Какие процессы происходят в колоннах аппаратах. Схема ректификационной колонны

Эту статью мы посвятим получению в домашних условиях чистого спирта из браги. Что возможно, если у вас только ректификационная колонна, созданная по всем правилам в промышленных условиях.

Рассмотрим множество нюансов, которые пригодятся домашнему винокуру, расскажем о том, как работать с этим оборудованием и о чем умалчивают производители, предлагая нам свои колонны.

Самогоноварение зародилось еще до нашей эры. Вначале оно было связано исключительно с дистилляцией.

Справка. Дистилляцией называют любой процесс, связанный с испарением жидкости, целью которого является разделение на компоненты. Например, аромамасла с древности получают дистилляцией.

Первые перегоночные аппараты и были созданы алхимиками-парфюмерами. История приписывает создание медных аламбиков и алькитар персам. Но и задолго до них (в египетских пирамидах) находили устройства, явно предназначенные для перегонки.

В XVI веке появляется много работ и «рацпредложений» относительно усовершенствования перегонных аппаратов. Появляются первые прототипы непрерывных колонн. Для обеспечения беспрерывной работы экспериментировали с песком, воском, водяными банями. Но сами колонны того времени все еще были с воздушным охлаждением. И лишь к концу века выявлено, что водяное охлаждение значительно эффективнее.

На протяжении века шло дальнейшее совершенствование перегонных аппаратов и к началу XVIII века созрела теория о возможности ректификации – повторного возвращения испаренной жидкости в куб и переиспарения для очистки и укрепления.

Результат проявился к 1813 г, когда французские изобретатели Берар, Адам и Перье получили патент на ректификационную колонну непрерывной работы. Что интересно, конструктивно промышленный ректификатор не меняется уже более двух веков. И сегодня спирт получают с помощью подобных устройств. Разве что электроники добавилось.

О том, чтобы получать чистый спирт у себя дома, самогонщики мечтают давно. И проводили в этом направлении не один эксперимент. Оказалось, что просто взять промышленную ректификационную колонну, работающую с тоннами сырья и уменьшить ее до мелких размеров невозможно.

Ни той продуктивности, ни качества продукта она не даст. Путь к современным бытовым ректификаторам завершился созданием ректификационной колонны для домашнего использования, с помощью которой удается получить практически чистый крепостью 96°.

Понятие ректификации

Ректификацией в химии называют процесс, при котором за счет тепло- массообмена происходит разделение жидкостей, состоящих из двух или более веществ на отдельные компоненты. Происходит разделение за счет различной массы и температуры кипения при многократном испарении и возвращении в емкость.

В промышленности ректификацию применяют для перегонки нефти (разделение ее на бензин, солярку, керосин), получения чистых компонентов воздуха (кислород, азот и т.п.). И, что нас наиболее интересует, — спирта.

Как происходит процесс?

Спиртовые пары, отрываясь от поверхности нагреваемой спиртосодержащей жидкости, устремляются по колонне вверх. Уже на пути к первичному холодильнику-дефлегматору они частично охлаждаются и тяжелые примеси, а с ними и вода, возвращаются обратно в перегонный куб.

Более легкие фракции следуют выше, к холодильнику-дефлегматору, оборудованному тарелчатыми элементами, на которых и происходит контактирование флегмы с испаренными веществами и окончательное разъединение жидкостей.

Для образования спирта без примесей и обеспечения безопасности вверху колонны давление, как в атмосфере, поэтому ректификатор обязательно оборудован специальной трубкой, чтобы не было перепада давления.

Важно. Если происходит снижение давления, уменьшается плотность пара при возрастании скорости испарения. Колонна захлебывается. И возможен взрыв.

Если же давление слишком возрастает, прекращается разделение смеси на фракции и падает скорость испарений.

