Co powiecie na takie doświadczenie: Przekształcić kawiarkę w urządzenie do destylacji. Czy to w ogóle możliwe? Na pomysł przeprowadzenia takiego małego eksperymentu wpadłem po zapoznaniu się z tematem poruszonym na reconnekcie - forum poświęconym survivalowi, turystyce i militariom[1]. Jeśli koncepcja takiego artykułu się przyjmie, będziemy w podobny sposób rozwiewać różne nurtujące nas wątpliwości. Natomiast pytanie, jakie padło na forum, można sparafrazować w następujący sposób:
Czy kawiarki można użyć do destylacji wody w celu pozbycia się zanieczyszczeń?
Na pierwszy rzut oka sprawa wydawała się łatwa. Niestety - wydawała. Postanowiłem na szybko sprawdzić teorię w praktyce i... I nie wyszło. Cała zawartość kawiarki wykipiała. Mimo, że zdawałem sobie sprawę, że tak może być przy pełnym złożeniu zestawu kawiarki, to podejrzewałem, że po usunięciu lejka powinna nastąpić powolna destylacja. Nie nastąpiła. Właśnie dlatego postanowiłem przyjrzeć się sprawie z bliska i odpowiedzieć na powyższe pytanie. Dlatego na początek:
Założenia projektowe:
Celem doświadczenia jest sprawdzenie możliwości użycia kawiarki jako destylatora. W pierwszym rzucie spróbuję to uczynić za pomocą kawiarki bez modyfikacji. Następnie wykonam wariant z jak najprostszą modyfikacją kawiarki tak, by spełniła zadanie destylatora. W trzecim wariancie spróbuję udoskonalić (o ile to będzie w ogóle możliwe) pracę naszego destylatora. Żeby zobrazować wszystkie trzy próby, woda będzie zabarwiona barwnikiem spożywczym, który ma za zadanie imitować zanieczyszczenie.
By odpowiednio zająć się zagadnieniem należy zapoznać się z dwoma tematami. Po pierwsze, należy w pełni poznać budowę i działanie kawiarki. Po drugie, należy zrozumieć podstawy procesu destylacji, tak by później móc ów teorię wykorzystać w praktyce. Ciężko jest stawić czoła jakiemuś problemowi nie znając istoty problem, prawda?
Podstawy teoretyczne:
Budowa kawiarki:
Kawiarka, znana także pod nazwami kafetiera, makinetka lub Moka[2][3], jest włoskim wynalazkiem z lat 30 ubiegłego wieku. Jest to stosunkowo niedrogie (choć wyobrażam sobie, że można spotkać i luksusowe egzemplarze) urządzenie do parzenia kawy. Dodać warto, że wyśmienitej kawy. Sam osobiście używam na co dzień. Dodatkowo trzeba przyznać, że niewielki i lekki egzemplarz świetnie się sprawuje podczas wypadów na łono natury. Poranna kawa z kawiarki, gdy na rzęsach jeszcze rosa... bezcenne! |
| R.1. Budowa kawiarki może nie być oczywista, ale generalnie nie jest to skomplikowane urządzenie. Źródło: opracowanie własne. |
Rysunek R.1. prezentuje, mniej więcej, jak wygląda kawiarka. Opis, który sporządziłem, nie jest profesjonalny, a powodem takiego zabiegu jest moja chęć wskazania poszczególnych funkcji a nie bawienie się semantykom. Komora z wodą - bardziej profesjonalnie - warnik lub bojler. A komora z gotową kawą, to nic innego jak czajnik. Nie zaznaczyłem uchwytów ani przykrywki, ale tam są. Ci co nigdy nie widzieli kawiarki, niech zdadzą się na słowo. Godnym uwagi elementem jest zawór bezpieczeństwa, który w teorii (mam nadzieję, że w praktyce też) ma za zadanie uwolnić zbyt duże ciśnienie zanim komuś stanie się krzywda. Oczywiście poparzenia nie liczę.
Ważnymi elementami są lejek i sito, bez których nie udało by się parzenie kawy, natomiast skutecznie przeszkadzają w procesie destylacji. O tym jednak niżej.
