Конструкция ректификационной колонны имеет более сложное строение, чем у обычного самогонного аппарата. Более того, в отличие от аппарата, например, с сухопарником, работа с колонной подразумевает своеобразный “подготовительный” режим перед началом непосредственно перегонки. Если Вам посчастливилось (рекомендуем выбрать аппарат марки ), то наверняка в комплекте к ней Вы обнаружите инструкцию. Обязательно изучите этот важный документ, поскольку там будут даны все указания по работе именно с этой моделью. На деле использование ректификационной колонны — дело несложное, главное, точно понимать, что и для чего делается.
Как пользоваться ректификационной колонной
Для начала нужно отметить, что перегонять брагу сразу в режиме ректификации не совсем корректно. При этом значения не имеет. Вы рискуете насадкой, которая за очень короткое время “забьется”, что сделает процесс очистки спиртовых паров невозможным. Однако практически любая бытовая ректификационная колонна способна работать в режиме дистилляции, что позволит на первом этапе получить спирт-сырец. А вот его уже можно подвергать ректификации.
Подготовительным этапом считается режим работы колонны “на себя” в течение 15-20 минут. Это необходимо для ее прогрева, благодаря чему Вы избежите потерь по спирту. В этом режиме отбора фракций не происходит, на дефлегматор подается максимальное охлаждение, все пары конденсируются в нем и так называемая “дикая флегма” в полном объеме стекает вниз к перегонному кубу.
Всегда помните о том, что регулировка температуры путем добавления/уменьшения нагрева или охлаждения должна производиться плавно и постепенно, потому что система является инерционной, и установление нового стабильного температурного режима внутри колонны происходит не сразу, а в течение 20-30 секунд.
В в начале работы ректификационной колонны “на себя” Вы можете услышать легкий “вздох”, и это нормально. Это выходит воздух, находившийся в колонне до того, как туда попали пары. В момент выхода колонны на рабочий режим (начало процесса обмена фаз жидкость-пар массой и теплом) колонна может начать издавать незначительный шум, что тоже является нормой.
Когда колонна прогрелась, начинается непосредственно этап ректификации. Получить чистый этиловый спирт без посторонних примесей может помочь только ректификационная колонна.
Как пользоваться ректификационной колонной в “рабочем режиме”?
Вот краткая инструкция:
- Температуру в верхней части колонны устанавливают таким образом (путем регулировки охлаждения дефлегматора и нагрева куба), чтобы начали испаряться головные фракции. Как правило, это 65-68°С. В можно встретить информацию, что показания термометра могут давать незначительную “гребенку”. Но главное, чтобы она была в узких пределах и в целом температурный режим оставался стабильным.
- Головы отбираются со скоростью не выше одной капли в секунду. В остальном критерии те же, что и при перегонке на обычном дистилляторе (объем голов можно рассчитать, или же ориентироваться по запаху).
- После отбора голов температуру в колонне поднимают до 77-78°С. Скорость отбора здесь можно слегка увеличить. Слегка увеличьте охлаждение и добавьте нагрев.
- Как только температура в колонне при отборе “тела” начала ползти вверх — пришло время менять приемную емкость и отбирать хвосты, если Вы в них заинтересованы, конечно.
В целом видно, что работать с ректификационной колонной не так уж и сложно, важно за раз-другой приноровиться к регулировке температурного режима, ведь от него в большей степени и зависит качество отбираемых фракций. Что касается применения полученного напитка — тут уже каждый хозяин решает сам: будут это , или же чистый этанол будет применен в медицинских или технических целях.
Для домашнего производства крепких напитков необходима современная аппаратура, сделанная из качественного материала. В магазинах производители предлагают модели, которые делятся на дистилляторы и ректификаторы. Многих начинающих винокуров мучает вопрос: что лучше для домашнего самогоноварения - колонна или самогонный аппарат.
Принцип действия мало чем отличается, а вот конечный продукт у ректификационной колонны получается лучше и чище, а по крепости ему нет равных, т. к. это практически чистый спирт. Чтобы узнать, чем же отличаются эти аппараты, какие у них технические параметры, индивидуальные нюансы, имеются ли недостатки, надо прочитать эту статью.
Вся процедура перегонки состоит в теплообмене, который происходит в изделии, в процессе охлаждения сырец отделяется, а очищенная субстанция появляется на выходе из устройства. При разной температуре нагрева вы получаете разные вещества:
- t=+56 C - получим ацетон;
- t=+65 C - можно выделить метиловый спирт;
- и только при t=+78 C получается спирт-ректификат;
- если продолжать нагревание до температуры кипения воды и выше, например, до 100 градусов, то на выходе получим воду, приправленную сивушными маслами и всякими примесями.
Основа всего происходящего в колонне процесса - контакт жидкого и парообразного состояния различных веществ, в результате чего выделяются различные пары, которые оседают в дефлегматоре, и только спиртосодержащие проходят дальше.
В испарителе происходит дополнительный нагрев, но только до +78 градусов, поэтому все вредные примеси и вода конденсируются и остаются в устройстве. На разных участках изделия происходит индивидуальное взаимодействие паров и конденсата, а фракции различного температурного уровня выпадают в конденсат и стекают в нижнюю часть.
Колонна - это устройство, имеющее определенную высоту, с вытянутой по всей длине емкостью, поэтому получается различная температура: до самого верха доходят только спиртосодержащие пары, все остальные фракции выпадают в конденсат, т. к. температура меньше, чем нужно для их кипения. Вкус и крепость конечного продукта существенно отличается в лучшую сторону от самогона, пропущенного через стандартный дистиллятор.
Современные модели колонн отличаются весьма высокой производительностью, а спирт, появляющийся в результате ректификации, не имеет сивушного запаха и посторонних примесей.
Чем отличается самогонный аппарат от ректификационной колонны
Самое главное отличие: стандартный аппарат для домашнего самогоноварения состоит из перегонного куба и змеевика-холодильника, где происходит конденсация спиртосодержащих паров. В некоторых моделях присутствует сухопарник, где происходит качественное отделение примесей и ароматизация паров для получения элитного алкоголя в виде бренди или виски.
