 – 96 %.
Процесс ректификации осуществляется в колонном контактном аппарате. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент (спирт этиловый), которым обогащаются пары, а из паров конденсируется преимущественно высококипящий компонент. Такой двухсторонний обмен компонентами, повторяемый многократно, позволяет получить в конечном счёте пары (почти чистый спирт этиловый), а при конденсации в теплообменнике, имеющем специфическое название дефлегматор - жидкость: дистиллят и флегму. Флегму направляют обратно в колонный аппарат для взаимодействия с паровым потоком, поднимающимся из кубовой части аппарата. Поднимающиеся по колонне пары получают путём частичного испарения внизу колонны остатка - жидкость, обогащённую высококипящим компонентом.
Процессы однократного испарения и конденсации приводят к образованию фаз – паровой, более богатой летучими компонентами, и жидкой, менее богатой летучими компонентами, чем исходная смесь. В том и другом случаях разделить жидкость или пары на чистые компоненты не удаётся.
Процессы многократного испарения и конденсации дают возможность выделить в пределе чистые высококипящие и низкокипящие компоненты.
Сущность процесса многократного испарения и конденсации можно проследить с помощью t – x, y диаграммы (С. 27, рис. 4).
При нагреве исходной смеси состава х1 до температуры кипения получим находящийся в равновесии с жидкостью пар (точка b). Отбор и конденсация этого пара позволит получить жидкость с большим содержанием низкокипящего компонента, чем в исходной (точка х2).
При испарении над жидкостью образуется пар (точка d). Проводя последовательно ряд таких процессов испарения жидкости и конденсации паров, можно получить в итоге жидкость, представляющую собой практически чистый низкокипящий компонент. Однако выход этой жидкости будет мал по отношению к её количеству в исходной смеси. Кроме того, установки, в которых проводят многократное испарение и конденсацию, отличаются громоздкостью и большими потерями тепла в окружающую среду.
Значительно более экономичное, полное и чёткое разделение смесей на компоненты достигается в процессах ректификации, проводимых в более компактных аппаратах – ректификационных колоннах.
Для осуществления процесса ректификации необходимо наличие двух встречных потоков – паров и жидкости и их тесный контакт при помощи тех или иных устройств. Наиболее распространено контактирование в аппаратах, разделённых на секции горизонтальными перегородками:
- насадками (насадочные колонны);
- тарелками (барботажные колонны).
Насадочные колонны (С.26,рис.1)представляют собой цилиндрические аппараты. Для создания большей поверхности фазового контакта и интенсивности перемешивания жидкой и паровой фаз в них загружают насадку – твёрдые тела различной формы: шары, кольца, тонкостенные цилиндры, изготовленные из керамики, фарфора, стали. Насадки засыпают беспорядочно или правильными рядами в виде отдельных слоёв, высотой от 1,5 до 3,0 м, между которыми устанавливают направляющие конусы. В зависимости от режима движения жидкости и пара насадочные колонны могут работать с различной эффективностью.
Барботажные колонны (С.26, рис.2)имеют ряд горизонтальных перегородок – тарелок. Режим их работы несколько отличается от насадочных колонн.
Пар распределяется в жидкости в виде пузырьков и струй, образуя большую поверхность контакта.
С и т ч а т ы е т а р е л к и (С.27, рис. 3) имеют отверстия диаметром 2-5 мм, через которые проходит пар. Он барботирует через слой жидкости на тарелке высотой 25 -–30 мм, который поддерживается положением верхних концов переливных трубок, а внизу давлением пара. Жидкость перетекает на следующую тарелку только по переливным трубкам. Взаимодействие между паром и жидкостью происходит на некотором расстоянии от дна тарелки в слое пены и брызг. Для нормальной работы колонны необходимо, чтобы пар имел давление необходимое для преодоления гидростатического сопротивления жидкости на тарелке. Если давления пара недостаточно, то жидкость будет стекать через отверстия и затапливать колонну.
К о л п а ч к о в ы е т а р е л к и (С. 26, рис.1) снабжены патрубками, накрытыми сверху колпачками. Пар проходит через слой жидкости, уровень которой на тарелке поддерживается переливными трубками. Нижние концы трубок опущены под уровень жидкости следующей тарелки, благодаря чему создаётся гидрозатвор, предотвращающий прохождение через них пара. Колонны различаются числом колпачков на тарелке. Барботажные колонны обеспечивают довольно хорошее разделение смеси.
Таким образом, в описанных выше колоннах навстречу стекающей жидкости поднимается поток паров, а контактирование происходит на каждом устройстве. Массообмен и теплообмен между парами и жидкостью на каждой ступени контактирования могут происходить лишь при отсутствии равновесия между парами и жидкостью. Следовательно, температура паров, поступающих на данную ступень, должна быть выше, чем температура жидкости. После контакта паров и жидкости на каждой ступени в пределе должно наступать равновесие, т.е. выравнивание температур паровой и жидкой фаз. Суть ректификации спирта этилового заключатся в том, что с первыми погонами удаляются головные, т. е. легко кипящие примеси (кислоты, эфиры,
альдегиды). После этого часть конденсата отводят обратно в аппарат, причём таким образом, чтобы стекающий конденсат (флегма) находился в контакте с парами спирта, способствуя тем самым их укреплению. Что касается сивушных масел, то они как кипящие при более высокой температуре, чем спирт этиловый, остаются в хвостовых примесях.
Процессы ректификации осуществляются при различных давлениях: атмосферном, вакуумном, повышенном давлении. Ректификационные установки независимо от конструкции колонн могут быть:
- непрерывнодействующие установки;
- периодически действующие установки.
Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 95 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |