Опытные самогонщики знакомы с множеством видов самогонных аппаратов, но выше всех их они ставят ректификационную колонну. Да, ее сложно изготовить самостоятельно и также сложно использовать в домашних условиях, но что мешает купить колонну промышленного изготовления? Благо на рынке различных моделей ректификационных колонн очень много.
Но одной покупки для получения хорошего продукта недостаточно. Самогонщик должен знать, как устроена ректификационная колонна и принципы ее работы. Эта статья поможет узнать об этом.
Под дистилляцией понимает процесс перегона перебродившей смеси в летучие компоненты, которые затем конденсируются и превращаются в самогон. Этот процесс по своей сути примитивен. Вода закипает при 100 ° С, а спирт начинает испаряться при 78 ° С. Достаточно нагревать брагу, но не доводить до кипения, чтобы спирт начал испаряться. После этого он конденсируется в виде самогона. Полученный продукт снова можно перегнать, чтобы получить еще более крепкий самогон.
Примечателен тот факт, что в примитивных ректификационных аппаратах первые 100 мл самогона обладают наибольшей крепостью. Однако, помимо высокого содержания спирта в этой жидкости очень много вредных веществ:
- Летучих кислот.
- Эфиров.
- Альдегидов.
По этой причине опытные самогонщики первые миллилитры ректификационного спирта выливают или используют как средство для розжига. Пить этот раствор очень опасно для здоровья
.
Первые 100 г дистиллята, полученного в домашних условиях, называются головой.
При ректификации спирта в перегонном кубе концентрация спиртовых паров при нагревании постепенно уменьшается. Определить уровень снижения спиртовых паров можно по температуре спиртовой колонне. Не стоит ждать, когда она сильно нагреется. Тогда из перегонного куба начнет испаряться вода.
На завершающем этапе ректификации появляется еще одна непригодная для употребления часть спирта. Речь идет о хвостах, содержащих метанол и сивушные масла. Узнать хвост можно по неприятному запаху. Он появляется тогда, когда крепость самогона на выходе из ректификационной колонны падает до 40%. Хвосты вовсе не обязательно выливать. Их можно перегнать повторно.
Виды дистилляции
Этот процесс бывает 2-х видов:
- Простая.
- Фракционная.
При простой дистилляции головы и хвосты не отсекаются. Оставшаяся после ректификации в перегонном кубе брага обычно называется бардой, реже кубовым остатком. Полученный продукт – дистиллятом. В таком продукте процентное содержание спирта обычно не превышает 30%. Количество вредных примесей в таком самогоне значительно превышает норму. Поэтому он требует повторной перегонки.
Фракционная дистилляция называется так потому, что из выходящий их самогонного аппарата продукт делится на 3 части:
- Голова.
- Сердце.
- Хвост.
Первую и третью части отсекают. Остается вторая часть, пригодная к употреблению. Ее крепость может колебаться от 50 до 70%. Качество такого продукта относительно высокое.
Дистилляция и ректификация суть одно и то же. Вот только при использовании полноценной ректификационной колонны на выходе получается не дистиллят, а этиловый спирт.
Ректификационная колонна для самогонного аппарата позволяет разделить бражный спирт на составные части и получить на выходе чистый продукт без запаха, присущего сивушным маслами, ацетону и метанолу.
Благодаря ректификатору самогонщик может в домашних условиях своими руками изготавливать настойки и другие алкогольные напитки, по качеству не уступающие тем, что продаются в магазинах.
Естественно, ректификационную колонну можно использовать в качестве простого дистиллятора, для получения обычного самогона.
Главное отличие дистилляции от ректификации заключается в характеристиках конечного продукта. Ректификатор позволяет получить чистый спирт, но для него нужен спирт-сырец. Последний можно получить только перегоном браги в самогонном аппарате. То есть, ректификатор и самогонный аппарат должны использоваться вместе.
Также следует понимать, что из самогонного аппарата получается продукт, обладающий вкусом и запахом исходного сырья, ректификационная колонна выдает спирт с нейтральным вкусом и запахом.
Принцип работы ректификационной колонны
Схему ректификационной колонны можно найти в интернете. Согласно ей, ректификатор состоит из следующих частей:
- Испарительный куб, в котором хранится и нагревается сырье.
- Колонна, внутри которой за счет специальной насадки происходят процессы тепломассообмена.
- Дефлегматор.
- Узел отбора дистиллята в ректификационной колонне.
Чтобы понять устройство ректификационной колонны нужно понять принцип работы каждого ее элемента.
Это емкость для хранения и нагрева браги или дистиллята. При нагреве кубовая жидкость
испаряется и потихоньку поднимается вверх по колонне. В верхней части ректификатора происходит разделение жидкости на отдельные фракции.
Нередко куб является основанием колонны. Его можно нагревать как на газовой, так и на электрической плите. В некоторых моделях куба используется нагревательный элемент – ТЭН.
При изготовлении спирта в перегонном кубе изначально перегоняется брага. Так можно получить спирт сырец, необходимый для последующей ректификации.