Отличие от дистилляции

Бытовую РК нельзя считать полноценной заменой дистиллятору. Это скорее более качественный узел для повторной дистилляции, позволяющий переработать первичный спирт-сырец первого перегона на прямоточном дистилляторе в полноценный , лишенный сивухи, но и специфического запаха и вкуса, присущих так называемым ароматным самогонам.

И немного – о понятиях:

В домашних условиях мы получаем недоректификат – спирт крепостью до 96°. Но пугаться такого определения не стоит. Это означает только то, что настоящий ректификат имеет крепость 96,67°. А степень очистки и у недоректификата значительно превышает дистиллят.
Фракционная перегонка (дистилляция) предусматривает разделение конденсата на фракции , согласно температуры кипения. Первые составляющие – легкие, низкокипящие. В словаре самогонщика определены как головы. Вторые – тело, у них температура кипения близка к этиловому спирту – 78,4°С. Тело – самая объемная, питьевая часть. Хвостовые, последние фракции, обогащенные высококипящими веществами (сивушными маслами). При работе с ректификационной колонной также осуществляется разделение на фракции, но по другому принципу.
Флегма и ее число. От хорошего орошения конденсата флегмой, орошающей поступающий на тарелки (насадки) конденсат, зависит качество отбора спирта и возвращение ненужных примесей в куб. Флегмы должно быть в 10-20 раз больше, чем конденсата, чтобы разделение на компоненты было эффективным.

Плюсы и минусы метода

При правильно проведенной ректификации (а это набор параметров, которые нужно знать теоретически и применять на практике, корректируя под свои потребности) вы в домашних условиях получаете:

спирт-ректификат, пригодный для употребления внутрь, чистый, крепостью 96°;
учитывая, что для вы применяете спирт-сырец, полученный из сахара или растительного сырья, на выходе у вас алкоголь, зачастую превышающий по качественным показателям тот, что изготавливается промышленностью;
полученный спирт – прекрасная алкооснова для различных , ликеров.
в большинстве современных бытовых РК предусмотрена возможность не только ректификации, но и дистилляции. Поэтому при первом перегоне используйте дистиллятор, при втором – ректификатор.

Недостатки:

спирт-ректификат, произведенный в домашних условиях, лишен запаха исходного сырья;
как и произведенный на спиртзаводах, имеет сухой вкус и требует умягчения и улучшения вкусовых качество. Что, собственно, неизменно делают при производстве водок;
невысокая скорость перегона, что удлиняет процесс выгонки и требует большего расхода энергоносителя для нагрева и воды – для охлаждения;
трудно правильно определить, когда пора отбирать хвосты. Для этого требуется практика.

Что такое ректификационная колонна?

Незаменимое в быту устройство для тех, кто стремится пить своё и угощать гостей алкоголем домашнего изготовления, не содержащим вредных примесей.

По внешнему виду – высокая труба, установленная вертикально над перегонным кубом, переходящая в дефлегматор с проточным холодильником.

Устройство для отбора спирта находится примерно на высоте 2/3 колонны. Часто имеет собственный охладитель.

Свойства

Ректификационной колонне свойственны особенные, отличающиеся от обычного самогонного аппарата возможности. Она создана для укрепления и одновременной очистки от примесей спиртосодержащей жидкости ( или спирта-сырца). Чем выше труба-колонна, тем больше тяжелых примесей она способна вернуть обратно в колонну и не допустить их попадания в конечный продукт.

Конструкция РК и ее свойства делают получение в домашних условиях спирта крепостью 96° реальностью. И это – реальность, доступная каждому, кто будет следовать рекомендациям по использованию, приведенным в инструкции к колонне.

Принцип работы

В перегонный куб залейте спиртосодержащую жидкость. Оптимальной считается крепость около 40°, то есть эффективнее всего колонна работает, если в нее залить спирт-сырец. Но часто винокуры используют и брагу.

Внимание. Лучшего эффекта можно достигнуть по крепости и чистоте, если на ректификационной колонне перегнать брагу дважды. Во второй раз это и будет спирт-сырец.

Проверьте герметичность соединений, подключите подачу/отвод холодной воды.
Включите нагрев.
В зависимости от мощности нагрева фаза «работы на себя» — когда пары выходят из куба и возвращаются обратно в него же, длится полчаса-час. Процесс стекания флегмы и противодействие ему паров стремятся достичь равновесия.
После стабилизации температуры (на протяжении 10 минут) вверху колонны собираются головы, содержащие летучие соединения, включающие крайне ядовитый метилен и альдегиды. Головы при температуре около 70°С самостоятельно улетают через трубку, связующую колонну с атмосферой.

Важно. Вещества в процессе ректификации четко разделяются и не смешиваются между собой, а разделяются даже при незначительном (десятая градуса) отличии в температуре кипения. Поэтому в тело перегона другие компоненты, кроме этилового спирта, не попадают.

Фракции с высокой температурой кипения скапливаются внизу колонны. Постепенно, по мере испарения этилена поднимаются вверх. И постепенно начинают поступать в холодильник, а затем и в приемную емкость. Их определяют по температуре либо по запаху и собирают отдельно.

Опытные винокуры советуют отбирать хвосты в отдельные емкости по 100 мл., если вам нужно вернуть характерную органолептику спирту. Добавляйте к небольшому количеству, а по достижению нужного аромата и привкуса «перенесите» пропорции на всю массу.

Виды

Основных видов колонн ректификационного типа два:

Тарельчатые . Именно с помощью таких конструкций получают спирт в промышленных условиях. Есть и домашние варианты. Преимущество этого вида – тонкое разделение на фракции, в результате чего домашний ректификат совершенно лишен сивухи. Недостаток – громоздкость конструкции.
Насадочные . Условно они подразделяются на:

нерегулярные. Неупорядоченно (насыпью) наполненные инертным материалом (СПН), которые чаще всего изготавливаются в домашних условиях или готовыми металлическими мочалками-скребками. Колонны с ними легче по весу, обеспечивают больший контакт паров с флегмой. Но из-за высокого сопротивления возникают сложности при разделении паров с флегмой;
регулярные. Здесь насадками служат скрученные РПН Панченкова, листы со специальной перфорацией. Не создают избыточного давления, облегчается разделение веществ.

Чем отличается от самогонных аппаратов?

Для наглядности мы сделали специальную таблицу, из которой ясно, насколько отличаются между собой два способа, применяемые с целью получения крепкого спиртного в условиях кухни.

Показатели	Ректификация	Дистилляция
Получаемый алкоголь	Спирт-ректификат 96°	Самогон, ароматный дистиллят (зерновой, фруктовый и т.п.)
Высота аппарата в сборе	От 85 см до 1,5 метра	Как правило – до 80-85 см
Скорость перегона	От 650 мл на морально устаревших бытовых колоннах до 2 литров в час – на современных	От 1 л/час, если аппарат низкопродуктивный, до 7-10 л/час на установках высокого качества заводского изготовления
Нагрев куба	На различных плитах, включая индукционные (см. характеристики, могут отличаться). Для колонн чаще приходится применять отдельно стоящую плиту, поскольку под вытяжку стандартной кухни они не помещаются. Возможны варианты: ТЭН, парогенератор, водяной котел (куб в кубе).	Все перечисленные варианты. Преимуществом дистиллятора является небольшая высота. Всегда можно подобрать аппарат, который поместится под вытяжку над стационарной плитой.
Особенности конструкции	Сложная, состоит из нескольких модулей. Требует отдельного подключения воды к дефлегматору. Комплектуется дефлегматорами тарельчатого типа и насадками для отбора флегмы.	Простая. Прямоточный дистиллятор оборудован только кубом и холодильником. В качестве дополнительных навесов используются сухопарники и барботеры.
Безопасность	Требуется тщательное отслеживание температуры на обоих термометрах (на кубе и в дефлегматоре), давления и прочих параметров, иначе возможен взрыв.	Нельзя оставлять без присмотра, но не столь подвержен рискам, как ректификатор.
Перерабатываемая жидкость	Для обеспечения качественной работы ректификатора жидкость должна быть чистой от примесей, с крепостью от 35 до 45°. Лучше перегоняется не брага, а спирт-сырец – на дистилляторе. Хотя не возбраняется работать и с брагой. Главное, чтобы она была жидкой и фильтрованной.	Брага крепостью не выше 20°. При перегонке в кубе с парогенератором (водяной рубашкой) может быть густой.
Чистота продукта	При правильном перегоне – практически без примесей.	Высокое содержание сивушных масел даже при двойном перегоне. При дистилляции невозможно отобрать спирт без примесей.
Количество извлеченного спирта	До 100%. Теряется не более 1-2%	До 80%

