Ректификационная колонна химия. Устройство, схема и принцип работы ректификационной колонны

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:

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.

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:

1. Простейшая конструкция, принцип действия понятен всем пользователям, можно изготовить самостоятельно без больших финансовых затрат.
2. Большое количество рецептов, которое идет в комплекте с готовой моделью, но можно значительно расширить их, изучив рецептуру в интернете.
3. Высокая надежность конструкции и всех материалов.
4. Низкая стоимость, которая особенно влияет на широкую доступность для всех слоев населения.

Ректификационные колонны имеют свои преимущества:

1. Получение чистого продукта без запаха и посторонних примесей.
2. Крепость конечного продукта намного выше, чем у простого аппарата.
3. 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:

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.

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.

Устройство ректификационной колонны достаточно сложное, и смоделировать его в домашних условиях вряд ли удастся. Но на специализированных интернет-сайтах можно по вполне приемлемой цене купить рабочую установку, которая потребует только незначительного переоборудования вашего самогонного аппарата.

Переоборудование будет касаться только бака испарителя - необходимо установить фланец подходящего диаметра, чтобы можно было закрепить колонну строго вертикально. Если на баке не было термометра, то придется его установить. Без измерения температуры на испарителе контролировать работу колонны чрезвычайно сложно, да, в принципе, и невозможно вообще.

Как работает колонна

Колонна представляет собой тепломассообменник в котором происходят сложные физико-химические процессы. Базируются они на разнице температур кипения различных жидкостей и скрытой теплоемкости фазовых переходов. Это очень загадочно звучит, но на практике выглядит несколько проще.

Теория очень проста - пар, содержащий спирт и различные примеси, которые кипят при разных температурах, отличающихся на несколько градусов, поднимается вверх и конденсируется в верхней части колонны. Образовавшаяся жидкость стекает вниз, и встречают по пути новую порцию горячего пара. Те жидкости, температура кипения которых выше, повторно испаряются. А те, которым не хватило тепловой энергии, остаются в жидком состоянии.

Ректификационная колонна постоянно пребывает в состоянии динамического равновесия пара и жидкости, во многих случаях трудно разделить жидкую и газообразную фазы - все бурлит и кипит. Но по плотности, в зависимости от высоты, все вещества разделены очень четко - вверху легкие, затем более тяжелые и в самом низу - сивушные масла, остальные примеси с высокой температурой кипения, вода. Разделение по фракциям производится очень быстро, и такое состояние поддерживается практически бесконечно долго, при соблюдении температурного режима в колонне.

На высоте, соответствующей максимальному содержанию спиртовых паров, устанавливается заборный патрубок, сквозь который выделяется пар и поступает в конденсатор (холодильник), откуда спирт стекает в сборную емкость. Ректификационная колонна для самогонного аппарата работает очень медленно - отбор, как правило, производится капельно, но при этом обеспечивается высокий уровень очистки.

Колонна работает при атмосферном давлении, или чуть выше его. Для этого в верхней точке устанавливается атмосферный клапан или просто открытая трубка - не успевшие конденсироваться пары покидают колонну. Как правило - спирта в них практически нет.

Состояния парожидкостных компонентов на разных высотах колонны

На графике изображены фиксированные состояния парожидкостных компонентов на разных высотах колонны которые можно контролировать за температурой в данной точке. Горизонтальная часть графика соответствует максимальной концентрации вещества. Разделение не имеет четких границ - вертикальная линия соответствует смеси нижней и верхней фракций. Как видно, объем пограничных зон намного меньше фракционных, что дает определенный люфт температурного режима.

Устройство ректификационной колонны

Базой для колонны служит вертикальная труба из нержавеющей стали или меди. Другие металлы, особенно алюминий, для этой цели не подходят. Труба изолируется извне материалом низкой теплопроводности - утечка энергии может нарушить установившийся баланс и снизить эффективность теплообменных процессов.

В верхней части колонны монтируется предварительный холодильник дефлегматора. Как правило, он представляет собой встроенный или внешний змеевик, охлаждающий приблизительно 1/8-1/10 часть колонны по высоте. Найти в интернете можно и ректификационные колонны с водяной рубашкой или сложными шаровыми холодильниками. Кроме цены, они ни на что больше не влияют. Классический змеевик отлично справляется со своими задачами.

Колонна «Малютка»

Отношение количества отобранного конденсата к общему числу возвращающейся в бак флегмы называется флегмовым числом. Это характеристика отдельной модели колонны и описывает ее рабочие возможности.

Чем меньше флегмовое число, тем колонна производительнее. При Ф=1 колонна работает как обычный самогонный аппарат.

Промышленные установки обладают высокой разделительной фракционной способностью, поэтому их число равно 1,1-1,4. Для бытовой самогонной колонны оптимальным является Ф= 3-5.