Куб, изготовленный в промышленных условиях, обязательно имеет встроенный термометр, позволяющий контролировать температуру браги. Как правило, сырье в кубе сначала нагревают до 70 ° С и только после этого подают в колонну охлаждающую жидкость.
Царга
Это центральная часть колонны , в которой происходят процессы темпломассобмена.
Ее работа выглядит следующим образом:
- Брага в кубе начинает испаряться и поднимается вверх по колонне, в верхней части которой установлен холодильник.
- Дефлегматор обеспечивает конденсацию спиртовых паров.
- Полученный дистиллят после конденсации спускается вниз по спиртовой колонне.
- Во время опускания дистиллят сталкивает с паром. Происходит тепломассобмен, в результате которого в верхнюю часть колонны поднимается наиболее испаряемая часть фракции.
- Она конденсируется и уходит в канал отбора.
Укрепляющая колонна может состоять из нескольких царг. Кроме того, нужно учитывать тот факт, что при увеличении высоты колонны процессы тепломассобмена становятся более активными. Это позволяет получить на выходе более ректификованный спирт.
Существует разновидность этого устройства под названием «торнадо». Она отличается от обычного ректификатора тем, что ее стенки подогреваются. Такой подход заставляет флегму испаряться непосредственно со стенок до момента контакта с холодильником. Это позволяет ускорить процесс ректификации и получить более чистый продукт.
Ректификационная насадка
Она состоит из 2-х частей:
Современные ректификационные колонны нередко оснащаются автоматическими блоками управления ректификацией. Этот прибор позволяет по заданной программе отделять хвостовую и пищевую части. В результате самогонщик может не сидеть все время около самогонного аппарата и делать отбор своими руками. Аппарат, благодаря БУРу сделает все сам.
Можно ли сделать полноценную ректификационную колонну своими руками?
Сделать самогонный аппарат с ректификационной колонкой можно в домашних условиях. Но стоит ли это делать? Экономия средств будет незначительной. Кроме того, из-за того, что дома сложно выдержать все необходимые параметры можно столкнуться с захлебыванием домашнего аппарата во время производства ректификатного спирта.
Происходит это из-за несоблюдения геометрических параметров устройства, в результате чего максимальная скорость движения пара превышается. Это приводит к скоплению жидкости в центральной части колонны, в результате чего тепломассобменные процессы прекращаются. Давление внутри царги растет. Самогонщик начинает слышать бульканье внутри аппарата.
К этой проблеме , кроме конструктивных недостатков, могут приводить следующие причины:
- Излишний нагрев самогонного аппарата.
- Переполнение перегонного куба.
- Засорение нижней части укрепляющей колонны.
- Перегонка в условиях низкого атмосферного давления.
Чтобы избежать этих проблем, ректификационный аппарат лучше купить, чем делать своими руками.
Безусловно, среди всех разновидностей самогонных аппаратов домашняя ректификационная колонна является одной из наиболее сложных как в эксплуатации, так и в изготовлении. Как правило, для самогоноварения в домашних условиях применяют колонны промышленного производства, которые можно приобрести почти без ограничений в каждом специализированном магазине. Однако, также вполне возможно сделать ее своими руками.
Для того чтобы сделать этот аппарат нужно иметь его схему и чертежи конструкции, а также знать главные принципы работы колонны и смысл процессов, происходящих в ней. А происходит здесь довольно много интересного - процедура ректификации от обычной дистилляции отличается своими химическими и физическими основами.
Ректификационная колонна: Принцип работы
В колонне, как и в простом дистилляторе, находятся и холодильник, и нагреватель, и регулятор, являющиеся рабочими и полноценными элементами. Однако от поверхности браги на пути спиртосодержащего пара до змеевика холодильника расположен еще один сложный узел, называющийся ректификационной колонной. Данный узел собой представляет высокую трубу, сечение которой больше ее размера в 40-60 раз. На схеме в разрезе показана как устроена спиртовая или бражная колонна для приготовления спирта.
Горячий пар по трубе поднимается вверх, охлаждается медленно по пути, конденсируется, и стекает вниз, назад в емкость. Конденсат во время движения сверху вниз контактирует с горячим паром, заново нагревается, и легкокипящие вещества опять превращаются в пар. Среди данных веществ находится и этиловый спирт.
Когда подобрать режим работы этой колонны так, чтобы пары спирта начинали на определенной высоте конденсироваться, в которой находится заборный патрубок, то в холодильник начнет поступать чистый спирт, без различных примесей. Через определенное время в этом устройстве начинается режим динамического равновесия, за счет разницы паровой фазы и теплоемкостей жидкости, помимо этого, жидкостно-паровая смесь начинает разделяться по химическому составу на фракции, от чего будет зависеть температура парообразования
.
Непосредственно в самом верхнем участке скапливаются пары летучих примесей - ацетона, альдегидов и других ядовитых компонентов. Во время температуры колонны на верхнем термометре более 70 градусов они просто выходят в атмосферу, так как она с внешним воздухом соединена клапаном или патрубком и работает почти под атмосферным давлением.
