Ректификационные колонны для самогонного аппарата

Работа ректификационной колонны

Ректификационная колонна – устройство, предназначенное для разделения многокомпонентной жидкой смеси на отдельные фракции по температуре кипения. Представляет собой цилиндр постоянного или переменного сечения, внутри которого находятся контактные элементы – тарелки или насадки.

Также почти каждая колонна имеет вспомогательные узлы для подвода исходной смеси (спирта-сырца), контроля процесса ректификации (термометры, автоматика) и отбора дистиллята – модуль, в котором конденсируется, а затем принимается наружу извлеченный из системы пар определенного вещества.

Одна из самых распространенных домашних конструкци
Одна из самых распространенных домашних конструкции

Спирт-сырец – продукт перегонки браги методом классической дистилляции, который можно «заливать» в ректификационную колонну. Фактически это самогон крепостью 35-45 градусов.

Флегма – сконденсировавшийся в дефлегматоре пар, стекающий по стенкам колонны вниз.

Флегмовое число – отношение количества флегмы к массе отбираемого дистиллята. В спиртовой ректификационной колонне находятся три потока: пар, флегма и дистиллят (конечная цель). В начале процесса дистиллят не отбирают, чтобы в колонне появилась достаточно флегмы для тепломассообмена. Потом часть паров спирта конденсируют и отбирают из колонны, а оставшиеся спиртовые пары и дальше создают поток флегмы, обеспечивая нормальную работу.

Для работы большинства установок флегмовое число должно быть не меньше 3, то есть 25% дистиллята отбирают, остальной – нужен в колонне для орошения контактных элементов. Общее правило: чем медленнее отбирать спирт, тем выше качество.

Контактные устройства ректификационной колонны (тарелки и насадки)

Отвечают за многократное и одновременное разделение смеси на жидкость и пар с последующей конденсацией пара в жидкость – достижение в колонне состояния равновесия. При прочих равных условиях, чем больше в конструкции контактных устройств, тем эффективнее ректификация в плане очистки спирта, поскольку увеличивается поверхность взаимодействия фаз, что интенсифицирует весь тепломасообмен.

Теоретическая тарелка – один цикл выхода из равновесного состояния с повторным его достижением. Для получения качественного спирта требуется минимум 25-30 теоретических тарелок.

Физическая тарелка – реально работающее устройство. Пар проходит сквозь слой жидкости в тарелке в виде множества пузырьков, создающих обширную поверхность контакта. В классической конструкции физическая тарелка обеспечивает примерно половину условий для достижения одного равновесного состояния. Следовательно, для нормальной работы ректификационной колонны требуется в два раза больше физических тарелок, чем теоретических (расчетных) минимум – 50-60 штук.

Насадки. Зачастую тарелки ставят только на промышленные установки. В лабораторных и домашних ректификационных колоннах в качестве контактных элементов используются насадки – скрученная специальным образом медная (либо стальная) проволока или сетки для мытья посуды. В этом случае флегма стекает тонкой струйкой по всей поверхности насадки, обеспечивая максимальную площадь контакта с паром.

Насадки из мочалок самые практичные
Насадки из мочалок самые практичные

Конструкций очень много. Недостаток самодельных проволочных насадок – возможная порча материала (почернение, ржавчина), заводские аналоги лишены подобных проблем.

Видео

Устройство и принцип работы ректификационной колонны

Царга

Находится в основании колонны и является одной из

Находится в основании колонны и является одной из основных ее частей. Внутри нее протекает газо-жидкостный массообмен – одно из основных явлений в процессе ректификации. Происходит это следующим образом:

  • Жидкость, закипая в —перегонном кубе—, испаряется и в газообразной форме проходит через царгу.
  • Пар, дойдя до дефлегматора, охлаждается и конденсируется на его стенках.
  • Конденсат стекает сначала по стенкам дефлегматора, а потом и по стенкам царги обратно в куб.
  • В этот момент между стекающим конденсатом и восходящим паром происходит газо-жидкостный массообмен. Он заключается в передаче тепла и некоторого количества испаренных веществ от пара к конденсату. Под таким воздействием часть флегмы – ее легкокипящие составляющие: спирт и небольшая доля воды вновь испаряются, не доходя до перегонного куба, а более труднокипящие: сивушные масла и другие примеси продолжают стекать в перегонный куб.

Таким образом в верхней части колоны скапливается в основном спирт, а примеси в основном циркулируют в нижней части агрегата. Как следствие, на выходе получается ректификат с крепостью около 95%.