Виды колонн

Ректификационная колонна для самогонного аппарата для увеличения точек соприкосновения пара и жидкости, где происходят теплообменные и диффузионные процессы, снабжается наполнителями, значительно увеличивающими площадь контакта. По типу внутренней конструкции колонны подразделяются на тарельчатые и насадочные. Классификация по производительности или высоте не показывает реальных возможностей.

Для увеличения площади контакта внутрь колонны помещается свитая в спираль мелкая сетка из нержавейки, насыпные мелкие шары, кольца Рашига, мелкие спиральки из проволоки. Они плотно укладываются или засыпаются на высоту до ¾ длины колонны, не достигая точки забора спирта.

Термометр должен находиться в свободной от насадок зоне, и показывать реальную температуру среды. Термометр выбирается электронный, как обладающий наименьшей инертностью. В некоторых моделях колонн роль играют десятые доли градуса. Для получения чистого спирта в зоне отбора температура должна поддерживаться в пределах 72,5-77 С.

Тарельчатая ректификационная колонна намного сложнее в изготовлении - конструкция колпачковых или ситчатых тарелок, представляющих собой горизонтальные перегородки внутри, сквозь которые жидкость протекает с некоторой задержкой. На каждой из тарелок создается зона барботирования, повышающая степень извлечения спиртовых паров из флегмы. Иногда ректификационные колонны называют укрепляющими - на них достигается почти стопроцентный выход спирта при минимуме посторонних добавок.

Работает колонна при атмосферном давлении, для связи с внешней средой колонна оборудуется специальным клапаном или открытой трубкой в верхней части конструкции. Этот факт определяет одну из особенностей ректификационной колонны для самогонного аппарата - при разном атмосферном давлении она работает по-разному. Температурный режим изменяется в пределах нескольких градусов (разница на термометре бака и колонны). Соотношение устанавливается экспериментально. По этой причине с колонной ТЭН.

Купив рабочую ректификационную колонну, или построив ее своими руками, вы сможете получить спирт высокой очистки без особых сложностей. Особенно эффективна колонна при перегонке самогона, полученного из обычного дистиллятора.

Часто возникает вопрос, что лучше ректификационная колонна или самогонный аппарат. Сторонников каждого аппарата много, но однозначно имея РК можно получать и хороший самогон, а наоборот не получится. Ректификация позволяет получить из спирта сырца (самогона) чистый спирт крепостью 96-98°. Органолептика у хорошего спирта практически отсутствует, запаха сырья нет, использовать чистый продукт можно для производства домашних водок и всяких наливок, настоек. В домашних условиях получить такой продукт можно используя миниспиртзавод. Домашний миниспиртзавод сегодня довольно просто приобрести в специализированных магазинах. Так же реально сделать самостоятельно настоящую ректификационную колонну своими руками.

Кроме технических навыков вы должны знать принцип работы этого устройства, как работает ректификационная колонна. Для получения спирта применяются насадочные колонны, они имеют небольшие габариты, легко умещаются по высоте в условиях обычной квартиры. Производительность такого устройства достигает 300-1000 мл в час, что вполне достаточно для домашних нужд.

Ректификационная колонна – принцип работы. В качестве насадки для колонны используют различные материалы нейтральные к действию спирта – стекло, нержавеющая сталь, керамика. Основное свойство всех насадок заключается в смачивании и удержании флегмы на своей поверхности. То есть пары спирта из перегонного куба устремляясь вверх по колонне конденсируются наверху и возвращаются вниз стекая по насадке. Происходит обмен компонентами, спирты поднимаются вверх по колонне, а вода и более тяжелые примеси стекают обратно в перегонный куб. Когда стабильная ректификационная колонна входит в рабочий режим, наступает баланс между поступлением пара и отбором спирта. В колонне стабилизируется температура и во время всего процесса ректификации она держится на одном уровнен не превышая 0,1-0,3 градусов. Поддержать такой режим удается хорошим утеплением колонны, подачи определенной для каждой колонны мощности и поддерживая необходимое давление в системе

Устройство ректификационной колонны

Как сделать ректификационную колонну волнует многих домашних винокуров. А ведь небольшой миниспиртзавод для дома можно сделать самостоятельно, намного сэкономив при покупке готового комплекта. Сумма буде в 2-3 раза меньше если вы решите сделать ректификационную колонну самодельную. Все детали, как устроена ректификационная колонна и чертеж подробно описаны ниже.

Каждый домашний миниспиртзавод состоит из:

1. Перегонный куб;
2. Царга;
3. Насадка;
4. Узел отбора;
5. Дефлегматор;
6. Холодильник;
7. Царга пастеризации (опционально);
8. Автоматика.