Приблизительно на высоте три четверти от размера колонны начинают собираться пары спирта, которые и необходимо отобрать . Ниже - сивушные масла и другие элементы, у которых температура кипения больше спирта. На участке отбора спирта необходимо сохранять температуру в пределах 75-77 градусов, чтобы это можно было реализовать и потребуется значительный размер колонны, нежели объемнее зоны различных фракций, так проще отделить один элемент от другого.
Как сделать ректификационную колонну своими руками?
Сооружение ректификационной колонны в домашних условиях своими руками - это не миф. Это доказывают множественные фото и видео в интернете, а также посты на форумах. Даже когда они наполовину такие, как утверждают их владельцы, то этот агрегат стоит сделать. Однако необходимо учесть тот факт, что для как такового получения самогона ректификационная колонна, вне зависимости от того, промышленного или самодельного производства, не подходит.
Ректификационное устройство требуется для получения спирта с минимальным количеством добавок, в том числе и смол, и ароматических веществ, которые самогону придают особый привкус и аромат. Однако полученный спирт можно применять в качестве основы для каких-то алкогольных напитков сделанных в домашних условиях, не переживая за отравление эфирами и метилами или сивухой, способствующие сильному похмелью
.
Для повторной перегонки обычного самогона или спирта-сырца, который получен на привычном дистилляторе для самогонщиков, ректификатор является незаменимой вещью. Ни одна система перегонки не сравнится с качеством полученного продукта.
Технология изготовления
В домашних условиях ректификационная колонна своими руками будет работать должным образом лишь, если ее высота будет составлять не меньше 1,9-2,1 метра при внутреннем диаметре 45-60 мм. Эта колонна сложная в эксплуатации, хранении и изготовлении. Желательно ее соорудить разборной, на резьбовых или ламповых соединениях, довольно удобно применять и муфты.
Муфтовое соединение не будет проблемой, когда у вас есть опыт работы на токарном станке. Иначе нужно будет воспользоваться платными услугами специалистов.
Принцип конструкции
Основные составные элементы ректификационной колонны следующие:
- холодильник-дефлегматор;
- корпус;
- термометры;
- тепловая изоляция;
- насадка (спиральная или тарельчатая).
В общей схеме непосредственно самогонного аппарата находится еще и емкость для браги, а также холодильник для конденсата, который собой представляет простой змеевик. Если грамотно смастерить ректификационную колонну, то ее будет можно поставить на любое самогонное устройство с баком объемом не меньше 20 л.
При меньших размерах
можно будет лишь разогнать ее до рабочего состояния и получить пару литров спирта (от вероятного выхода процентов 50). Наилучший объем испарителя - 27-45 литров. Таким образом, удобней отрегулировать температуру процесса, которая во время ректификации считается одним из главных факторов.
Помимо этого, производство спирта в количестве до 9-12 литров занимает такое же количество времени на разгон и подготовку колонны, как и 4-6 литров. Чаще всего экономия времени также довольно важна для уменьшения себестоимости продукта.
Корпус
Корпус желательно изготовить из трех частей, приблизительно одинаковых по длине. Снизу к трубе из нержавейки для крепления на перегонный бак приваривается фланец с крепкой крышкой. Высота колонны довольно большая - приблизительно 2 метра. Оптимальное решение – это фланцевое соединение на герметичной прокладке. Фланцы обязаны быть приварены так, чтобы вся конструкция находилась в четко вертикальном положении, лишь в этом случае она будет работать, как нужно.
Элементы корпуса соединяются друг с другом резьбой или клампами - как удобнее. Самое важное, чтобы сохранялась герметичность. Наилучший материал для основной трубы - пищевая нержавеющая сталь .Этот материал имеет относительно низкую теплопроводность, а в колонне нежелательны потери тепла, вплоть до прохода в холодильник паров.
Две части снизу - это просто отрезки трубы. Здесь будут установлены насадки - приспособления, которые увеличивают площадь контакта жидкости и пара. Наиболее сложный самый верхний элемент конструкции, здесь:
- необходимо оборудовать проточный холодильник;
- предусмотреть воздушный клапан;
- гнездо для термометра;
- отводной патрубок.
Проточный холодильник занимает примерно половину части верхней 1/3 колонны. Наиболее простое решение - намотать поверх трубы нержавеющий или медный змеевик. Более сложный способ - это установить тот же змеевик, охладитель Димрота или шариковый холодильник вовнутрь трубы.
Для этой задачи можно приобрести трубу большего сечения, соединив с помощью переходника с нижней частью. Вариантов в этом случае большое количество - смысл один, дефлегматор обязан на пути пара обеспечить барьер и до достижения воздушного клапана преобразовать его в конденсат. Сюда обязаны попадать лишь пары
с температурой не более 60 градусов. Когда холодильник не сможет справиться с его задачей, то в воздух одновременно с летучими элементами выйдет спирт.