Как выбрать?

Сегодняшние предложения в специализированных, а также интернет-магазинах позволяют выбрать именно тот аппарат, который подойдет для ваших нужд.

Вот несколько советов, которые вам помогут:

Безопасность – на первом месте. Поэтому серьезно отнеситесь к материалу как перегонного куба, так и колонны. Он должен быть инертным, не вступающим в реакции с компонентами браги или спирта-сырца. Лучший выбор – нержавеющая сталь, а также – медь.
Разборность конструкции. Есть прекрасные полностью разборные аппараты-трансформеры, которые можно использовать и как дистилляторы.
Система нагрева. При работе с ректификационной колонной необходима быстрая смена нагрева, поэтому лучшее решение – ТЭН с электроникой. Худшее – газовая плита.
Производительность. Средняя – 1 л/час при нагреве 1 кВт. От нее и отталкивайтесь.

Конструкция

Аппарат – ректификационная колонна обязательно имеет в составе:

перегонный куб. Емкость от 12 литров, хотя самые востребованные – от 20 л.;
царга — колонна (труба диаметром 40-50 мм), высотой до 1,8 м. Она и является основой конструкции;
насадкой для царги служат регулярные насадки Панченкова (часто – в совокупности с пружинками СПН). В быту применяют и сетки для мытья посуды;
узел отбора, расположенный в средней части колонны. Именно здесь скапливается «тело» — чистая спиртовая фракция 96-градусной крепости;
дефлегматор – это модуль с отдельным холодильником, в котором пары конденсируются, охлаждаются. Здесь проходит качественное разделение паров на отдельные вещества;
автоматика. Среди привычной – терморегулятор ТЭНа, электронные термометры, без которых не обойтись, сигнализаторы температуры и т.п. Есть и полностью автоматизированные колонны, но это оборудование весьма недешевое;
проточный холодильник – для окончательного охлаждения паров спирта и превращения его в жидкую фазу;
царга пастеризации – новое дополнительное устройство, относительно недавно появившееся на рынке винокуренного оборудования. Устанавливается выше царги, перед дефлегматором. Позволяет получать за один раз продукт, сравнимый по качеству с двойной ректификацией.

Для примера — ректификационная колонна Добрый Жар Маяк

Небольшой рейтинг аппаратов с РК

На первом месте Schnapser Х2 – универсальная система. Разборная, на кламповых соединениях. Немецкое качество и гарантия 10 лет. Рекомендована работа на индукционных плитах. Кубы на 12 – 50 литров. Стоимость 10990 – 16990 рублей. Для полноценной ректификации нужно еще докупить царгу высотой 45 см за 1590 р.

2 место за аппаратом «Добрый Жар» «Маяк» с кубами от 20 до 60 литров. Высота – 178 см. Стоимость: 19600 -28000 рублей. Конструкция разборная. Можно эксплуатировать в режиме потстилл для превращения браги в спирт-сырец с последующей ректификацией.

3 место — «Доктор Губер» — «Установка ректификации 2017» . С кубами 13 – 25 л. Стоимость 25200 – 27300. Без куба – 16320. Прекрасная установка высотой 1,4 метра. На третьем месте – из-за высокой цены.

