Kolonová destilace se liší od představy jednorázového varu a následného zachycení par. Uvnitř kolony probíhá výměna mezi párou a kapalinou opakovaně, v několika výškových úrovních. Těmto kontaktním stupňům se říká patra, anglicky plates nebo trays. Každé z nich přispívá k postupnému rozdělování složek směsi podle toho, jak snadno přecházejí mezi kapalným a plynným stavem.
Pára stoupá, kapalina klesá
Ve spodní části kolony vzniká ohřevem pára, která stoupá vzhůru. Současně po koloně dolů sestupuje kapalina. Část této kapaliny pochází z kondenzace par v horní části: po zkondenzování se vrací jako takzvaný reflux. Na jednotlivých patrech se oba proudy setkávají. Kapalina se po patře rozprostře a odtéká dál níže, zatímco pára přichází zespodu a prochází její vrstvou nebo jiným kontaktním prostorem.
Při kontaktu se mezi fázemi přenáší teplo i látky. Těkavější složky mají za daných podmínek větší sklon přecházet do páry, zatímco méně těkavé zůstávají ve větší míře v kapalině. Nejde ale o to, že by se na každém patře celá směs znovu samostatně destilovala. Složení páry i kapaliny se mění jen částečně a výsledek jednoho kontaktu se stává výchozím bodem pro další patro.
Opakováním tohoto procesu po výšce kolony se rozdíly mezi složkami postupně zvýrazňují. Některé se více soustřeďují ve stoupající páře, jiné v sestupující kapalině. Na vrcholu kolony se pára může zkondenzovat; vzniklá kapalina se pak rozdělí na odváděný destilát a část vracenou zpět jako reflux. Tato souhra stoupající páry, klesající kapaliny a opakovaného odpařování a kondenzace tvoří základ rektifikace.
Různé způsoby kontaktu
Patra mohou být konstrukčně řešena několika způsoby. Sítové patro využívá otvory, kterými pára prochází do kapaliny. U ventilového typu se nad otvory pohybují ventily a kloboučkové patro vede páru pod krytky se štěrbinami, odkud vstupuje do kapalné vrstvy. Všechny tyto varianty mají společný cíl: umožnit dostatečný kontakt obou fází, ale liší se způsobem, jakým ho dosahují, i svými provozními vlastnostmi.
Neexistuje proto jednoduchá odpověď, že jeden typ patra je nejlepší pro každou kolonu. Výsledek závisí na konstrukci celého zařízení a na tom, jak jím proudí pára a kapalina. Při nevhodném provozu může například příliš vysoký průtok páry vést k zahlcení kolony a zhoršit účinnost separace. Samotný počet pater tak nevypovídá o výkonu bez znalosti dalších podmínek.
Počet pater není zárukou čistoty
Obecně platí, že více účinných kontaktních stupňů může při srovnatelných podmínkách umožnit výraznější oddělení složek. Fyzické patro však není dokonalým stupněm, na němž by se kapalina a pára vždy ustálily v úplné rovnováze. Jedno skutečné patro proto nemusí odpovídat jednomu ideálnímu stupni, který se používá při výpočtech separace.
Do výsledku vstupuje také reflux. Část zkondenzované kapaliny se vrací do kolony a znovu se setkává se stoupající párou. Vyšší reflux může podpořit separaci a za určitých podmínek snížit počet potřebných teoretických stupňů, zároveň ale zvyšuje energetické nároky. O výsledné účinnosti tedy rozhoduje kombinace počtu a konstrukce pater, refluxu, průtoků i dalších provozních parametrů.
Jak se princip promítá do charakteru destilátu
Míra rektifikace může ovlivnit poměr alkoholu a dalších těkavých látek v destilátu. Kolona s účinnější separací může některé složky více oddělit nebo podpořit návrat méně těkavých látek níže do zařízení. Nelze z toho ale vyvodit, že každá kolona automaticky odstraní všechna aromata nebo vyrobí neutrální destilát.
Profil lihoviny se utváří souhrou více faktorů: kromě kolonového uspořádání a počtu účinných stupňů záleží na surovině, kvašení, refluxu, provozních podmínkách i na tom, jaké části destilátu se nakonec vyberou. Patra jsou tedy důležitou součástí vysvětlení, nikoli samostatnou zárukou konkrétní chuti, čistoty nebo obsahu alkoholu. Když se mluví o jejich počtu, je proto užitečné rozlišovat skutečná fyzická patra od teoretických stupňů a vnímat je jako jednu z proměnných celé destilační kolony.