Воздушный клапан ставится в самой верхней точке и требуется для выравнивания давления. Клапан можно и не ставить, а просто установить медную тонкую трубку (Ø4-5 мм). Наличие трубки потребует на всех стадиях ректификации особого контроля за температурой. Во время отбора голов Т=55–65 С обязана находиться на уровне заборного патрубка.
Отбор производится через патрубок, который врезается в корпус ниже холодильника с дистанцией 3-6 см от него. Он собой представляет простую трубку, куда подключается от медицинской капельницы силиконовый шланг.
Сделанная своими руками ректификационная колонна работает довольно медленно, главный забор происходит в капельном режиме. Это необходимо учитывать - изготовление 9-12 литров спирта может занять целый день .
Насадка
Данная часть колонны является одной из наиболее важных. Для ректификации применяются два типа насадок:
- спиральная, из стальной сетки, туго закрученной в спираль либо специальных проволочек, которые свиты в призматические спиральки, они просто засыпаются вовнутрь колонны;
- тарельчатая, в форме сетчатых или колпачковых элементов.
В первом случае снизу колонны ставится сетчатый фильтр, который не допускает выпадение насадки. Для изготовления своими руками ректификационной колонны наиболее эффективной считается тарельчатая насадка колпачкового типа. В данном случае необходимо работу начинать именно с покупки тарелок - размер корпуса обязан соответствовать их диаметру. Проще всего подобрать трубу под тарелки, нежели наоборот.
Сетчатые перегородки изготовить гораздо проще, для чего потребуется лишь набор сверл 2-3 мм и сверлильный станок или дрель. Перегородки изготавливаются из меди, латуни или нержавейки. На один метр высоты колонны их необходимо 8-10 штук.
Спирально призматические специальные насадки Панченкова (РПН), сетку либо аналоги нужно будет приобретать в специализированных магазинах. Самому их не получится изготовить . Выбирать сетки для мытья посуды не стоит - для них применяют неизвестные сплавы, которые смогут войти в реакцию с парами примесей или спирта.
Теплоизоляция
Колонну нужно защитить от теплопотерь на высоту не меньше нижнего среза дефлегматора. В качестве утепления можно выбрать любой эластичный теплоизолятор - трубчатые базальтовые фольгированные утеплители, пеноизол, пенополиуретан. Утепление - это довольно важный этап. Если избежать теплопотерь, то высоту фракционных слоев можно уменьшить на 10-20%. Причем концентрация вещества, в данном случае - спирта, в них повысится, четко сохраняя границы фракций.
Автоматизация ректификационной колонны
Довольно сложный процесс ректификации нуждается в постоянном наблюдении и присутствии человека. Качественная автоматика позволяет проводить ректификацию, без постоянного присмотра. Она дает возможность отобрать головные фракции в отдельную емкость, не допускает в товарный спирт попадания «хвостов».
Блок управления ректификацией (БУР) уменьшит мощность во время отбора, включит воду для охлаждения при необходимой температуре и автоматически снизит отбор в конце. После отбора хвостов отключит воду и нагрев. Простейший способ автоматизации – это монтаж старт стопа с клапаном, прекращающего отбор во время увеличения температуры в колонне, после восстановления температуры, возобновляется отбор. Для домашнего мини-спиртзавода дешевле приобрести автоматику на профильных форумах или собрать из китайских комплектующих.
Рано или поздно почти каждый любитель самодельного алкоголя задумывается о приобретении или изготовлении ректификационной колонны (РК) – устройства для получения чистого спирта. Начинать нужно с комплексного расчета базовых параметров: мощности, высоты, диаметра царги, объема куба и т.д. Эта информация будет полезна как желающим сделать все элементы своими руками, так и собравшимся купить готовую ректификационную колонну (поможет определиться с выбором и проверить продавца). Не затрагивая конструктивных особенностей отдельных узлов, мы рассмотрим общие принципы построения сбалансированной системы для ректификации в домашних условиях.
Схема работы колонны Характеристики трубы (царги) и насадки
Материал. Труба во многом определяет параметры ректификационной колонны и требования ко всем узлам аппарата. Материалом для изготовления царги является хромоникелевая нержавеющая сталь – «пищевая» нержавейка.
Благодаря химической нейтральности пищевая нержавеющая сталь не оказывает воздействия на состав продукта, что и требуется. На спирт перегоняют сырец из сахарной браги или отходы дистилляции («головы» и «хвосты»), поэтому главной целью ректификации является максимальная очистка выхода от примесей, а не изменение органолептических свойств спирта в ту или иную сторону. Использовать медь в классических ректификационных колоннах неуместно, поскольку этот материал слегка изменяет химический состав напитка и подходит для производства дистиллятора (обычного самогонного аппарата) или бражной колонны (частный случай ректификации).
Разобранная труба колонны с установленной насадкой в одной из царг Толщина. Царгу делают из нержавеющей трубы с толщиной стенки 1-1,5 мм. Более толстая стенка не нужна, так как это приведет к удорожанию и утяжелению конструкции без получения каких-либо преимуществ.