Działanie kawiarki:
 |
| R.2. Rysunek przedstawia pobieżnie przebieg parzenia kawy w kawiarce. Źródło: opracowanie własne. |
Może się to wydać dziwne (a może niekoniecznie), ale to nie para przechodzi przez kawę spoczywającą w górze lejka, tylko woda. A dokładnie niemal wrząca woda, która to wypychana jest przez parę do góry poprzez "dzióbek" lejka. Następnie woda przemywa drobinki kawy umieszczone pomiędzy metalowymi (najczęściej) sitami ekstrahując (trudne słowo!) wszystko co tak bardzo w kawie kochamy. Końcowo - gotowy ekstrakt wypełnia czajniczek (komorę na gotową kawę) a my, po przelaniu do kubka, możemy się raczyć pysznym napojem. Czyli całość można, w przybliżeniu, podzielić na 3 procesy[2][3]:
- Podgrzewana woda zaczyna wrzeć produkując parę. Para wodna ma większą objętość niż woda, co powoduje wzrost ciśnienia w komorze.
- W następstwach punktu 1. gorąca woda wypychana jest z komory poprzez lejek, a tam przesącza się przez kawę.
- Ekstrakt kawy przelewa się do górnej komory (czajnika). Cały proces kończy się w momencie gdy spadnie ciśnienie w dolnej komorze albo skończy się zasób wody.
Jest to, być może, całkiem niezły sposób na filtrację cieczy, gdyby lejek napełnić jakimś materiałem filtracyjnym. Sęk w tym, że tak nie da się przeprowadzić destylacji.
Czym jest ta destylacja?
Generalnie rzecz ujmując destylacja to metoda rozdziału ciekłych mieszanin wieloskładnikowych. W tym celu wykorzystywana jest różnica w lotności tych właśnie składników. Otóż okazuje się, że różne substancje mają różne lotności. Nie wchodząc zbytnio w fizykę procesu możemy powiedzieć, że bardziej lotne składniki wrzą w niższych temperaturach[6]. Przy założeniach stałego ciśnienia oczywiście.
Załóżmy, że składniki A i B tworzą mieszaninę. Jeżeli składnik A jest bardziej lotny od składnika B, to znaczy, że pary nad lustrem cieczy są bogatsze w składnik A (jego stężenie w oparach jest wyższe). Jeśli w takim przypadku skroplimy taką parę, to otrzymamy mieszaninę bogatszą o składnik A. Oczywiście składnik B w destylacie (czyli skroplinach) jeszcze występuje, ale jego ilość jest stosunkowo mniejsza.
Inaczej sprawy się mają gdy jeden ze składników lotny nie jest. Ponieważ wtedy wystarczy odparować po prostu składnik A i go skroplić. Taka sytuacja ma miejsce, gdy rozpatrzymy wodny roztwór soli kuchennej. Gdy odparujemy wodę, a później tę parę skroplimy, uzyskamy niemal czystą wodę.
Inaczej sprawy się mają gdy jeden ze składników lotny nie jest. Ponieważ wtedy wystarczy odparować po prostu składnik A i go skroplić. Taka sytuacja ma miejsce, gdy rozpatrzymy wodny roztwór soli kuchennej. Gdy odparujemy wodę, a później tę parę skroplimy, uzyskamy niemal czystą wodę.
Budowa destylatora:
Destylator jest właśnie urządzeniem, który umożliwi nam, to wszystko co opisałem wyżej. Jest niezbyt skomplikowanym urządzeniem i przekonany jestem, że każdy z nas jest w stanie coś takiego zrobić sobie we własnym domu. Ale od początku. Destylator składa się z trzech ważnych części. Po pierwsze - naczynie, w którym ciecz będzie można podgrzać do temperatury wrzenia. Po drugie - chłodnicy (często zwykłego przewodu pełniącego takie zadanie). Po trzecie - kolejnego naczynia, które odbierze skropliny.
 |
| R.3. Schemat destylacji prostej. Źródło: opracowanie własne. |
Najprostszym destylatorem jest alembik. Jest to naczynie wręcz legendarne. Niektórym może kojarzyć się z alchemią i słusznie, ponieważ jest to urządzenie typowo alchemiczne. Wynalezienie Alembiku datuje się na początek naszej ery [7], gdy nie znano jeszcze takiego pojęcia jak chemia, czy fizyka. Natomiast alchemicy byli podobno w modzie.
 |
| Alembik - jedno z najstarszych narzędzi alchemicznych. Źródło: wikimedia.org |
Zasada działania urządzenia jest dość prosta. Obłą część, po napełnieniu surówką (bo tak fachowo nazywa się roztwór, który chcemy przedestylować), umieszczamy nad źródłem ciepła (ogień jakiś na przykład) a przez "dzióbek" leci para. Miedz dobrze przewodzi ciepło, toteż duża część pary już właśnie w wygiętym dzióbku zamienia się w ciecz i z niego wycieka.