Колонна же - довольно сложное устройство, она в основном предназначена для очистки уже полученного самогона, чтобы устранить все мельчайшие посторонние вкрапления и получить чистый спирт. Конструкция выполняется из нержавеющей стали, меди или латуни, т. к. внутри происходят весьма сложные высокотемпературные процессы и стойкость к коррозии должна быть довольно высокой.
Нижняя часть колонны называется царгой, а верхняя - охладителем или дефлегматор, потому что именно там происходит окончательное отделение различных флегм. В его крышке имеется трубка для связи с окружающей средой, чтобы внутреннее давление не превысило допустимого значения. Все нюансы работы мы уже обсуждали, поэтому опускаем.
Изделие устанавливается на перегонный бак или куб, а все соединения должны быть идеально герметичны. В самой верхней части находится отводная трубка для паров спирта, лучший вариант, когда и она имеет дополнительный холодильник. Высота изделия приличная, некоторые образцы до 2 м, поэтому такая конструкция может не поместиться в помещении: 2м + бак + плита. Лучший вариант — нагревать бак на специальной плите для самогоноварения: она имеет малые габариты, как настольная электроплита.
Брагу перегонять через колонну не рекомендуют, хотя сегодня производители уже освоили выпуск усовершенствованных образцов, которые справляются и с таким применением. Вердикт прост: самогонные аппараты предназначены для перегонки спирта-сырца, а колонна может очистить его практически полностью от запаха и вредных примесей.
Помните! Ректификационную колонну используют для получения чистого спирта, а если вы хотите делать ракию, бренди, где нужен аромат и специфический привкус исходного продукта, то используйте только самогонный аппарат.
Типы самогонных аппаратов и ректификационных колонн
Всего в мире существуют два основных типа устройств для практического самогоноварения:
- Спиртосодержащие пары отводятся в сторону для охлаждения - сразу в змеевик или через сухопарник.
- Пары отводятся вверх в ректификационное устройство, где происходит отделение примесей, полная очистка от запахов и последующее охлаждение.
Классические устройства подразделяют по системе охлаждения: при помощи змеевика или прямоточные, где охлаждающим элементом является корпус холодильника.
Колонны делят по количеству получаемого конечного продукта:
- простые, обеспечивающие разделение исходного сырья на два конечных продукта - ректификат и осадок;
- сложные - они обеспечивают разделение более, чем на два продукта, колонны с отбором дополнительных фракций в виде боковых погонов и из специальных отпарных стриппингов.
Существует также разделение по назначению, величине давления, принципу действия или организации контакта внутри конструкции.
Кроме этого, колонны делятся на полные и неполные. Неполные изделия делятся еще на два вида:
- Бражная или отгонная колонна, которая действует по такому принципу: на верхнюю тарелку попадает спиртосодержащий пар, а из куба выходит чистая вода. Конденсат выпадает в холодильнике, а дефлегматор не устанавливается.
- В спиртовых колоннах все происходит зеркально: под нижнюю тарелку подается пар. Из верхней части отводится спирт, а снизу - остаток с водой, дефлегматор выполняет функцию питания жидкой средой. Такие колонны устанавливаются на аламбики.
Первые не предназначены для получения чистого спирта, а второй вариант не применяется для получения чистой воды.
Характеристики обоих устройств
Всем известно, что основное назначение самогонного аппарата - это получение спиртосодержащей жидкости из браги путем ее перегонки и последующей очистки. Основными техническими параметрами являются:
Объем
Именно он влияет на масштаб производства в домашних условиях, поэтому выбор изделия основан на этом параметре: чем больше браги, тем больше литров спирта-сырца, который очищают различными методами или осуществляют повторную перегонку.
Материал
В основном все детали современных моделей выполнены из пищевой или медицинской нержавеющей стали. В производстве используются такие марки:
- AISI 304 благодаря довольно высоким очищающим свойствам применяется в медицине, на молочных фермах и аналогичных заводах;
- сталь марки 430 имеет низкое качество, но зато изделия из нее можно нагревать на индукционных плитах;
- сплавы с медью и комбинации сталей разных марок встречаются у многих моделей самогонных аппаратов отечественного и зарубежного производства.
В самодельных устройствах пока еще используется алюминий, но он уже практически вытесняется более надежными материалами. Змеевики изготавливают из меди или латуни, только элитные аппараты под названием аламбики, которые применяются для производства домашнего элитного алкоголя, выполнены полностью из меди.
Дополнительные устройства
К ним относятся термометр, спиртометр, сухопарник, дефлегматор и другие, помогающие контролировать процесс перегонки. Повторное очищение дает хороший результат, но его не проводят в том случае, когда надо получить ароматный напиток с запахом.
Технические характеристики универсальных ректификационных колонн для наглядности лучше представить в виде небольшой таблицы:
Все уплотнительные соединения в колонне выполнены из высокотемпературного пищевого силикона с гарантийным сроком эксплуатации не менее 10-20 лет, температура допускается до +150°С.
Преимущества и недостатки
Стандартный аппарат для производства самогона имеет следующие плюсы:
- Простейшая конструкция, принцип действия понятен всем пользователям, можно изготовить самостоятельно без больших финансовых затрат.
- Большое количество рецептов, которое идет в комплекте с готовой моделью, но можно значительно расширить их, изучив рецептуру в интернете.
- Высокая надежность конструкции и всех материалов.
- Низкая стоимость, которая особенно влияет на широкую доступность для всех слоев населения.
Ректификационные колонны имеют свои преимущества:
- Получение чистого продукта без запаха и посторонних примесей.
- Крепость конечного продукта намного выше, чем у простого аппарата.
- Применяется для выделения спиртосодержащей жидкости из браги на основе сахара, т. к. именно там много посторонних примесей и запаха.
В сравнении классический аппарат имеет больше негативных особенностей:
- невысокая производительность;
- низкий процент содержания спирта - не более 70%;
- малая степень очистки при первичной перегонке;
- опасность при несоблюдении мер безопасности.