Чертеж схема ректификационной колонны

Перегонный куб. По другому испарительный куб,в него заливается сырец(самогон) для ректификации. Куб также является прочным основанием для колонны, вес колонны с насадкой достаточно велик. Для домашнего использования обычно используется емкость 15-50 литров. Куб может быть универсальным подходящим для перегона браги и спирта, в этом случае целесообразно использовать большую емкость 30-50 литров. При изготовлении куба часто используются пивные кеги из «нержавейки» на 30 и 50 литров или пищевые котлы. Емкость должна быть оборудована нагревательным элементом, в качестве которого используется ТЭН или два ТЭНа мощностью 1-3 кВт. В качестве источника нагрева можно использовать электоро или индукционную плитку с возможностью регулировки мощность нагрева. На кубе устанавливается термометр для внутреннего контроля кубовой жидкости. Для уменьшения тепло потерь, рекомендуется утеплить куб снаружи.

Царга. Главная, основная часть любой ректификационной колонны. Все процессы протекают именно в ней. Колонну к домашнему миниспиртзаводу можно собрать из нескольких соединенных частей (царг). Соединения всех царг лучше сделать при помощи молочных муфт или кламп соединений. Такая система получится универсальной и может использоваться как бражная колонна для самогона и миниспиртзавод. Для царги используется труба из пищевой нержавеющей стали внутренним диаметром 25-60 мм.

Ректификационная колонна для самогонного аппарата, на которой производят спирт НДРФ (недоректификат крепостью 94-95°) может быть сделана из меди. Диаметр колонны необходимо подобрать ориентировочно 25мм – 0,5кВт, 32мм – 1кВт, 38мм-1,5кВт, 50мм – 2,5кВт. Длина насадочной части ректификационной колонны должна составлять 30-50 диаметров, т.е. если внутренний диаметр трубы 50 мм, то высота должна быть 1500 – 2500 мм. Чем выше колонна, тем лучше происходит в ней обмен пара и жидкости, а в итоге чище спирт. Толщина стенки желательно не больше 1 мм.

Колонне необходима тщательная теплоизоляция. Хорошо зарекомендовал себя утеплитель для труб, также царгу можно утеплить другими методами, намотав шпагат на трубу, замотав сверху фольгированным скотчем. Чем лучше будет выполнена термоизоляции тем стабильнее будет работать колонна. В 20-30 см от низа насадки нужно сделать посадочное место для термометра.

Сделать это можно припаяв трубочку необходимого диаметра к царге. Либо вварить гильзу под датчик или термометр. Нержавейку и качественного сварщика аргонщика не всегда найти, поэтому ректификационную колонну для спирта можно спаять из медных фитингов. Ректификационная колонна из фитингов сантехники своими руками паяется очень просто, подобрать их легко в специализированных магазинах.

Насадка. На сегодня наиболее качественной насадкой считаются СПН (спирально-призматическая насадка). Она изготавливается из нержавеющей или нихромовой проволоки, которая не должна вступать в реакцию со спиртом и другими продуктами перегона.
Цена насадки высокая, но при желании ее легко намотать самостоятельно. Для того чтобы насадка держалась в трубе, внизу царги впаивается крестовина из нержавеющего электрода для сварка, на него укладывается 2-3 см путанки из проволоки (нихром). Сверху не плотно засыпается насадка СПН и поверх вставляется еще один проволочный пыж.

Второй по эффективности насадкой можно назвать РПН – насадка панченкова, она представляет собой сетку из проволоки, смотанной в пыжи диаметром вашей трубы. Есть еще керамические кольца рашига, стеклянные шарики. Самая простая насадка это мочалки из нержавейки, но эффективность такого наполнителя очень низкая. Для трубы длиной 1,3 метра диаметром 35 мм понадобится 16-18 шт. мочалок.

Дефлегматор с узлом отбора РК. Дефлегматор венчает верхнюю часть рек.колонны. В него поступают пары спирта и конденсируются, превращаясь в жидкую флегму. Часть жидкой флегмы возвращается по насадке вниз, а часть через узел отбора выводится наружу. Конструкция дефлегматора может быть разной. Самым простым в изготовлении считается рубашечный или прямоточный дефлегматор. Сделан он из двух труб разного диаметра, между которыми циркулирует вода для охлаждения. Вода подается снизу, сверху выходит теплая вода. Внешний корпус такого дефлегматора можно сделать из обычного термоса.Диаметр внутренней трубы обычно делают таким же как и насадочная колонна. В верхней части любого дефлегматора находится ТСА – трубка связи с атмосферой.

Еще один вариант- дефлегматор димрота. Он представляет собой отрезок трубы (продолжение царги) в середине которой расположенная спираль из тонкой трубки диаметром 6-10 мм по которой циркулирует охлаждающая жидкость. Для колонны диаметром 50 мм димрот наматывается из трубки 6 мм длиной 3 метра. Дефлегматор получается длиной 25-35 см. Такая конструкция имеет большую площадь соприкосновения пара и жидкости и считается эффективней.