Параметры насадки. Говорить о характеристиках колонны без привязки к насадке не корректно. При ректификации в домашних условиях используют насадки с площадью контактной поверхности от 1,5 до 4 кв. м/литр. С увеличением площади контактной поверхности возрастает и разделяющая способность, но падает производительность. Уменьшение площади приводит к снижению разделяющей и укрепляющей способности.
Производительность колонны вначале растет, но потом для поддержания крепости выхода оператор вынужден понижать скорость отбора. Это значит, что существует некий оптимальный размер насадки, который зависит от диаметра колонны и позволят достичь наилучшего сочетания параметров.
Размеры спирально-призматической насадки (СПН) должны быть меньше внутреннего диаметра колонны примерно в 12-15 раз. Для диаметра трубы 50 мм – 3.5х3.5х0.25 мм, для 40 – 3х3х0.25 мм, а для 32 и 28 – 2х2х0.25 мм.
В зависимости от поставленных задач целесообразно использовать разные насадки. Например, при получении укрепленных дистиллятов часто применяют медные кольца диаметром и высотой 10 мм. Понятно, что в этом случае целью является не разделяющая и укрепляющая возможность системы, а совершенно другой критерий – каталитическая способность меди устранять из спирта сернистые соединения.
Варианты спирально-призматических насадок Не стоит ограничивать арсенал одной, пусть даже самой лучшей насадкой, таких просто нет. Есть наиболее подходящие для решения каждой конкретной задачи.
Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра. Обращайте на это внимание при выборе царги, всегда считайте внутренний диаметр и по нему сравнивайте варианты.
Зависимость мощности от диаметра трубы
Высота трубы. Для обеспечения хорошей удерживающей и разделительной способности, не зависимо от диаметра, высота ректификационной колонны должна быть от 1 до 1,5 м. Если меньше – не хватит места для накопленных в ходе работы сивушных масел, в результате сивуха начнет прорываться в отбор. Еще один недостаток – головы будут нечетко разделяться на фракции. Если высота трубы больше – это не приведет к существенному улучшению разделяющей и сдерживающей способности системы, но увеличит время перегона, а также количество «голов» и «подголовников».Другими словами, с увеличением высоты трубы прибавка к разделяющей способности ректификационной колонны на каждый дополнительный сантиметр снижается. Эффект от увеличения трубы с 50 см до 60 см на порядок выше, чем со 140 см до 150 см.
Объем куба для ректификационной колонны
Чтобы повысить выход качественного спирта, но не допустить переполнения сивухой колонны, навалку (наполнение) спирта-сырца в кубе ограничивают в диапазоне 10-20 объемов насадки. Для колонн высотой в 1,5 м и диаметром 50 мм – 30-60 л, 40 мм – 17-34 л, 32 мм – 10-20 л, 28 мм – 7-14 л.
С учетом заполнения куба на 2/3 объема, для колонны внутренним диаметром царги 50 мм подойдет 40-80 литровая емкость, для 40 мм – 30-50 литровая, для 32 мм – 20-30 литровый куб, а для 28 мм – скороварка.
При использовании куба объемом ближе к нижней границе рекомендованного диапазона можно смело убрать одну царгу и уменьшить высоту до 1-1,2 метра. В результате сивухи будет относительно мало для прорыва в отбор, а вот объем «подголовников» заметно уменьшится.
Источник и мощность нагрева колонны
Тип плиты. Самогонное прошлое не дает покоя многим новичкам, которые считают, что если раньше использовали для нагрева самогонного аппарата газовую, индукционную или обычную электрическую плиту, то можно оставить этот источник и для колонны.
Процесс ректификации существенно отличается от дистилляции, всё намного сложнее и костер не подойдет. Нужно обеспечить плавную регулировку и стабильность подаваемой мощности нагрева.
Электроплитки, работающие по терморегулятору в режиме старт-стоп, не используются, потому что как только произойдет кратковременное отключение питания, пар перестанет идти в колонну, а флегма рухнет в куб. В таком случае придется начать ректификацию заново – с работы колонны на себя и отбора «голов».
Индукционная плита – крайне грубый аппарат со ступенчатым изменением мощности по 100 -200 Вт, а при ректификации нужно менять мощность плавно, буквально по 5-10 Вт. Да и стабилизировать нагрев независимо от колебания напряжения на входе вряд ли получится.
Газовая плита при залитом в куб 40-процентном спирте-сырце и 96-градусоном продукте на выходе представляет смертельную опасность, не говоря уже о колебании температуры нагрева.
Оптимальное решение – врезать в куб колонны тэн нужной мощности, а для регулировки использовать реле со стабилизацией выходного напряжения, например, РМ-2 16А. Можно взять и аналоги. Главное получить на выходе стабилизированное напряжение и возможность плавно менять температуру нагрева по 5-10 Вт.