У ректификационных колонн только один недостаток - большая высота конструкции.
Что лучше выбрать
Если сравнивать конструкцию классического изделия для самогоноварения и ректификационную колонну, то разница ощутимая, да и используют их для разных целей. Поэтому ваш выбор будет напрямую зависеть от целей, а также от того, что вы собираетесь перегонять:
- Для винной браги, а также на основе ягод и фруктов лучше использовать самогонный аппарат.
- Для браги из сахара лучше применять колонну, т. к. конечный продукт получается чистый и без запаха.
Сегодня в продаже имеются модели универсальных изделий, которые могут работать в качестве простого дистиллятора или как мощная ректификационная колонна.
Особым спросом у опытных винокуров пользуются устройства, сделанные немецкими производителями, имеющими дополнительную царгу, которая вкручивается в дистиллятор. Например, колонна и аппарат имеют одинаковую производительность 2 л/ч, но вот продукт получается довольно разный:
- плотность или крепость у классического изделия всего 60%, а у колонны - 96%;
- уровень очистки у дистиллятора в 60 раз ниже, чем у колонны.
Самогонные аппараты практичнее из-за своих габаритов, а колонны намного выше - самая компактная будет около метра в высоту.
Если сравнивать производительность разных изделий, то классика выдает 2 л в час спирта-сырца, а колонна - 2 л чистого спирта 96,6% или в пересчете на 60% самогон - 6-7 л. Поэтому при покупке надо определиться, что для вас важнее - чистота конечного продукта или простое использование изделия в любом месте. Финансовые возможности также играют важную роль.
Выводы
Если говорить о чистоте конечного продукта, то ректификационные колонны на голову выше простого самогонного аппарата, но большое значение имеет финансовая сторона. Каждый пользователь выбирает для себя необходимую модель, мы же бесстрастно констатируем, что классика жанра все-таки проигрывает техническому прогрессу в лице более продуктивной ректификационной колонны по основным техническим показателям.
В последнее время довольно много людей не доверяют качеству алкоголя, предлагаемого магазинами, да и стоимость такой продукции высока. Поэтому зачастую на кухнях рядом с различными бытовыми приборами можно увидеть самогонный аппарат. Ведь домашние спиртосодержащие напитки экологически чистые и для здоровья в разумных количествах менее вредны. Однако перед всеми винокурами стоит проблема: очистка алкоголя от вредных примесей и неприятного запаха. Опытными и экономными хозяевами для этого применяется ректификационная колонна. Ну а новичкам, чтобы не отставать от более продвинутых винокуров, нужно узнать, что такое ректификационная колонна в самогонном аппарате.
Ректификационная колонна позволяет производить спиртосодержащие напитки, такие как водка, виски, наливки высокой очистки и высокой крепости (до 97 %). Устройство обычной ректификационной колонны следующее:
- Испарительный куб.
- Колонна со специальной насадкой, в которой идут процессы тепломассообмена (царга).
- Дефлегматор.
- Узел сбора дистиллята.
Испарительный куб
Испарительный куб представляет собой емкость, в которой нагревается брага. В процессе этого она испаряется, и пар поднимается по колонне. Вверху ректификатора жидкость разделяется на отдельные фракции.
Испарительный куб нагревают на любом виде плит. А некоторые его модели предполагают наличие нагревательного прибора. Покупной куб обязательно оснащается термометром, который позволяет вести контроль за нагревом браги. Испарительный куб абсолютно герметичен. Во время кипения важно, чтобы жидкость и пар оставались внутри. Куб нельзя заполнять брагой больше чем на 2/3 его объема, иначе жидкость будет выплескиваться из емкости.
Царга
В этой части ректификационной колонны происходят следующие процессы:
- Брага, находящаяся в кубе, под действием тепла испаряется и поднимается по колонне. Там установлен холодильник.
- Дефлегматор обеспечивает конденсацию паров спирта и получение дистиллята.
- Дистиллят опускается по спиртовой колонне. В этот момент происходит столкновение его с паром - тепломассообмен.
- В результате этого процесса испаряемая часть фракции идет вверх колонны. Здесь она конденсируется, а затем уходит в канал отбора.
Не стоит забывать, что если увеличить высоту колонны, то тепломассобмен проходит активнее. Это приводит к тому, что на выходе получается более ректификованный спирт.
Ректификационная насадка
Ректификационная насадка имеет две части:
- Узел отбора спирта. В промышленной ректификационной колонне эта деталь снабжена смотровым стеклом, которое позволяет определить скорость отбора спирта.
- Дефлегматор. Иногда эта часть называется холодильником. Дефлегматор расположен вверху ректификационной колонны. Он нужен для сбора самогонных паров и превращения их во флегму, которая отпускается вниз. Здесь происходит ее обогащение парами спирта. После того как флегма попадет в узел отбора, испаряемая часть выходит наружу.
Ректификационная колонна устроена просто, поэтому принцип ее работы поддается несложному объяснению. Этот механизм выполняет функцию фильтра, в котором оседают сивушные масла. В нем происходит постоянное взаимодействие спиртовых паров и жидкости, другими словами, ректификация. После того как брага прогреется до 70 градусов в испарительном кубе, спирт начинает испаряться. Он поднимается по трубе и оказывается в дефлегматоре. В этой части с паром происходит повторная конденсация при охлаждении водой. Конденсат (флегма) стекает и снова встречается с горячим паром. Происходит обмен между двумя составляющими - процесс насыщения флегмы паром, а пара - жидкостью, которая имеет низкую температуру кипения.
Окончательная конденсация пара идет в холодильнике. На выходе получается очищенный спирт, который стекает в емкость для приема. Вверху ректификационной колонны расположен атмосферный клапан. Он нужен для того, чтобы пары, не имеющие в своем составе спирта и не подверженные конденсации, покидали механизм.
Непрерывная ректификация идет за счет специальных контактных элементов - физических тарелок в покупных ректификационных колоннах и металлических губок или стеклянных шариков в образцах, изготовленных своими руками. Эти части нужны для увеличения эффективности взаимодействия пара и флегмы.