4 место — Термосфера с ТЭНом и терморегулятором. Кубы от 12 до 30 литров. Стоимость 31300 – 38620 рублей.

5 место — разборная ректификационная колонна «Астра» на 10 и 20 литров с ТЭН. Можно эксплуатировать в режиме дистилляции или ректификации. Стоимость 14460 – 16100.

Наш рейтинг, естественно, неполный. Множество колонн можно купить отдельно от куба. Что особенно важно, если у вас уже есть перегонный куб известного производителя, с которым она совпадает. Приобретя спецоборудование, вы сможете иметь дома чистый спирт и прекрасные напитки на его основе.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Любители приготовления домашних спиртных напитков со временем приходят к необходимости повышения качества. Лучшим решением является получение чистого спирта и разбавление его по требуемому рецепту.

Получить чистый спирт поможет ректификационная колонна. Совсем недавно информация о домашней ректификации была недоступной, сегодня большое количество специализированных форумов и блогов подробно освещает процесс домашней ректификации и постройки соответствующего оборудования.

Ректификация — процесс очистки спирта от легких эфирных и тяжелых сивушных составляющих, избавление продукта от глюкозы, сахаров и кислот. Процесс ректификации позволяет получить чистый этиловый спирт до 96°.

Получившееся сырье применяется в технических, медицинских целях, а также для приготовления высококачественного спиртного.

Справка. Чтобы без ошибок сделать аппарат своими руками, нужно понимать физику и химию процессов ректификации.

Спирт-сырец или брага нагреваются в кубе. Пары поднимаются по царге, самые тяжелые части конденсируются в нижней части набивки и стекают в куб. Пары полегче поднимаются выше набивки, конденсируются и стекают в куб. Новая порция паров поднимается, нагревает уже стекающую флегму, из нее испаряются легкие фракции — вступает в силу основополагающий принцип тепломассообмена.

Самые легкие частицы достигают холодильника Димрота, где охлаждаются и стекают. Когда в ректификационной колонне пары «выстроились» по этажам в соответствии с плотностью, начинается отбор спирта в верхней части колонны. Начинающие ректификаторы допускают ошибку именно на этом этапе — или допускают «захлеб» — излишнее возникновение флегмы, или отбирают много продукта, тогда страдает «этажность» и получившийся спирт будет с примесями.

Сделать ректификационную колонну в домашний условиях довольно сложно. Серьезные производители подробно рассчитывают и испытывают свой товар, прилагают подробную инструкцию. Перед самодельщиком стоит выбор:

Повторить задумку популярных производителей, скопировать уже существующий аппарат. При необходимости в проверенные схемы можно внести правки и доработки.
Сконструировать свою схему, отличающуюся от прочих.

Из чего состоит ректификационная колонна, и ее чертеж?

Домашний мастер может изготовить царговую ректификационную колонну. Она прощает многие ошибки, и результат будет гарантирован.

Чертеж ректификационной колонны

Перегонный куб

Это емкость, куда встраиваются нагреватели, испаряется брага или спирт-сырец.

Характеристики емкости:

Прочность. Вес ректификационной трубы будет приходиться на крышку, поэтому куб должен быть жестким.
Химическая нейтральность к спирту. Идеальный материал — пищевая хромникелевая сталь (нержавейка).
Удобность. Емкость нужно поднимать, перемещать, сливать из него барду (перегон). Объем емкости рассчитывается в зависимости от требуемой производительности аппарата, мощности нагревателей.
Утепление. Теплопотери должны быть минимальны. поэтому и стенки, и дно должно быть «упаковано» в утеплитель без мостиков холода.

Царга для самогонного аппарата

Царга — это труба, которая устанавливается на куб. По сути, это и есть основной каркас ректификационной колонны. Существует тарельчатая царга, но она редко применяется в домашних условиях.