Подаваемая мощность. Чтобы нагреть куб за приемлемое время, нужно исходить из мощности 1 кВт на 10 литров спирта-сырца. Значит, для 50 л куба, заполненного на 40 литров, требуется минимум 4 кВт, 40 л – 3 Квт, 30 л – 2-2.5 кВт, 20 л – 1.5 кВт.
При одном и том же объеме кубы могут быть низкими и широкими, узкими и высокими. Выбирая подходящую емкость, нужно учитывать, что зачастую куб используется не только для ректификации, но и при дистилляции, поэтому исходят из самых жестких условий, чтобы подводимая мощность не приводила к бурному пенообразованию с выбросами брызг из куба в паропровод.
Опытным путем установлено, что при глубине размещения тэна около 40-50 см нормальное кипение происходит в случае, если на 1 кв. см зеркала навалки приходится не более 4-5 Вт мощности. При уменьшении глубины допустимая мощность увеличивается, а при увеличении – уменьшается.
Есть и другие факторы, влияющие на характер кипения: плотность, вязкость и поверхностное натяжение жидкости. Бывает, что выбросы происходят в конце перегонки браги, когда увеличивается плотность. Поэтому вести процесс ректификации на границе дозволенного диапазона всегда чревато неприятностями.
Распространенные цилиндрические кубы имеют диаметр 26, 32, 40 см. Исходя и допустимой мощности на площадь поверхности зеркала кубовой навалки 26 см куб, будет нормально работать при мощности нагрева до 2,5 кВт, для 30 см – 3.5 кВт, 40 см – 5 кВт.
Третьим фактором, определяющим мощность нагрева, является использование одной из царг колонны без насадки в качестве сухопарника для борьбы с брызгоуносом. Для этого нужно, чтобы скорость пара в трубе не превышала 1 м/с, при 2-3 м/с защитный эффект ослабевает, а при больших значениях пар будет гнать флегму вверх по трубе и забрасывать в отбор.
Формула для расчета скорости пара:
V = N * 750 / S (м/сек),
- N – мощность, кВт;
- 750 – парообразование (куб. см/сек кВт);
- S – площадь поперечного сечения колонны (кв. мм).
Труба диаметром 50 мм справится с брызгоуносом при нагреве до 4 кВт, 40-42 мм – до 3 кВт, 38 – до 2 кВт, 32 – до 1,5 кВт.
Исходя из вышеперечисленных соображений, выбираем объем, размеры куба, мощность нагрева и дистилляции. Все эти параметры согласованы с диаметром и высотой колонны.
Расчет параметров дефлегматора ректификационной колонны
Мощность дефлегматора определяется в зависимости от типа ректификационной колонны. Если строим колонну с жидкостным отбором или паровым ниже дефлегматора, то необходимая мощность должна быть не меньше номинальной мощности колонны. Обычно в этих случаях в качестве конденсатора применяют холодильник Димрота с утилизационной мощностью 4-5 Ватт на 1 кв. см поверхности.
Если колонна с отбором по пару выше дефлегматора, то расчетная мощность составляет 2/3 от номинальной. В этом случае можно применить Димрот или «рубашечник». Утилизационная мощность рубашечника ниже, чем у димрота и составляет около 2 Ватт на квадратный сантиметр.
Пример холодильника Димрота для колонны Далее все просто: номинальную мощность делим на утилизационную. Например, для колонны с внутренним диаметром 50 мм: 1950 / 5= 390 кв. см площади Димрота или 975 кв. см «рубашечника». Значит, холодильник Димрот можно сделать из трубки 6х1 мм длинной 487 / (0.6 * 3.14) = 2.58 см для первого варианта, с учетом коэффициента запаса 3 метра. Для второго варианта умножаем на две трети: 258 * 2 / 3 = 172 см, с учетом коэффициента запаса 2 метра.
Рубашечник для колонны 52 х 1 – 975 / 5.2 / 3.14 = 59 см * 2/3 = 39 см. Но это для помещений с высокими потолками.
«Рубашечник» Расчет прямоточного холодильника
Если прямоточник применяется как доохладитель в ректификационной колонне с жидкостным отбором, то выбирают самый маленький и компактный вариант. Достаточно мощности в 30-40% от номинальной мощности колонны.
Изготавливают прямоточный холодильник без спирали в зазоре между рубашкой и внутренней трубой, потом запускают отбор в рубашку, а охлаждающую воду подают по центральной трубе. В этом случае рубашку наваривают на трубу подачи воды в дефлегматор. Это мелкий «карандашик» длинной около 30 см.
Но если один и тот же прямоточник используется как при дистилляции, так и при ректификации, являясь универсальным узлом, исходят не из потребности РК, а из максимальной мощности нагрева при дистилляции.
Для создания турбулентного потока пара в холодильнике, позволяющего обеспечить интенсивность теплопередачи не меньше 10 Ватт/кв. см, необходимо обеспечить скорость пара около 10-20 м/с.
Диапазон возможных диаметров достаточно широк. Минимальный диаметр определяется из условий не создания большого избыточного давления в кубе (не более 50 мм вод столба), а максимальный расчетом числа Рейнольдса, исходя из минимальной скорости и максимального коэффициента кинематической вязкости паров.