Виды колонн
Существуют следующие виды ректификационных колонн:
- Тарельчатого типа. Такие агрегаты имеют внутри тарелки, которые установлены на определенном расстоянии. На них и осуществляется тепломассообмен. Ректификационные колонны такого вида стоят дорого и довольно громоздки. Но обладают главным достоинством - фракции отделяются точно.
- Насадочного типа. Механизм имеет медную насадку двух видов. Первый - это заполняющая колонну россыпь мелких элементов из нержавеющей стали. Неравномерное размещение их затрудняет проход паров и отток флегмы. Второй тип - насадка Панченкова, которая совершает эффективный тепломассообмен.
Можно ли сделать полноценную ректификационную колонну своими руками?
В продаже есть удобные и качественные самогонные аппараты с ректификационной колонной. Но их стоимость высока. Поэтому мужчины, которые умеют работать с металлами, могут самостоятельно изготовить агрегат. Для создания колонны применяют материалы, не вступающие в химические реакции со спиртом и не выделяющие со временем различных элементов, вредных для здоровья человека. Для создания агрегата потребуются:
- Емкость нужного объема в качестве перегонного куба. Это может быть любой медный или эмалированный сосуд. Подойдет и нержавеющая сталь. Если будет небольшой выход алкоголя, то используют и скороварку.
- Корпус колонны в виде царги или трубы. На прилавках магазинов можно быстро найти уже готовую 15-сантиметровую царгу. Приобретают несколько штук и соединяют их. А можно без проблем сделать эту деталь из нержавеющей трубы диаметром 0,5 сантиметра и толщиной стенок 1,5–2 миллиметра. На ней с обеих сторон делают резьбу: низ присоединяют к кубу, а верх - к дефлегматору. Царга должна быть не менее одного метра в высоту, иначе вредные фракции не будут удаляться, и сивушные масла окажутся в дистилляте. В результате получится продукт низкого качества. Если делать трубу длиннее 1,5 метра, то увеличится время на ректификацию, а эффективность останется прежней.
- Дефлегматор для охлаждения и конденсации пара. Он может быть рубашечным или прямоточным. Изготовляют из двух труб, между которыми движется вода. Дефлегматор Димрота считается более эффективным. Корпусом становится труба, внутри которой есть тонкая трубка в виде спирали. В ней и циркулирует холодная вода. Кожухотрубный дефлегматор - из нескольких труб. В самой большой крепят маленькие. В них пар конденсируется.
- Насадки для царги. Они увеличивают поверхности, по которым течет флегма. Значит, вредные примеси осаждаются и не попадают в домашний алкоголь. Насадки в виде керамических шариков или нарезанных кухонных мочалок из нержавейки должны полностью заполнять царгу. Используют и насадку Панченкова. Она является самым лучшим вариантом.
- Узел для отбора дистиллята.
- Холодильник. Эта деталь изготовляется таким же образом, как и рубашечный дефлегматор. Но берутся трубки с меньшим диаметром. В холодильнике есть проходы для воды. В нижнее отверстие она входит, из верхнего жидкость направляется по трубкам к дефлегматору.
- Мелкие детали, чтобы соединить части.
- Термометр.
Метод ректификации имеет и сторонников, и противников. Он может похвастаться следующими положительными сторонами:
- На выходе получается крепкий спирт высокого качества, который не содержит вредных для здоровья человека примесей. Он станет прекрасной основой для любого алкогольного напитка.
- Можно приготовить самогон с нужной органолептикой.
- Прибор довольно просто сконструировать самостоятельно.
Винокуры отмечают недостатки:
- Весь процесс ректификации длится долго. В час получается всего один литр дистиллята.
- Производственные конструкции стоят дорого.
Однако, учитывая несомненную пользу колонны, ее все-таки стоит приобрести. И тогда к качеству самогона претензий не будет.
Ректификация позволяет получить спирт высокой крепости и чистоты. Оба качества зависят от того, насколько хорошо человек, управляющий процессом, понимает его суть. Поэтому знать теорию ректификации надо каждому, кто хочет делать чистые и крепкие спиртные напитки на самогонном аппарате .
История ректификации
Начнем с процесса дистилляции, ведь именно он является предшественником ректификации. Нет точной информации о том, кто первый изобрел дистилляцию. В. Шнайдер, составитель словаря алхимических и фармацевтических терминов, считает, что данная заслуга принадлежит в первую очередь персам, которые использовали дистилляцию, чтобы получить розовую воду (эфир розы). Можно сделать вывод, что история дистилляции насчитывает более 3500 лет. Первоначально дистилляцией называли все процессы разделения смесей на компоненты. По мере их изучения процессы классифицировали и дали им наименование. Таким образом, в сейчас дистилляцией называют разделение веществ, основанное на испарении жидкости и последующей конденсации паров.
Аламбики были первыми аппаратами для дистилляции и конструкционно практически не изменились за несколько тысяч лет. Первоначально использовались, чтобы получать ароматные масла.
Наука не стояла на месте, процесс дистилляции тщательно изучался и совершенствовался. С начала XVI века наблюдалось большое количество работ по подбору испарительных кубов и системы обогрева аппаратов. Для обеспечения непрерывной работы колонны использовались водяные и песочные бани, применялись восковые свечи. Только к 1415 году впервые было предложено применять теплоизоляцию, а именно шерсть животных. В конце XVI века было выявлено преимущество водяного охлаждения конденсатора, до этого времени охлаждение было воздушным.
В период XVI по XIX век стремительно происходила модернизация аппаратурного оснащения. Исходя из инертности материалов по отношению к возгоняемым жидкостям, в перегонных кубах в качестве оптимальных использовались стекло и керамика, в дальнейшем нержавеющая сталь. В 1709 году впервые появились теории о дефлегмации (возвращении части сконденсировавшихся паров в колонну).
Результатом всех исследований и разработок стало изобретение первой ректификационной колонны непрерывного действия французскими инженерами Адамом, Бераром и Перье, получившие на нее патент в 1813 году. Она до сих пор соответствует современным ректификационным колоннам. С этого периода начинается история ректификации в науке и промышленности.