Характеристики:

Прочность. Толщина стенки царги обычно принимается от 1 до 1.5 мм. Это создает достаточную прочность при небольшом весе.
Химическая нейтральность.
Утепление. Чтобы выстроить в колонне пары различных фракций «по этажам», царга должна быть хорошо утеплена. Отлично подойдет рукав из вспененного полипропилена или лотки из пенополистирола, применяемые в сантехнике.
Разборность. Для удобства чистки и хранения царгу можно сделать разборной — из колен 30-40 см. Это позволит регулировать высоту аппарата, что влияет на скорость и качество продукции.
Наличие смотровых стеклянных участков.
Диаметр. Если это тонкая трубка (до 2 дюймов), набивка не нужна — все процессы происходят на стенках. Такая колонна называется пленочной. Диаметры выше требуют применения насадки — уплотнительной набивки для повышения площади тепломассообмена.

Набивка или насадка

Набивка нужна для осаждения флегмы, ее повторного испарения. Главная характеристика набивки — площадь. В качестве набивки применяют камни определенных пород, сито из нержавеющей стали, стружечные спирали из нержавейки.

В продаже есть много уже готовых решений, домашние мастера придумали различные недорогие варианты-заменители. Чаще всего для замены заводским набивкам используются металлические сеточки для мытья посуды или металлическая стружка.

От объема и плотности насадки зависит выстраивание паров по этажам. Если в колонне используется мелкая стружечная призматическая насадка, нужно сделать решетчатую опору, чтобы насадка не попадала в куб.

Охладитель Димрота

Вверху ректификационной колонны находится охладитель — трубка, свитая в спираль.

По ней циркулирует холодная вода. Он полностью охлаждает все легкие пары. Характеризуется плоскостью наклона, мощностью, длиной.

Узел отбора

Он служит для того, чтобы отобрать спирт из верхнего «этажа». Отбор осуществляется не полностью, большая часть флегмы возвращается в царгу. Соотношение забранного продукта к вернувшейся в царгу флегмы называется флегмовым числом.

Чам выше флегмовое число, тем меньше производительность аппарата, тем чище получается продукт.

Существуют три вида отбора:

По браге. узел отбора находится выше холодильника Димрота, и улавливает прорвавшиеся пары. Они доохлаждаются в дополнительном проточном холодильнике.
По жидкости. Охладившаяся флегма «верхних этажей», капая с холодильника, отбирается через наклонные плоскости или отстойник.
По пару. Часть пара поднимается вверх, к Димроту, а часть устремляется к дополнительному холодильнику, где конденсируется. Обеспечивается стабильное флегмовое число, не изменяемое в течении всего времени перегонки.

Дополнительный холодильник

Несет вспомогательную функцию.

Что делает:

доохлаждает получившийся продукт,
осаждает случайно попавшие пары,
охлаждает готовый продукт.

Подробнее о том, что из себя представляет ректификационная колонна, и каков принцип её работы, вы узнаете из этого видео:

Выбор конструкции

Размеры и конструкция аппарата зависит от ряда факторов:

Требуемая производительность. при большей производительности царга с набивкой будет выше и шире — пара проходит больше. Охладитель и узел отбора также должны обеспечить достаточную эффективность. Минимальная длина царги — 1.5 метра, лучше сделать ее разборной из трех колен — 1 метр, 0.2 метра, 0.5 метра. это позволит использовать аппарат как для дистилляции, так и для ректификации.
Возможные размеры. Часто домашние ректификационные колонны ограничены в размерах из-за высоты потолка. Сэкономить место поможет смещение холодильника димрота в верхней части аппарата, или размещение его перпендикулярно царге (молот Тора).
Доступ к технологиям металлообработки. Аппарат из нержавеющей стали прослужит долго и не будет окислять спирт, но для соединения деталей потребуется аргоновая сварка или электроды по нержавейке. Варить нержавейку сложно. При возможности можно применять лабораторное термостойкое стекло, но оно слишком хрупкое. Отличный вариант для самодельщика — медь. Она легко паяется газовой горелкой, в продаже есть большое количество
Объем заправляемого сырья. Чем больше применяемый куб, тем выше должна быть производительность. Испарение спирта происходит при 75 — 80 °С, снижение температуры снизит скорость процесса.
Бюджет. При минимальном бюджете рассматривать надо простую, но эффективную конструкцию с механическими регулировками. Если бюджет не стеснен, аппарат дополняется точными игольчатыми кранами, дополнительными узлами и автоматикой управления.