В ректификационной колоне может быть как одна царга, так и несколько. При этом чем выше колонна, тем больше площадь, на которой проходит массообмен между флегмой и паром, что в свою очередь улучшает качество получаемого продукта.

Внутри царги находятся насадки, на поверхности которых и происходит основной массообмен. Изделия из нержавейки хорошо подходят для сахарной и зерновой, а медные – —для фруктовой браги—.

Кроме насадок внутри царги могут размещаться тарелки, которые еще больше увеличивают площадь, на которой проходит газо-жидкостный массообмен, что сказывается на качестве получаемого ректификата.

Стенки царги могут иметь дополнительный подогрев, усиливающий испарение флегмы, не попавшей на насадки и тарелки. Такое дополнение также улучшает качество конечного продукта.

Дефлегматор

Верхняя часть ректификационной колонны, отвечающая

Верхняя часть ректификационной колонны, отвечающая за сбор и охлаждение восходящих паров до флегмы. Отсюда конденсировавшаяся жидкость стекает вниз в царгу.

Дефлегматор может быть выполнен по нескольким принципиальным схемам, самой простой является пленочный вариант, а одной из самых популярных – холодильник Димрота,

Узел отбора

Отвечает за сбор части конденсировавшейся флегмы и ее вывод наружу в тару для сбора. В зависимости от настроек узла отбора варьируется и количество отбираемого конденсата. Чем меньше его отбор, тем выше качество ректификата.

Термометр

В ректификационной колонне, в отличие от стандартного самогонного аппарата, является обязательной составной частью системы. Дело в том, что ректификация – это очень тонкий процесс, сильно зависящий от поддержания правильной температуры.

Перегонный куб с ТЭНами

Хотя ректификационная колонна может использоваться

Хотя ректификационная колонна может использоваться и с обычным кубом на газовой, электро- или индукционной плитке, значительно лучше оборудовать ее ТЭНовым агрегатом.

Такая особенность, как и термометр, связана с необходимостью точной и тонкой регуляции температуры внутри системы, а значит и с регуляцией мощности устройства, нагревающего брагу.

Газовые вентили требуют большого мастерства, индукционные плитки имеют фиксированный шаг от 100 до 300 Вт, а вот регуляторы ТЭНов позволяют изменять мощность по 3-5 Вт.

Разновидности контактных устройств

Теоретическая тарелка

Устройство, которое осуществляет единичный обмен между жидкостью и паром. Таким образом, чтобы получить спирт со знаком качества необходимо около 30-35 таких тарелок.

Физическая тарелка

Контактное устройство, которое используется для максимально тесного взаимодействия паров с жидкостью. Однако с помощью одной-двух тарелок такого результата достичь не удастся, поэтому в колонне их должно быть порядка 75-80 штук.

Насадки

В основном тарелки используются в промышленном производстве, при самостоятельном изготовлении спирта применяются насадки. Их делают из скрученной проволоки или нержавеющей металлической сетки. Принцип действия насадки состоит в максимальном взаимодействии флегмы стекающей по сетке с паром, который поднимается вверх.

Материал и размеры

Для составных частей ректификационной колонны можно использовать только хромникелевую (нержавеющую) пищевую сталь. Длина трубы (царги) должна составлять не менее 130 см, ее диаметр – от 30 до 40 мм, толщина стенки трубы – 1-1,5 мм. Размеры насадки для достижения максимального результата должны быть меньше площади царги в 12-15 раз.

Только пищевая сталь используется для составных ча

Только пищевая сталь используется для составных частей ректификационной колонны

Система нагрева

Для системы нагрева аппарата возможно использовать портативную индукционную плиту либо ТЭНы, встроенные в перегонный куб. Нагрев на газовой плите исключается (он не дает возможности регулировать процесс нагрева).

Справка: при использовании ректификационной колонны в квартире необходимо учитывать высоту от пола до вытяжки. Поэтому и нужна портативная плита, на стандартную аппарат не поместится.

Контроль процесса

Контроль за процессом изготовления ректификата помогут осуществить термометры, установленные на царге.

Самый удобный способ – ориентироваться по показаниям двух термометров, установленных в нижней (около 20 см. от нижней части насадки) и средней части трубы (на высоте 2/3 от общей высоты колонны). Когда начинает отбираться «тело», разница в показаниях термометров не должна превышать более чем 0,3 градуса. Если термометров на царге нет, ориентироваться можно по изменениям температурного режима в перегонном кубе. Если температура повышается на градус, отбор необходимо снизить на 6-10%. Этот способ также поможет избежать «захлебов» колонны.