Понятие ректификации
Существуют различные определения ректификации.
Ректификация - это процесс разделения бинарных (двухкомпонентные смеси, например, спирт-вода) или многокомпонентных смесей за счет противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью. Ректификация - разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся по температуре кипения, путём многократных испарений жидкости и конденсации паров.
Несмотря на столь сложные формулировки, в процессе ректификации нет ничего трудного. Имея необходимое оборудование и базовые знания, ее с легкостью можно провести у себя на кухне.
Процесс ректификации
Э. Крель в своих трудах «Руководство по лабораторной перегонке» изложил основной принцип ректификации:
Обмен веществ (массообмен и теплообмен) происходит путем прохождения паровой смеси через наполнитель колонны.
На скорость и качество этого процесса влияют следующие факторы:
- Коэффициент диффузии (прохождение паровой смеси через наполнитель колонны);
- Концентрация возгоняемого вещества;
- Площадь поверхности контакта в колонне;
- Разность температур кипения разделяемых компонентов.
Можно сделать вывод, что процесс ректификации спирта будет лучше протекать при следующих условиях: хорошей диффузии, высокой концентрации отделяемого компонента, развитой площади контакта.
Особое внимание Крель уделил важности состояния межфазной поверхности и перечислил факторы, определяющие процесс ректификации:
- Свойства разделяемой смеси: летучесть компонентов, состав смеси, взаимная растворимость компонентов.
- Характеристика насадки: форма насадочного тела, способ укладки насадки, плотность заполнения колонны.
- Косвенные факторы: способ подачи жидкости в колонну, интенсивность и метод обогрева, рабочее давление.
Виды ректификационных колонн
В зависимости от применяемых контактных устройств, колонны делятся на тарельчатые и насадочные.
Тарельчатые ректификационные колонны
В основном распространены в нефтеперерабатывающей отрасли и на крупных производствах. Тарельчатые колонны представляют собой вертикальную трубу, в которой через определенное расстояние устанавливаются тарелки разной конфигурации, где идет контакт между паровой и жидкой фазами.
Недостаток колонн : дороговизна и большие габариты.
Преимущества : тарельчатая ректификационная колонна тоньше разделяет фракции.
Насадочные ректификационные колонны
На сегодняшний день широкое распространение получили насадочные колонны. Это те же вертикальные трубы, только в них устанавливается другое контактное устройство - насадка.
Насадки разделяются на два типа:
Нерегулярная - неупорядоченный слой насыпного или заполняемого инертного материала (например, спирально призматическая насадка СПН).
Преимущества : малый вес, большая площадь контакта.
Недостатки : высокое сопротивление, сложность правильного распределения паров и флегмы.
Регулярная - представляет собой скомпонованные в кассеты перфорированные сетки и листы (к ним относится регулярная проволочная насадка Панченкова (РПН).
Преимущества : высокая эффективность, малый перепад давления.
Недостатки
: насадочная ректификационная колонна явных недостатков не показала.
Процессы в ректификационной колонне
Рассмотрим, что происходит в самой колонне на примере оборудования Фабрики «Доктор Губер». Здесь нет никакой магии или секретных технологий, все очень просто.
Ректификационные колонны для частного применения представляют собой вертикальные трубки диаметром от 40 до 50 мм, высотой не более 180 см, заполненные насадками РПН или СПН. Данные колонны оснащены холодильником или дефлегматором, а так же узлом отбора спирта.
Рассмотрим периодическую ректификацию на колонне насадочного типа с регулярной насадкой РПН, которую каждый сможет повторить в домашних условиях.
При нагреве куба с брагой, являющейся многокомпонентной смесью, в состав которой помимо воды и спирта входят побочные продукты брожения (альдегиды, кислоты, эфиры и т.д.), начинается процесс кипения и испарения данных компонентов. Температура начала процесса может быть разной, все зависит от качественного и количественного состава бражки или спирта-сырца. На протяжении процесса пар поднимается по колонне, начинает ее прогревать и частично конденсироваться, при этом образуется «дикую флегму».
Образование дикой флегмы происходит за счет охлаждения корпуса колонны, в связи с потерями тепла в окружающую среду. Возникают качественные и количественные потери по спирту (до 10%).
В стандартных ректификаторах проблема образования дикой флегмы решается с помощью теплоизолирования колонны.
Высококвалифицированные специалисты Фабрики Доктор Губер нашли другой способ решения данной проблемы путем создания колонны Торнадо. Структура колонны позволяет поднимающемуся пару проходить сначала по внешнему контуру колонны, создавая при этом активный подогрев. В результате потери тепла в окружающую среду от рабочей части колонны становятся минимальными. На выходе готовый продукт получается с улучшенными органолептическими и физико-химическими показателями.
После прогрева колонны пары достигают холодильника или дефлегматора, в котором они конденсируются и возвращаются в колонну в виде флегмы.
Поток флегмы направляется навстречу поднимающимся по колонне парам. Происходит массо- и теплообмен. Температура при ректификации спирта имеет ключевое значение: флегма на своем пути из зоны с низкой температурой в зону более высоких температур поглощает из потока паров высококипящие компоненты (сивушные масла) и выделяет легкокипящие компоненты (спирт). Так как процессы эти протекают на границе раздела фаз, то очень важно создать максимально возможную поверхность контакта. Для этого ректификационные колонны Доктор Губер оснащают РПН, который создает максимальную поверхность контакта по всей ее длине.
Качество получаемого спирта зависит от скорости отбора. А именно, чем больше флегмы забирается из колонны, тем хуже идет процесс массообмена, следовательно уменьшается крепость спирта на выходе из колонны. И наоборот, чем меньше забирается флегмы, тем лучше процесс массобмена и повышение крепости конечного продукта.
Для контроля скорости отбора спирта на колонны устанавливаются игольчатые краны для тонкой регулировки и смотровые стекла.