Для домашнего дистиллирования наиболее простой будет колонна с кубом до 50 литров со встроенными ТЭНами мощностью 3 Квт. Диаметр колонны 32 мм, узел отбора по жидкости по мотивам конструкции Алекса Бокакобы, холодильник Димрота, вставленный выше узла отбора.

Дополнительный охладитель не нужен, вместо него отлично служит пластиковая трубка длиной 1.5 метра, охлаждаемая воздухом. В качестве насадки можно использовать насадку Панченко, СПН или металлические нержавеющие мочалки для посуды. Все соединения производятся на недорогие сантехнические резьбовые соединения.

Оптимальные расчеты

Расчет колонны начинается с определения следующих параметров:

Возможная высота. Практика показывает, что для домашнего аппарата оптимальной будет высота в 1.5 — 2 метра. Если в роли нагревателя используется газовая плита, высота царги будет 1.2 — 1.5 метра. Диаметр зависит от высоты, среднее соотношение — 1/50. К примеру, царга 1.5 метра должна быть не больше 32 мм. (округляем до стандартных труб).
Мощность ТЭНа или нагревателя. Царга 1.5 метра будет иметь производительность примерно 300 мл/час, что соответствует 300 ватт мощности ТЭНа. Мощность нагревателя должна быть достаточной для нагрева до 70 °С объема браги в течении 1 часа, а также иметь возможность оптимального регулирования.
Объем куба. Это утепленная емкость с удобным размером, транспортабельная. Для экономии высоты помещения диаметр и высота должны быть примерно одинаковыми. От объема куба зависит количество нагретых паров. Для домашнего использования удобны кеги из-под пива 25, 30, 50 литров. Алюминиевые бидоны или бачки лучше не использовать — алюминий быстро корродирует.
Мощность охладителей. Охладитель должен полностью справляться с конденсированием паров при минимальном протоке воды. Точной формулы расчета мощности охладителя не существует, количество витков и длина подбирается опытным путем. Для нашей конструкции вполне достаточно 30 сантиметров плотно навитой спирали из трубки 6 мм. Лучше изготовить холодильник с запасом мощности и регулировать скоростью подачи холодной воды.

Как сделать из фитинговой сантехники в домашних условиях?

Действия следующие:

Закупаем материалы — 2 метра трубы 32 мм из меди; олово для пайки; 15 см медной трубки диаметром 8 мм, 2 метра трубки 6 мм; игольчатый кран, пластиковый шланг диаметром 8 мм. Приобретаем готовую насадку или заменитель — керамический гравий, металлическая мочалка. Наиболее простые соединители — клампы или латунная резьба.
Делаем царгу. Делим трубу на отрезки 1 метр, 0.3 метра, 0.5 метра. Отрезок 10 сантиметров припаиваем к крышке куба, вставляем сеточку для задержки насадки. На каждый стык припаиваем кламповое соединение или сантехническую резьбу из меди или латуни.

Собираем узел отбора по мотивам Алекса Бокакоба. На трубке длиной 0.3 метра ближе к нижнему краю делаем два угловых пропила под 30 — 40 градусов. В пропилы вставляем пластинки из меди, обрезаем и запаиваем. Сверлим отверстие для трубки отбора жидкости, отверстие должно находиться внизу «кармашка» нижней пластинки. На трубку отбора припаиваем резьбу для игольчатого крана, который будет регулировать отбор. Сбоку и чуть выше отверстия отбора вставляем трубку «прямотока». Он нужен, чтобы контролировать флегмовое число. Прямоток проводит флегму из «кармашка» отбора ниже, флегма капает в центр насадки. Средняя часть прямотока выполнена из прозрачной пластиковой трубки.