Производительность

На качество получаемого спирта несомненно влияют такие параметры, как высота царги, количество насадок, а также такие компоненты, как охладитель и узел отбора. Немаловажным фактором является нагрев (его мощность), именно от него зависит, как быстро движутся пары флегма.

От нагрева зависит качество получаемого спирта

От нагрева зависит качество получаемого спирта

Влияние давления

Для изготовления качественного ректификата давление в колонне должно быть приравнено к атмосферному (720-780 мм ртутного столба). Отклонения от этого правила влекут за собой либо некачественное разделение ректификата на отдельные компоненты, либо – захлебывание колонны. Поэтому трубку связи аппарата с атмосферой нужно установить обязательно.

Типы самогонных аппаратов и ректификационных колонн

Всего в мире существуют два основных типа устройств для практического самогоноварения:

  1. Спиртосодержащие пары отводятся в сторону для охлаждения — сразу в змеевик или через сухопарник.
  2. 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:

  1. 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.
  2. 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.

Принцип работы

Упрощенная технологическая схема непрерывной ректификации

Исходная смесь, нагретая до температуры питания tf в паровой, парожидкостной или жидкой фазе, поступает в колонну в качестве питания (Gf). Зону, в которую подаётся питание, называют эвапорационной (от лат. evaporatio — испарение), так как там происходит процесс эвапорации — однократного отделения пара от жидкости.

Пары поднимаются в верхнюю часть колонны, охлаждаются, конденсируются в холодильнике-конденсаторе и подаются обратно на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения (флегма). Таким образом, в верхней части колонны (укрепляющей) противотоком движутся пары (снизу вверх) и стекает жидкость (сверху вниз). Стекая вниз по тарелкам, жидкость обогащается высококипящими компонентами, а пары поднимаются в верх колонны, обогащаясь легкокипящими компонентами. Таким образом, отводимый с верха колонны продукт обогащен легкокипящим компонентом. Продукт, отводимый с верха колонны, называют дистиллятом. Часть дистиллята, сконденсированного в холодильнике и возвращённого обратно в колонну, называют орошением или флегмой. Отношение количества возвращаемой в колонну флегмы и количества отводимого дистиллята называется флегмовым числом.

Для создания восходящего потока паров в кубовой (нижней, отгонной) части ректификационной колонны часть кубовой жидкости направляют в теплообменник, образовавшиеся пары подают обратно под нижнюю тарелку колонны.

вы .

Кубовая жидкость, стекая сверху вниз по тарелкам, обогащается высококипящим компонентом, а пары обогащаются легкокипящим компонентом[2].

В случае, если разгоняемый продукт состоит из двух компонентов, конечными продуктами являются дистиллят, выходящий из верхней части колонны, и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающий из нижней части колонны). Ситуация усложняется, если необходимо разделить смесь, состоящую из большого количества фракций. В этом случае используются аппараты, подобные изображённому на картинке.

Отличия бражной колонны от обычного самогонного аппарата с сухопарником (дистиллятора)

Бражная колонна имеет больше сходств с обычным самогонным аппаратом, чем с ректификационным устройством. У агрегатов есть сходства:

  • Конечный продукт винокурения ароматный. Бражная колонна осуществляет очищение браги, но полностью обойтись без посторонних ароматов и привкусов не получится. В итоге получается дистиллят с высоким градусом крепости.
  • Степень очистки. Из-за того, что у настройки оборудования много тонкостей, винокуры часто не используют технику в полном объеме. Если спешить с процессом, то спирт сразу впитает вредные составляющие.
  • Обратите внимание, что вкус ректифицированного продукта очень отличается от дистиллированного. При этом спирт из бражной колонны и обычного самогонного аппарата практически не отличается.

Чем отличаются агрегаты? Это нужно учитывать перед покупкой устройств.

  • Аппараты различаются внешне. Самогонный аппарат – это куб, сухопарник и холодильник. Они соединены трубками, по которым поступает пар. Колонные составляющие– это куб, труба (300-600 мм), дефлегматор и доохладитель, либо другой вариант конструкции, где труба (колонна) объединена с дефлегматором в прямоточный или кожухотрубный холодильник высотой 750-1000 мм;
  • Продукт различной крепости на выходе. 2-я перегонка дистиллятора с сухопарником выдаст продукт до 63-67°, а то и вовсе 53-57°, когда не отсекают хвосты. В отличие от колонны, с помощью которой получается продукт крепостью 87-89°;
  • Разная техника перегона. Дефлегматор осуществляет качественное отделение первача. Но, в любом случае, качество конечного продукта зависит от опыта винокура;
  • Разная стоимость. Обычный самогонный аппарат с сухопарником имеет более доступную цену за счет простоты работы и меньшего количества материала по сравнению с БК;
  • Простота ухода. За счет быстросъемных зажимных соединений бражную колонну без труда можно очистить.