Создать развитую поверхность контакта недостаточно, необходимо ее правильно орошать. В насадочных колоннах имеет место пристеночный эффект. Флегма проходит не через насадку, а стекает по стенкам колонны, в результате чего падает эффективность ее работы. При правильном заполнении колонны этот эффект минимален, он практически отсутствует в колонне Торнадо, где устанавливается колпачковая тарелка с центральным изливом. В итоге флегма направляется ровно на насадку и достигается максимальный КПД данной колонны.
Что касается диаметра и высоты колонны, по данным Стедмана и Мак-Магона диаметр насадочных колонн оказывает незначительное влияние на качество разделяемых смесей.
Высота колонны. Речь идет о ее рабочей части (часть колонны, которая наполнена насадкой) должна быть не более (6-8)хD. Если высота больше данного выражения, то колонны заполняют секционно, чтобы избежать пристеночного эффекта.
Как выбрать ректификационную колонну
При выборе колонны обращайте внимание на следующие пункты:
- Материал колонны, в том числе и наполнитель, должны быть инертны по отношению к парам спирта;
- Колонна должна быть оснащена регулируемым узлом отбора;
- Наличие высокопроизводительного холодильника или дефлегматора;
- Обязательное присутствие атмосферного клапана для безопасной работы.
P.S. Ректификация спирта не сложный процесс и при наличии необходимого оборудования ее с легкостью можно провести в домашних условиях. К 2016 году ассортимент ректификационного оборудования безгранично возрастает. Несмотря на небольшие конструктивные отличия всех аппаратов, процесс ректификации остается неизменным и его качество будет в первую очередь зависеть от знаний и опыта человека, контролирующего процесс.
Для того чтобы понять сущность процессов, протекающих внутри ректификационной колонны, рекомендуем вам обратиться к о спиртовых колоннах. В ней раскрыта теория получения этанола, качество которого приближено к максимальному.
Сегодня же мы поговорим о конструкции домашнего ректификатора и о том, как это устройство можно изготовить своими руками.
Перед тем как приступить к созданию ректификационной (насадочной) колонны (РК), необходимо приобрести подходящий материал. Сразу следует отметить, что всевозможные цветные металлы следует заведомо исключить из конструкции устройства: никаких сплавов из меди, никакого пищевого алюминия и тому подобных материалов. Только нержавеющая сталь – химически инертный сплав, не подверженный коррозии и не выделяющий ядовитых примесей в процессе ректификации.
На страницах FORUMHOUSE можно встретить немало советов, касающихся использования меди в конструкции ректификаторов и дистилляторов. Но если почитать , то еще больше можно найти людей, несогласных с подобными мнениями. Объясняется все довольно просто: горячий спирт является очень сильным растворителем. Поэтому контакт горячих спиртосодержащих жидкостей с любыми цветными металлами крайне нежелателен и даже опасен для здоровья.
beutiflet Пользователь FORUMHOUSE
Только стекло, силикон и нержавейка.
Рабочая схема РК
На рисунке изображена схема стандартной РК, разобравшись с которой, вы сможете самостоятельно собрать домашний ректификатор.
Рассмотрим основные элементы конструкции более подробно.
Перегонный куб
В качестве перегонного куба может быть использована любая металлическая емкость, изготовленная из нержавейки и обладающая подходящим объемом.
Что касается объема: кто-то использует обычную скороварку (с уже встроенным подогревом), а у кого-то требования несколько выше. В целом, каждый ориентируется на свои потребности.
viktor50 Пользователь FORUMHOUSE
Скороварка слишком мала, нужна емкость хотя бы на 15-20 литров. Процесс ректификации занимает довольно много времени и получить литр за полдня – не кошерно.
Что касается подогрева колонны: самый простой (но не очень практичный) вариант заключается в установке перегонного куба на электрическую или газовую плиту. Дело в том, что колонна имеет сравнительно большую высоту, поэтому будет лучше, если перегонный куб будет стоять на полу (а не на плите).
Установить куб непосредственно на пол позволяет электрический подогрев, который делает конструкцию РК менее громоздкой, а всю установку – максимально удобной в эксплуатации.
тимофей1
Надо уйти от газа на электричество – проще регулировать, и высота добавляется! Врезал тэны во флягу, регулятор напряжения от телевизора подключил и вперед.
Как бы там ни было, при подогреве исходного сырья должна быть обеспечена плавная регулировка мощности нагревательного элемента. В противном случае вся затея будет обречена на провал.
Многие пользователи, в попытке усовершенствовать конструкцию РК, оснащают устройство автоматическими системами контроля, а также сложными регуляторами. Но если вы привыкли контролировать процесс самостоятельно (а в случае с самодельной ректификационной колонной на первых порах у вас по-другому и не получится), то установка автоматической системы контроля не является крайней необходимостью. До тех пор, пока у вас не появится достаточный опыт в области домашней ректификации, простенького регулятора мощности, включенного в цепь одного из имеющихся электронагревателей, будет вполне достаточно.
тимофей1
У меня три тэна от советского чайника – 1.25 кв. ЛАТР, показанный на фото, прекрасно регулирует один тэн.
Процесс ректификации в данном случае производится с помощью одного (регулируемого) ТЭНа. Остальные 2 нужны, исключительно, для нагрева.
Если вы уже успели вдоволь насладиться визуальным восприятием процесса, а нехватка времени не позволяет постоянно находиться возле работающей РК, то система автоматики, внедренная в конструкцию устройства, позволит контролировать процесс, требуя минимального участия человека. Автоматика позволяет производить отбор содержимого перегонного куба, не допуская попадания хвостовых фракций в «тело» продукта. Существуют уже готовые технические решения, которые можно купить в специализированных магазинах. Подобные системы, реагируя на изменение температуры, в нужный момент перекрывают узел отбора дистиллята или, наоборот, открывают доступ холодной воды к дефлегматору.
Ректификационная царга
Ректификационная царга включает в себя сразу несколько составляющих:
- Труба с утеплителем и насадкой.
- Дефлегматор с узлом отбора дистиллята, водяной рубашкой и термометром.
- Штуцер для связи с атмосферой.
