Дистилляция воды в лабораторных условиях

Если присмотреться к надписям на бутылках с питьевой водой, или ознакомиться с химическим составом воды, продаваемой на разлив, сразу бросается в глаза перечень перечень растворимых солей и других элементов, присутствующих в микродозах.
Все эти компоненты поступают в наш организм и участвуют в обмене веществ.

Поэтому не сложно сделать вывод – если стандарт допускает наличие растворенных элементов в допустимых пределах, значит только такая вода, а не дистилированная, пригодна для питья.
И это именно так. Деминерализованная или опресненная вода – это “мертвая” жидкость, опасная для употребления внутрь человеческого организма.

И соответственно электрический дистиллятор для получения воды – ключевой вид оборудования для оснащения лабораторий буквально всех видов: от зерновой и химической до микробиологической.

Процесс дистилляции воды используется людьми, по крайней мере, с 200 года н.э. На протяжении почти всей истории дистилляция в основном применялась для опреснения морской воды под действием высокой температуры. Это относительно дешевый способ, не требующий никаких расходных химических материалов и очень простой - нужен только нагрев. 

Для некоторых исследований необходима именно обратная процедура. Например в разновидности фарфоровой лабораторной посуде – выпаривальной чаше, происходит процесс испарения при подогреве спиртовкой или горелкой бунзена, а интерес представляет собой как раз сухой остаток. Как для последующего химического анализа или например определения при помощи лабораторных весов, концентрации растворенных веществ в растворе расчетным методом.

Процесс дистилляции в лабораторных условиях

При кипячении чайника, со временем, можно наблюдать, как образуется налет на внутренних стенках.
Это своеобразная частичная деминерализация. При приготовлении чая или кофе мы потребляем внутрь воду с растворенными солями, а часть из них осаждается в нагреваемой посуде, так же на стенках нагревательной камеры лабораторной водяной бани.

Таким образом работает и дистиллятор для лаборатории.

Дистилляция подразумевает, что в сосуде А вода нагревается, испаряется, поднимается по трубке в виде пара, охлаждается и конденсируется.
Поскольку температура кипения воды ниже, чем у минералов, таких как соль, тяжелые металлы, кальций и фосфор, при кипячении, вода превращается в пар и оставляет все примеси в кипящем резервуаре.
Дополнительный положительный момент – аквадистилляторы выступают в некоторой степени как стерилизаторы, обеззараживая воду, где уничтожаются болезнетворные микроорганизмы.

Хотя термин стерилизатор больше подходит для оборудования, которое обдает медицинские инструменты, химическую посуду из стекла потоком горячего воздуха или пара, соответственно такие приборы называются суховоздушными или паровыми актоклавами.

1. Излишний, ничем не оправданный расход электричества. А ведь это все ложится на себестоимость лабораторных опытов и конкурентоспособность.
2. На стенках нагревательных камер быстрее осаждаются твердые загрязнения, а значит сокращается время между ремонтами лабораторного оборудования и возможен простой.
3. При чрезмерной температуре, начнут переходить в газообразное состояние и содержащиеся в воде химические элементы, которые не должны перегоняться.

100% деминерализации достичь не возможно. И не нужно. В дистилляте остаются в минимальной концентрации микроэлементы.

Количество этих химических составляющих регламентировано ГОСТ 6709-72, который надо признать устарел и вскоре будет заменен на новый, и на сегодняшний день сухой остаток после аквадистиллятора не должен превышать 5 мг/дм³.

Кипение – это фазовый переход воды из жидкого агрегатного состояния в газообразное.
На самом деле перегоняется не только вода, но и любые другие испаряющиеся жидкости.

Более того, перегонка воды это частный случай однокомпонентного раствора.

Если же раствор многокомпонентный, то каждая из составляющих имеют свою температуру кипения, что дает уникальную возможность выделения и разделения, просто меняя температуру.
Таким образом, можно, к примеру нагреть лабораторный образец нефти, отобранный пробоотборником из цистерны или нефтехранилища и разделить его на фракции для последующего анализа, например на температуру вспышки в закрытом или открытом тигеле в аппаратах ТВЗ или ТВО.

Поэтому различают:

1. Простую дистилляцию.

   Это процесс испарения кипящей жидкости путём постоянного отвода и конденсации образованных паров в холодильнике - конденсаторе.
   Полученный конденсат называется дистиллятом и стекает в подготовленную для сбора лабораторную посуду - обычно это склянки или бутыли на несколько литров.
   
   При перегонке играет роль не только температура, но и давление воздуха.
   При стандартном давлении 100 КПа вода кипит при 100 °С, а например на вершине Эльбруса - при 80 °С.
   
   Или еще один пример – приготовление пищи в скороварке. За счет увеличения давления, повышается и температура, а значит продукты приготовятся быстрее.

2. Дистилляцию по фракциям.

   Процесс разделения жидких многокомпонентных растворов на фракции.
   
   Сначала перегоняются низкокипящие компоненты, потом – высококипящие.
   Этот метод подходит для разделения жидких смесей, которые не отделяются путем отстаивания.
   Если же растворы различаются по плотности, то можно использовать делительную воронку.

Какие контролируемые параметры ?

1. Объем потребляемой воды из водопровода.
2. Расход воды на охлаждение конденсатора.
3. Потребляемая электрическая мощность.

Как правило этого достаточно, но даже если бы понадобилось большее количество, то вступают в силу ограничения по занимаемой площади при размещении на лабораторном столе, потреблении электроэнергии и опреснительные аппараты большой мощности относятся к категории промышленного оборудования.