Возможная конструкция прямоточного холодильника Чтобы не вдаваться в ненужные подробности, приведем самое распространенное определение: «Для того, чтобы в трубе поддерживался турбулентный режим движения пара, достаточно, чтобы внутренний диаметр (в миллиметрах) был не больше 6-кратной мощности нагрева (в киловаттах)».
Для предотвращения завоздушивания водяной рубашки необходимо поддерживать линейную скорость воды не ниже 11 см/с, но чрезмерное увеличение скорости потребует большого давления в водопроводе. Поэтому оптимальным считается диапазон от 12 до 20 см/с.
Чтобы сконденсировать пар и охладить конденсат до приемлемой температуры, нужно подавать воду при 20°C в объеме около 4.8 куб см/с (17 литров в час) на каждый киловатт подводимой мощности. При этом вода нагреется на 50 градусов – до 70°C. Естественно, зимой воды понадобится меньше, а при использовании автономных систем охлаждения, примерно в полтора раза больше.
На основании предыдущих данных можно рассчитать площадь поперечного сечения кольцевого зазора и внутренний диаметр рубашки. Нужно учитывать и доступный сортамент труб. Расчеты и практика показали, что зазор в 1-1.5 мм вполне достаточен для соблюдения всех необходимых условий. Этому соответствуют пары труб: 10х1 – 14х1, 12х1 – 16х1, 14х1 – 18х1, 16х1 – 20х1 и 20х1 – 25х1.5, которые перекрывают весь диапазон мощностей, применяемых в домашних условиях.
Есть еще одна немаловажная деталь прямоточника – спираль, навитая на паровую трубу. Делается такая спираль из проволоки диаметром, обеспечивающим зазор в 0.2-0.3 мм до внутренней поверхности рубашки. Навивается с шагом равным 2-3 диаметрам паровой трубы. Основное предназначение – центрирование паровой трубы, в которой при работе температура выше, чем в трубе рубашки. Это значит, что в следствии теплового расширения паровая труба удлиняется и изгибается, прислоняясь к рубашке, возникают мертвые зоны, не омываемые водой охлаждения, в результате эффективность холодильника резко падает. Дополнительными плюсами навивки спирали являются удлинение пути и создание турбулентности охлаждающего потока воды.
Грамотно выполненный прямоточник может утилизировать до 15 Ватт /кв. см площади теплообмена, что подтверждено опытным путем. Для определения длины охлаждаемой части прямоточника воспользуемся номинальной мощностью в 10 Вт /кв. см (100 кв. см/кВт).
Необходимая площадь теплообмена равна мощности нагрева в киловаттах, умноженной на 100:
S = P * 100 (кв. см).
Длина внешней окружности паровой трубы:
Lокр = 3.14 * D.
Высота рубашки охлаждения:
H = S / Lокр.
Общая формула расчета:
H = 3183 * P / D (мощность в кВт, высота и внешний диаметр паровой трубы в миллиметрах).
Пример расчета прямоточника
Мощность нагрева – 2 кВт.
Возможно применение труб 12х1 и 14х1.
Площади сечения – 78,5 и 113 кв. мм.
Объем пара – 750 * 2=1500 куб. см /с.
Скорости пара в трубах: 19,1 и 13,2 м/с.
Труба 14х1 выглядит предпочтительней, так как позволяет иметь запас по мощности, оставаясь в рекомендованном диапазоне скорости пара.
Парная труба для рубашки – 18х1, кольцевой зазор составит 1 мм.
Скорость подачи воды: 4,8 * 2= 9.6 см3/с.
Площадь кольцевого зазора – 3.14 / 4 * (16 * 16 – 14 * 14) = 47.1 кв. мм = 0,471 кв. см.
Линейная скорость – 9.6 / 0.471 = 20 см/с – значение остается в рекомендованных пределах.
Если бы кольцевой зазор был 1,5 мм – 13 см/с. Если 2 мм, то линейная скорость упала бы до 9.6 см/с и пришлось бы подавать воду выше номинального объема, исключительно для того, чтобы не завоздушивался холодильник, – бессмысленная трата денег.
Высота рубашки – 3183 * 2 / 14 = 454 мм или 45 см. Коэффициент запаса не нужен, все учтено.
Итог: 14х1-18х1 с высотой охлаждаемой части 45 см, номинальный расход воды – 9.6 куб. см/с или 34.5 литра в час.
При номинальной мощности 2 кВт нагрева холодильник будет выдавать 4 литра спирта в час с хорошим запасом.
Эффективный и сбалансированный прямоточник при дистилляции должен иметь соотношения скорости отбора к мощности нагрева и расходу воды на охлаждение 1 литр/час – 0,5 кВт – 10 литров/час. Если мощность выше, будут большие теплопотери, малая – полезная мощность нагрева снизится. Если расход воды выше, прямоточник имеет неэффективную конструкцию.