Как работает колонна

Как и в обычном дистилляторе, в колонне есть и нагреватель и холодильник, которые являются полноценными рабочими элементами. Но на пути спиртосодержащего пара от поверхности браги до змеевика холодильника находится еще один сложный узел, который и называется ректификационной колонной. Он представляет собой высокую трубу, диаметр который больше ее длины в 30-50 раз. Оптимальные размеры для процессов тепломассобмена, которые происходят внутри колонны.

Чертеж ректификационной колонны

Чертеж ректификационной колонны

Нагретый пар поднимается по трубе вверх, по пути медленно охлаждается, конденсируется, и стекает вниз, обратно в емкость. При движении сверху вниз конденсат вступает в контакт с горячим паром, повторно нагревается, и легкокипящие компоненты вновь превращаются в пар. Среди этих компонентов есть и этиловый спирт. Если выбрать режим работы колонны таким образом, чтобы спиртовые пары начинали конденсироваться на определенной высоте, где установлен заборный патрубок, то в холодильник будет поступать чистый спирт, без примесей.

Спустя некоторое время в колонне установиться режим динамического равновесия, благодаря разнице теплоемкостей жидкой и паровой фазы, кроме того, жидкостно-паровая смесь разделяется на фракции по химическому составу, от которого зависит температура парообразования.

В самой верхней части собираются пары летучих примесей — альдегидов, ацетона и прочих ядовитых веществ. При температуре на верхнем термометре колонны выше 70С они попросту улетают в атмосферу — колонна соединена с внешним воздухом патрубком или клапаном и работает практически под атмосферным давлением.

Примерно на высоте ¾ от длины колонны собираются спиртовые пары, которые и нужно отобрать. Ниже — сивушные масла и прочие вещества, температура кипения которых выше спирта. В зоне отбора спирта следует поддерживать температуру на уровне 74-78 С. чтобы это было возможным и требуется значительная высота колонны, чем объемнее зоны разных фракций, тем легче отделить одно вещество от другого.

Плюсы и минусы использования ректификационной колонны в комплектации дистилляционного оборудования

Сразу стоит отметить, что обычное оборудование для дистилляции более доступно – оно дешевле и проще в обращении. Но его функционал менее широк. Среди преимуществ колонны:

  • возможность получать чистый спирт – ректификат;
  • режим дистилляции для получения самогона высокой степени очистки;
  • отсутствие в конечном продукте посторонних вредных примесей и веществ, ухудшающих вкус напитков.

Имеются у устройства и недостатки – колонны имеют меньшую производительность, при получении ректификата необходимо заливать в перегонный куб разбавленный спирт-сырец. Это подразумевает первичную перегонку на самогонном аппарате.

Многие опытные винокуры считают, что колонна нужна только для получения спирта из сырья, не имеющего особых ценных вкусовых свойств – сахарной браги, старого варенья и т. п. В остальном лучше использовать обычный аппарат.

Ситчатая колонна для дистилляции
Ситчатая колонна для дистилляции

Также можно воспользоваться специальной ситчатой колонной. Она, в зависимости от количества установленных тарелок (дисков), позволяет получать как самогон высокой степени очистки, так и напитки с сохранением исходной вкусоароматической композиции сырья.

Устройство устанавливают на универсальные дистилляционные аппараты с предусмотренными соединениями для монтажа различных дополнительных приспособлений.

Понятия ректификации

Недоректификат — продукт ректификации крепостью до 96 градусов. Крепость продукта Спирт-сырец — промежуточный продукт, полученный методом простой (или ускоренной) дистилляции, который можно подвергать дополнительной перегонке в ректификационной

Флегмовое число — характеристика, которая показывает концентрацию спиртовых соединений внутри колонны. Чем выше флегмовое число тем более высокое разделение возможно внутри колонны. В самом начале работы продукт не выводят за пределы колонны. Это делается для того, чтобы повысить концентрацию флегмы внутри и увеличить концентрацию флегмовое соединений внутри колонны и как следствие повысить флегмовое число. Для работы установки флегмовое число должно быть не менее 3.

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:

  1. Для винной браги, а также на основе ягод и фруктов лучше использовать самогонный аппарат.
  2. 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.

Теги

Adblock
detector