Учитывая, что пары спирта очень легко воспламеняются, отверстие для связи с атмосферой (которое обязательно создается вверху ректификационной колонны) необходимо оснастить штуцером и резиновой трубкой. Конец трубки следует опустить в емкость с водой. Это поможет предупредить распространение паров внутри помещения и их воспламенение.
Рассмотрим конструкцию перечисленных узлов.
Труба (насадочная колонна)
В нижней трубе ректификационной колонны происходит процесс тепломассообмена. В ее внутреннее пространство помещается специальный наполнитель, увеличивающий площадь контакта между горячим паром и остывающей флегмой. При самостоятельном изготовлении колонны в качестве наполнителя (насадки) проще всего использовать мочалки для мытья посуды, изготовленные из нержавеющей стали. Иногда используется специальная скрученная проволока (тоже из нержавейки).
Если в качестве наполнителя вы используете металлические мочалки, то качество их изготовления предварительно следует проверить. Для этого необходимо отрезать кусочек мочалки и прокипятить его в растворе столовой соли. Если вместо нержавеющей стали в состав мочалок входит другой сплав, то изделия не смогут выдержать подобного испытания и быстро поржавеют. Разрезать мочалку следует обязательно. Ведь если она имеет защитное покрытие, то только таким образом можно обнажить ее внутреннюю структуру.
Плотность набивки должна соответствовать показателю – 250-280 г насадки на один литр внутреннего объема насадочной колонны.
Качество разделения кипящих фракций напрямую зависит от размеров насадочной трубы. Рассмотрев практические наработки пользователей FORUMHOUSE, можно сделать вывод о том, что минимальный диаметр трубы должен быть равен 32 мм. В целом, чем выше труба, тем качественнее будет идти разделение фракций. Оптимальная высота трубы должна соответствовать 40-60-ти ее диаметрам (минимум 20-ти). Снаружи трубу следует утеплить слоем защитного материала.
belor44 Пользователь FORUMHOUSE
Во внутреннюю полость трубы (сверху и снизу) устанавливается металлическая сетка для удержания наполнителя.
belor44
У меня в колонне для НДРФ наполнитель – мочалки. При этом стоят сетки от ситечка чайного. Давление стабильное. Метровая колонна диаметром 35 мм выдаёт недоректификат крепостью 96% со скоростью 950 мл в час. Никаких захлёбов нет.
Низ и верх ректификационной трубы, как правило, оснащается резьбой, которая позволяет подсоединять агрегат к перегонному кубу и к дефлегматору.
Дефлегматор
Основное предназначение дефлегматора – это конденсация и отделение легких фракций, обладающих более низкой (по отношению к флегме) температурой кипения. На практике дефлегматор может иметь разное конструктивное исполнение. Наиболее простым в изготовлении признан дефлегматор прямоточного (рубашечного) типа или, как его еще называют, холодильник-конденсатор. Он состоит из двух труб различного диаметра, между которыми находится рубашка охлаждения с проточной водой.
По сути, прямоточный дефлегматор представляет собой трубу из нержавейки, которая вварена в другую трубу из того же самого материала (только большего диаметра). Внешне устройство выглядит, как на изображении.
На фото видно, что дефлегматор имеет два штуцера (для подвода и отвода охлаждающей жидкости) и трубку для связи с атмосферой (вверху). При этом внизу дефлегматора расположен штуцер для отбора дистиллята.
Во избежание появления посторонних примесей и запахов в составе конечного продукта, для отбора дистиллята рекомендуется использовать только силиконовые трубки.
Изготовить корпус дефлегматора можно из нержавеющих труб или из обыкновенного пищевого термоса и дополнительной внутренней трубы. Диаметр внутренней трубы, как правило, равен диаметру насадочной колонны. Если у вас нет доступа к аргоновой сварке, то скреплять элементы конструкции можно при помощи обыкновенного паяльника.
Узел отбора дистиллята, расположенный в самом низу дефлегматора, представляет собой фигурную шайбу, вваренную во внутреннюю трубу устройства.
В узле отбора заранее необходимо проделать отверстия для термометра (если его планируется использовать) и для трубки отбора.
Необходимость внедрения термометров в конструкцию РК – вопрос спорный. Люди «бывалые» зачастую обходятся вообще без термометров. При этом встречаются такие перегонщики, которые, наоборот, измеряют температуру там, где это нужно делать, и там, где в этом совсем нет необходимости. Например, установка термометра в корпус перегонного куба позволяет всего лишь проконтролировать процесс нагрева. То есть, наблюдая за ним, вы можете примерно ориентироваться – сколько времени осталось до закипания колонны.
Но есть в РК два конструктивных узла, где контроль над температурой приносит ощутимую практическую пользу. Это выходной патрубок дефлегматора и узел отбора дефлегматора (вместо узла отбора для установки термометра можно использовать пространство между насадочной колонной и дефлегматором).
Если на выходе из дефлегматора допустить падение температуры проточной воды ниже 45°С, то разделение фракций будет происходить не очень эффективно (за счет переохлаждения флегмы). Если температура будет выше 55°С, то в процессе отбора «тела» в трубку отбора будут прорываться «хвосты».
Контроль температуры в узле отбора позволяет определить температуру пара на выходе из насадочной колонны, а вместе с этим дает понимание того, отделение какой именно фракции происходит в текущий момент времени. Например, если температура пара в узле отбора будет в пределах – 77,5-81,5°С (в зависимости от атмосферного давления), то в трубку отбора дистиллята будет попадать исключительно «тело» продукта.
Siberiafish Пользователь FORUMHOUSE
Температура в процессе перегона держалась в диапазоне 78.8-81.3. Перед завершением начала скакать.
Внутренний конец трубки термометра, впаянный в колонну, необходимо заглушить.
Для того чтобы дефлегматор равномерно охлаждался со всех сторон, в рубашку охлаждения можно впаять шнековую спираль, которая задаст правильное направление охлаждающему потоку.
А вот какую конструкцию дефлегматора предлагает один из пользователей нашего портала.
тимофей1 Пользователь FORUMHOUSE
Два метра гофры намотал в дэф – 3 литра в час снимает!
Конструкция этого устройства выглядит следующим образом.