Ректификационную колонну можно использовать в качестве бражной. Оборудование для бражных колонн имеет свои особенности, но вторая перегонка отличается в основном технологией. Для первой перегонки особенностей больше и отдельные узлы могут оказаться не применимыми, но это тема для отдельного разговора.
Исходя из реальных домашних потребностей и существующего асортимента труб, рассчитаем по приведенной методике типовые варианты ректификационной колонны.
P.S. Выражаем благодарность за систематизацию материала и помощь в подготовке статьи пользователю нашего форума .
Ознакомившись с популярными сайтами и форумами ректификационной тематики я решил внести свой вклад в общее дело. Домашние мастера мучаются с колоннами, навешивают на них много автоматики. Датчики давления, старт-стоп системы срывающие весь процесс ректификации и т.д.
Основные проблемы кроются в малой высоте, в неверных расчетах установок, работа на газовой плите, ориентирование на давление в колонне, и просто банальное непонимание сути процесса ректификации. И что главное- все напрочь забывают, что правильной колонне автоматика не требуется . Автоматика- только помощник.
Приведенная схема ректификационной колонны является одним из шести вариантов решения выше обозначенных проблем. "Хитрость" в том, что ее можно сделать невысокой (сверхмалой) и получать вполне качественный спирт. Оговорюсь... работа на газовой плите опасна, малейшая ошибка может привести к непоправимым последствиям- вы предупреждены. Стабильность работы конкретного схемного решения кроется в т.н. накопительной емкости под смещенным в сторону дефлегматором, регулируя подачу мощности (нагрева) в кубе, охлаждение и возврат флегмы, можно добраться до стабильной спиртовой полки при высоте насадочной части всего 80см. В колонне полностью отсутствуют температурной пилы из-за невозможности попадания брызг на датчик термометра. Гидроуровень установленный в узел отбора позволяет наблюдать за уровнем накопленной флегмы, что позволяет более точно стабилизировать процесс в начале ректификации и исключает захлеб колонны при правильной эксплуатации. Накопительный "стакан" заимствован у известного и одноименного устройства (Экстрактора Сокслета).. Франц фон Сокслет (Franz von Soxhlet)
Развивая идеи по конструкции можно поработать и с автоматикой. Вместо регулятора отбора можно поставить электронный клапан, подключив его через компаратор снимающий показания температуры. Таким образом колонна превращается в сверхмалую колонну переодического действия с дробным отбором. Компаратор программируется на открытие клапана при определенной температуре, клапан открывается, накопленная флегма сливается в приемную емкость после чего процесс в колонне сорвется и поднимется температура, а компаратор сработает на закрытие клапана. Можно конечно и руками открывать-закрывать, но процесс это утомительный. Таким образом, на колонне можно отобрать все вещества по очереди, немного подробней процесс описан
Из школьного курса мы знаем, что процесс ректификации это процесс разделения сложных смесей на компоненты путем многократного испарения и конденсации составляющих частей. В результаты получаются идеально чистые компоненты, температуры переходов в разные агрегатные состояния которых, соответственно, разные.
Применяется этот не хитрый процесс при производстве бензина, керосина, чистого кислорода и азота. А еще ректификация помогает отделить сивушные масла и альдегидные фракции, чтобы получить этанол, или этиловый спирт.
Этот процесс осуществляется в ректификационных колоннах, устройство которых позволяет создавать продукт чистотой до 96 %. Можно создать самодельный самогонный аппарат, имея прямые руки, минимальные познания в органической химии и желание наслаждаться качественным алкоголем собственного производства.
Ректификационную камеру в наше время можно и просто напросто купить, но мы пойдем иным путем. Мы соберем миниатюрный ликероводочный завод собственными руками.
Из названия процесса, который дал имя и колонне понятно, что внутри происходит постоянная ректификация, а сама колонна выполнена из материалов, которые не вступают в реакцию с компонентами процесса.
В перегонный куб заливается рабочая жидкость, брага настоянная на зерне, ягодах, фруктах и т.п. и доводиться до температуры кипения. В ходе кипения рабочей жидкости выделяется спиртосодержащий пар, которые легче, чем жидкость и за счет этого поднимается по трубе вверх, где охлаждается.
Охлаждаясь нагретый пар выпадает в конденсат на стенки колонны и в виде жидкости устремляется обратно в перегонный куб, но на пути следования встречает новую порцию нагретого пара. Компоненты, чья температура кипения ниже рабочей жидкости вновь испаряется, среди таких компонентов — этиловый спирт.
Суть процесса в том, что вещества распределяются по вертикальной колонне, в соответствии с уровнем совей точки испарения и конденсации. Примерно на высоте 75 % от перегонного куба происходит собирание паров этилового спирта — здесь устанавливается патрубок для отвода этих самых паров в емкость с конечным продуктом.
Выше по колонне концентрируются ядовитые летучие пары альдегидов и диметилкетона, и через отводную трубу выводятся в атмосферу, ниже формирования концентрации паров этилового спирита скапливаются сивушные масла и прочие фракции, чья температура кипения превышает температуру кипения этанола.