私たちはスピリッツの作り方を知っており（ここでそれについて説明しました）、スピリッツ（またはリキュール）を作るには発酵した穀物を蒸留する必要があることを知っています.ただし、蒸留は蒸留酒の製造だけに使用されるわけではありません。これは、あらゆる種類のコンポーネントを互いに分離するのに最適な、化学エンジニアのお気に入りの製造プロセスの 1 つです。
石油・ガス業界は製薬業界、そしてもちろん酒類製造業者なしでは成り立ちませんでした。蒸留は非常に多くの分野で非常に基本的なプロセスであるため、独自の説明とトピックの詳細な説明が必要です.
なぜ蒸留？ – 分離
蒸留の仕組みに飛び込む前に、なぜ蒸留したいのかを知る必要があります.蒸留は多くの分離プロセスの 1 つです。つまり、異なる種類の分子を別の分子から分離するプロセスです。分離プロセスのもう 1 つの例はろ過です。フィルターを使用して、粒子 (挽いたコーヒーなど) を液体 (このコーヒーに浸透した熱水) から分離します。蒸留の場合、2 つの液体 (または気体) を互いに分離する必要があります。特に、よく混ざり合い、単独では分離しないもの (油と水のように) を分離する必要があります。蒸留中は化学反応は起こらず、分離だけが起こります。それでも、非常に多くのプロセスで不可欠です。
蒸留中に何が起こるか
2 つの液体の混合物を蒸留する場合 (簡単にするために 2 つの液体にします)、混合物を加熱して 1 つを蒸発させます。次に、蒸発した成分を機器の別の部分であるコンデンサーに取り込みます。つまり、沸点の違いを利用してそれらを分離します。ただし、これほど簡単に完全に分離できることはほとんどありません。多くの場合、いくつかの手順が必要ですが、それでも完全に分離することはできません (水とアルコールの場合のように)。
いくつかの理論 – 水分/ガス平衡
蒸留がどのように機能するかを適切に説明するには、最初にいくつかの熱力学理論をカバーする必要があります.
室温の水が入った密閉容器があるとします。ほとんどすべての水が液体になります。ただし、室温でも、その水の一部は気体として存在し、液体の上に浮かんでいます。これは見えなくても。これは熱力学的現象によって支配されています。
これを視覚化する良い方法は、その容器を取り、そうでなければ寒い部屋のヒーターの隣に置くことです.その容器のふたの底に水滴ができることに気付くかもしれません。ガスの一部が冷たいカバーに触れて凝縮した。また、時間の経過とともに、容器のふたを外したままにしておくと、容器が乾燥し、すべての水分が蒸発して消えてしまう理由でもあります.
その容器内の温度が高いほど、その液体の多くは気体になり、水の上に浮かびます。沸点までさらに加熱すると、すべての液体が蒸発し始め、気体になります。
さらなる理論 – ラウールの法則
しかし、蒸留では 1 つの成分ではなく、少なくとも 2 つの化合物の混合物が得られます。理想的なケースでは、ラウルの法則は、液体の上に浮かんでいるものの組成を説明しています。ほとんどの場合、その場合は 2 つの異なる分子の混合物になるからです。 Raoult の法則は、混合物中の各成分の液体分子と気体分子の割合を計算する方法を説明しています。元の液体混合物の 2 つの成分のそれぞれの割合 (たとえば 50:50) がわかっている場合、この法則を使用して、その混合物の上に浮かぶガスの組成を計算できます。この法則の重要な概念は、混合物の上の気体の組成は、多くの場合、液体の組成と同じではないということです。純粋ではないか、1 つのコンポーネントだけで存在することはできません。また、沸点の違いで蒸発しやすさに違いが出てくることも説明しています。
アルコールと水の混合物
それでは、2 つの液体の混合物を振り返ってみましょう。飲料業界の一般的な例として、アルコール (エタノール) と水を使用します。水の沸点は 100C (212F) ですが、アルコールの沸点は約 100 度です。 78C（172F）。アルコールは沸点が低いので蒸発しやすいです。その結果、ラウルの法則により、混合物の上の気体には、液体混合物よりも高い割合のアルコールが含まれることがわかります。蒸留中、この現象を利用して 2 つの液体を分離します。
加熱アルコールと水
蒸留中は、液体の混合物 (水 + アルコール) を加熱します。その結果、液体の一部が蒸発します。このガスは 2 つの成分の混合物ですが、沸点が最も低い成分 (この場合はアルコール) が多く含まれています。
次に、このガスは別の領域である凝縮器に移動します。このゾーンはより低温であり、その結果、気体は液体に戻ります。この新しい液体には、元の液体よりもかなり多くのアルコールが含まれています。これは、最も単純なワンステップ蒸留プロセスです。
多段蒸留
ただし、ほとんどの場合、1 ステップの分離では十分ではありません。スピリッツの場合、まだ十分なアルコールが入っていない可能性があり、水分含有量がまだ高すぎる可能性があります。したがって、多くの蒸留プロセスは、いくつかのステップまたは段階で構成されています。各段階で、沸点の低い成分が少し多くなります。
これらの段階の間に混合物を凝縮することがありますが、ほとんどの場合、段階は大きな蒸留塔の異なる「トレイ」で区切られています.トレイは互いに積み重ねられており、各トレイレベルでわずかに異なる温度があります。下が一番熱く、上が一番寒い。ガスはトレイを上に移動しますが、液体は下に移動します。各トレイで温度がわずかに異なるため、エタノールと水のバランスはトレイごとに変化します。塔の最上部ではアルコール濃度が高く、塔の下部では水分が最も多くなります。大規模な工業団地では、これはノンストップの連続プロセスであり、元の混合物が常に更新され、残りの流れが取り除かれます。
ソース
Katzen, R., et al.、エタノール蒸留:基本、第 18 章、リンク。エタノール/水の蒸留を本当に理解したい人向け
蒸留に関するラウルの法則、リンク