В большинстве случаев, гофра, которая пропускает через себя проточную воду, обматывается вокруг внутренней трубы дефлегматора (на рисунке она не показана). Но такой подход не всегда позволяет достичь эффективного теплообмена. Целесообразность внедрения подобной конструкции можно определить только практическим путем.
На практике можно встретить дефлегматоры самого разнообразного исполнения (в том числе, и горизонтальные устройства). Мы описали лишь наиболее распространенные.
Размеры дефлегматора
Основной величиной, определяющей габариты устройства, является площадь соприкосновения пара с охлаждаемой поверхностью. Эта величина зачастую определяется опытным путем. Зависит она от подаваемой на колонну мощности и от температуры охлаждающей жидкости.
тимофей1
Ректификационная колонна, сделанная мной две недели назад, выдает 1200 мл спирта в час. Можно больше, но охлаждения не хватает! Подводимая мощность на разгоне – 3.5 кВт, на перегоне – 1.25 кВт.
Выход продукта всегда пропорционален подводимой мощности. Например, если подводимая к кубу мощность (в процессе ректификации) равна 700 Вт, то максимальная производительность колонны будет равна 700 мл/час (на практике при такой мощности мы имеем – 300-500 мл/час). Площадь дефлегматора при такой производительности должна быть равна – 200-300 см². Такой площадью обладает внутренняя труба дефлегматора, имеющая длину 300 мм и толщину – 32 мм.
Doobik Пользователь FORUMHOUSE
Скорость перегонки, в первую очередь, зависит от силы нагрева. Если плита может выкипятить из браги 1 л в час, то какой бы ни был аппарат, 2 л в час вы уже никак не получите. Чем чище и крепче продукт, тем медленнее перегонка. Сам же аппарат может тормозить процесс только в одном случае – маленькая мощность дефлегматора, т. е. когда приходится уменьшать нагрев для нормальной работы аппарата. Чем больше диаметр, тем больше площадь теплопередачи, и тем лучше теплосъем.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что лучше иметь дефлегматор, обладающий размерами, превышающими расчетные. Ведь избыточная площадь охлаждения никогда не приведет к прекращению образования конденсата, а, следовательно, и к прекращению ректификации.
Кстати, в Интернете можно найти калькулятор для расчета дефлегматора, который поможет вам сориентироваться относительно размеров изготавливаемого устройства.
Холодильник
В качестве холодильника для отбираемого дистиллята можно использовать лабораторный охладитель, который обычно приобретается в магазине лабораторной посуды.
При этом устройство можно изготовить самостоятельно – по принципу дефлегматора рубашечного типа (только холодильник получится гораздо меньше в размерах). Для этого, опять же, следует использовать нержавеющие трубки небольшого диаметра. Длина холодильника примерно должна равняться длине дефлегматора.
Для того чтобы регулировать скорость отбора дистиллята или своевременно прекращать (начинать) отбор, трубку отбора дистиллята следует оснастить краником или зажимом (например, от капельницы). Место расположения зажима обозначено на общей схеме РК.
Охлаждающие полости холодильника и дефлегматора соединяются между собой в следующей последовательности: низ холодильника – холодильник – верх холодильника – верх дефлегматора – дефлегматор – низ дефлегматора – канализация. Проще говоря, используется последовательное соединение патрубков, при этом вода на дефлегматор подается уже слегка подогретой.
Температура охлаждающей воды в дефлегматоре, как мы уже знаем, должна соответствовать определенным значениям (ориентировочно – 45-55°С). А добиться требуемых показателей нам помогут дополнительные краны регулировки потока воды. Наиболее тонко регулирует поток кран от газосварочной горелки.
Последовательность перегонки дистиллята
Рассмотрим последовательность работы с нашей ректификационной колонной. Первым делом разбавляем спирт-сырец (полученный после предварительной дистилляции браги) водопроводной водой до крепости – 30%...40% (единого мнения по поводу этого показателя не существует, но чем он ниже, тем меньше вероятность случайного возгорания). Затем заливаем его в перегонный куб, собираем ректификационную колонну и прилаживаем ее к перегонной емкости.
Колонна, ни при каких обстоятельствах, не должна отклоняться от вертикального уровня. В противном случае качество конечного продукта заметно пострадает.
После того как РК будет установлена, можно начинать разогрев содержимого куба. Кран отбора дистиллята при этом должен быть закрыт. В момент, когда температура пара в дефлегматоре начнет резко подыматься, нужно до минимума уменьшить подаваемую на колонну мощность (температура в этот момент может быстро достичь показателей в 70-78°С, что связано с резким поднятием паров через насадочную часть колонны). В таком положении устройство следует оставить на 30 минут. Это необходимо для того, чтобы РК прогрелась, и внутри нее начался процесс тепломассообмена. Температура в верхней части РК при этом может упасть.
Спустя указанное время, включаем подачу воды в холодильник (и в дефлегматор) и начинаем отбор «голов». Еще раз повторяем, что «головы» пить нельзя!
Окончание отбора «голов» можно определить по нескольким признакам: стабилизация температуры – в районе 78°С и изменение органолептических характеристик отбираемого дистиллята (дистиллят начинает пахнуть спиртом).
После отбора «голов» можно начинать отбор «тела»: увеличиваем мощность колонны и настраиваем температуру воды в дефлегматоре (45°С – 55°С).
Наслаждаемся процессом до момента отсечения «хвостов». О начале конденсации хвостовых фракций можно судить по повышению температуры в дефлегматоре (примерно до 85°С) и появлению запаха сивухи в отбираемом дистилляте. На этом процесс ректификации будем считать оконченным. Хвостовые фракции можно отобрать для использования в процессе последующих перегонов, а можно просто утилизировать. Это решать вам.
Если вы на практике знакомы с , то приглашаем вас принять участие в обсуждении вопросов, касающихся этой увлекательной темы. Если в комплекте с изысканными напитками вы привыкли употреблять не менее утонченные закуски, то статья о том, научит вас бесконечно удивлять гостей необычным вкусом приготовленных блюд.