И третий вариант – дефлегматор кожухотрубный. В трубу большого диаметра вварены несколько тонких трубок в которых происходит конденсация паров. Плюсом такого устройства является универсальность, он может работать и как холодильник дистиллятора. Второе преимущество такого типа – малый расход воды и большая площадь охлаждения. Кожухотрубник можно сделать наклонным, что уменьшает высоту колонны, актуально для домашнего миниспиртзавода в квартирах с низкими потолками.

Под дефлегматором выше насадочной части находится узел отбора дистиллята в ректификационной колонне. Обычно его конструкция состоит из одной или двух перегородок и трубки отбора спирта. Перегородки под наклоном ввариваются или впаиваются в царгу. На трубку отбора устанавливается игольчатый кран с тонкой регулировкой или зажим гофмана, для ограничения или увеличения отбора фракций.

Царга пастеризации. Царга пастеризации позволяет более качественно очистить товарный спирт от головных фракций. Которые образуются в верхней части ректификационной колонны и дефлегматоре на протяжении всего процесса ректификации. Царга пастеризации спирта усложняет конструкцию ректификационной колонны и может не устанавливать как отдельный элемент, но она позволяет улучшить качество спирта ощутимо. Медленный отбор голов ведется и вовремя отбора спирта ректификата из царги пастеризации.

Холодильник. Спирт на выходе течет горячий и что бы его охладить после узла отбора и крана устанавливается дополнительный холодильник (до охладитель). Можно приобрести готовый стеклянный холодильник в магазинах «мед техника».
Либо изготовить самодельный холодильник из трубок как рубашечный дефлегматор, но с меньшими размерами. Длина холодильника примерно равна длине дефлегматора или чуть длиннее. Вода сначала поступает в нижний вход холодильника, затем с верхнего идет на дефлегматор. Регулируя краном поток воды добиваются нужных показателей.

Автоматика для ректификационной колонны. Сложный процесс ректификации требует постоянного присутствия и наблюдения.
Хорошая автоматика дает возможность производить ректификацию, без постоянного участия человека в процессе. Она не допускает попадания “хвостов” в товарный спирт, позволяет отоборать головные фракции в отдельную емкость. Блок управления ректификацией, сокращенно (БУР), включит воду для охлаждения при нужной температуре, снизит мощность при отборе и уменьшит автоматически отбор в конце. После отбора хвостов выключит нагрев и воду. Простейший вариант автоматизации установка старт стопа с клапаном, который прекращает отбор при повышении температуры в колонне, после стабилизации температуры, отбор возобновляется. Собрать автоматику для домашнего миниспиртзавода дешевле из китайских комплектующих или приобрести на профильных форумах.

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:

1. Испарительный куб.
2. Колонна со специальной насадкой, в которой идут процессы тепломассообмена (царга).
3. Дефлегматор.
4. 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:

1. Брага, находящаяся в кубе, под действием тепла испаряется и поднимается по колонне. Там установлен холодильник.
2. Дефлегматор обеспечивает конденсацию паров спирта и получение дистиллята.
3. Дистиллят опускается по спиртовой колонне. В этот момент происходит столкновение его с паром - тепломассообмен.
4. 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:

1. Узел отбора спирта. В промышленной ректификационной колонне эта деталь снабжена смотровым стеклом, которое позволяет определить скорость отбора спирта.
2. 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:

1. 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.
2. 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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Узел для отбора дистиллята.
6. 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.
7. Мелкие детали, чтобы соединить части.
8. Термометр.

Метод ректификации имеет и сторонников, и противников. Он может похвастаться следующими положительными сторонами:

1. На выходе получается крепкий спирт высокого качества, который не содержит вредных для здоровья человека примесей. Он станет прекрасной основой для любого алкогольного напитка.
2. Можно приготовить самогон с нужной органолептикой.
3. Прибор довольно просто сконструировать самостоятельно.

Винокуры отмечают недостатки:

1. Весь процесс ректификации длится долго. В час получается всего один литр дистиллята.
2. 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:

1. Коэффициент диффузии (прохождение паровой смеси через наполнитель колонны);
2. Концентрация возгоняемого вещества;
3. Площадь поверхности контакта в колонне;
4. 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:

1. Свойства разделяемой смеси: летучесть компонентов, состав смеси, взаимная растворимость компонентов.
2. Характеристика насадки: форма насадочного тела, способ укладки насадки, плотность заполнения колонны.
3. 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:

1. Материал колонны, в том числе и наполнитель, должны быть инертны по отношению к парам спирта;
2. Колонна должна быть оснащена регулируемым узлом отбора;
3. Наличие высокопроизводительного холодильника или дефлегматора;
4. 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.