Czy kawiarka da radę?
 |
| R.4. Po pierwsze - wypad z lejkiem. |
Na początku należy usunąć lejek. Jest to wymóg konieczny do tego, by z kawiarki zrobić coś na kształt destylatora. Spowodowane jest to tym, że poprzez lejek wykipi brudna woda do czajniczka. A my chcemy by z bojlera wydostawały się tylko pary wody.
Drugim warunkiem koniecznym jest nie za duża ilość wody. Ponieważ jeśli napełnimy po brzegi bojler (dolną komorę), to i tak woda nam wykipi (choć sam bym w to nie uwierzył gdybym tego nie przetestował).
 |
| R.5. Po drugie - potrzebujemy jakiś przewód (wąż) i naczynie na skropliny. |
Następnym krokiem (po wyrzuceniu lejka) jest dobranie odpowiedniej rurki - przewodu, wężyka, który umożliwi skroplenie się powstałych oparów (niczym chłodnica). Nie jest to może wymóg konieczny, ale bez tego będziemy mieli słaby destylator. Już tłumaczę o co chodzi.
Otóż, da się przedestylować wodę używając pokrywki jako chłodniczki, ale jest to bardzo słabe rozwiązanie. Słabe pod względem wydajności. Początkowo myślałem, że w sumie, takie rozwiązanie da radę. Jednak w trakcie testowania okazało się, że czajniczek (górna komora) na tyle się nagrzewa, iż całość skroplonej na pokrywce wody odparowuje. Toteż w rezultacie całość wody wygotujemy. Było by to dobre rozwiązanie jeśli byśmy chcieli zagęścić roztwór wlany do bojlera. Można by w taki sposób uzyskać sól z wody morskiej - tylko po co tak komplikować skoro można użyć do tego zwykłej patelni. Ale nieważne. Wróćmy do destylacji. Mamy już gotowy zestaw do destylacji. Przypomnę: kawiarka bez lejka, wąż a'la chłodnica oraz naczynie na destylat.
 |
| R.6. Ostatecznie tak to wygląda. |
No nie można mieć przecież wszystkiego. Cóż to była by za improwizacja, jak poszedłbym do sklepu i zakupił wszystko co trzeba. Podstawy (teorię w zasadzie) do przeprowadzenia doświadczenia już mamy, toteż można się zabierać za praktykę. Ale to już w kolejnym poście. Na który, oczywiście, gorąco zapraszam.
Aa i dajcie znać czy taka forma wam odpowiada.
Literatura:
[2] Moka pot; Wikipedia, the free encyclopedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Moka_pot
[3] O zaparzaniu; Planeta Kawy: http://planetakawy.pl/cms/index.php?page=event-manager
[4] Distillation; Wikipedia, the free encyclopedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Distillation
[5] Warych J. Aparatura chemiczna i procesowa; Oficyna Wydawnicza PW; 2004
[6] Dłużewski M., Dłużewska A. Technologia żywności: podręcznik dla technikum, Część 2; WSiP 2001
[7] Alembik, Wikipedia, the free encyclopedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Alembic
[8] Trznadel M. Techniki Rozdzielcze, Ćwiczenie nr 5, A- Destylacja/Rektyfikacja; Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Chemii Analitycznej: http://pg.gda.pl/chem/Katedry/Inzynieria/images/data/mk/dydaktyka/tr2/3A.pdf
[9] Kozisek F. Health risks from drinking demineralised water. National Institute of Public Health Czech Republic: http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/nutrientschap12.pdf?ua=1
[10] Podwójna destylacja wody w aparacie szklanym; Proton, portalnaukowy.edu.pl; http://www.portalnaukowy.edu.pl/index.php/chemia-ogolna/245-podwojna-destylacja-wody-w-aparacie-szklanym
W temacie:
Trochę szkoda że pod tym artykułem nie ma żadnych komentarzy. To mi się bardzo nie podoba.
OdpowiedzUsuńBardzo ciekawy pomysł :)
OdpowiedzUsuń