Собираем охладитель , для чего плотно навиваем медную трубку, набитую песком на штырь диаметром 12 мм. Штырь извлекается, песок вытряхивается и выдувается. Получается спираль, один конец которой нужно продеть внутрь. Начало и конец трубки продевается в латунный «стаканчик» с резьбой и запаиваются — это пробка. Получившийся холодильник вставляется выше узла отбора, капающая флегма собирается наклонными плоскостями.

Перед применением засыпаем насадку в царгу. Насадка не должна плотно закупоривать трубу, пар должен свободно проходить через нее.

При желании можно сделать проточный доохладитель. Он состоит из двух трубок, диаметром 10 и 12 мм. Длина тонкой трубки на 3 см. короче, чем толстой. Трубки вставляются одна в другую и торцы запаиваются. К толстой трубке припаиваются вход и выход холодной воды.

Колонна собрана и готова к использованию. Перед применением детали лучше промыть слабым раствором уксусной кислоты при помощи ершика.

Посмотрите видео, в котором показано, как собрать ректификационную колонну своими руками:

Режимы работы

Режимы следующие:

Нагрев браги до 72 -75 °С. Охладитель Димрота работает с минимальной мощностью.
Прогрев колонны и выстраивание «этажей» конденсации флегмы. На протяжении всей колонны идет активный барботаж и паромассообмен. Важно не допустить перенасыщения колонны, иначе будет «захлеб» — флегма закупорит весь диаметр царги. Подбираем мощность нагревателей так, чтобы возле узла отбора температура была 71 — 75 °С.
Начало отбора. При отборе по жидкости неизбежно нарушается стройная пирамида в царге, поэтому флегмовое число нужно будет корректировать. Плотность пара постепенно падает, инстенсивность отбора также. Первая отобранная жидкость — «головы» — содержат летучие эфирные составляющие. Объем голов доходит до 20 % от планируемого содержания спирта.
Отбор основного товарного спирта идет до появления запаха сивушных масел.
При желании вытянуть из сырья все возможное , вытягиваем «хвосты» — последнюю часть спиртсодержащих паров. В них большое количество сивушных масел, хвосты смешиваются в «головами» и применяются при дальнейших ректификациях.
Завершение ректификации — выключение нагревателя, остывание труб.

Весь цикл в в зависимости от желаемого качества продукции может продолжаться сравнительно долго — от 8 часов до 2 суток.

Средняя производительность собранной нами колонны — 250-300 мл. 96° спирта в час.

Нужно ли проектировать оборудование?

Процесс расчета, сборки и испытаний самодельного оборудования приносит огромное удовольствие. Результат после правок и доработок будет гарантирован. Однако первые трудности или неудачи способны остудить пыл начинающих ректификаторов.

В итоге самостоятельного конструирования на результат влияют даже незначительные нюансы — плотность набивки, угол наклона, диаметр трубок Димрота… В случае, если нужен быстрый и гарантированный результат — лучше приобрести готовый аппарат от производителя. При покупке важно знать устройство, продуктивность и назначение аппарата, чтобы не купить подделку или неэффективный прибор.

Ректификационная колонна разработана почти 200 лет назад и за свою историю исправно послужила людям для получения очищенных жидкостей различного типа.

Основное назначение такой установки – это промышленное производство (нефтепереработка, химическая индустрия, нефтехимия, пивоварение и т.д.).
В быту небольшие устройства активно используют любители качественного самогона. Покупные или самодельные колонны позволяют получить практически чистый спирт в домашних условиях.

Как работает это устройство подробно рассмотрим в данной статье.

Ректификационный аппарат колонного типа или просто ректификационная колонна представляет собой вертикально установленный цилиндр, внутри которого с помощью различных устройств и узлов достигается очистка жидкостей.

Важно! Механизм очистки основывается на процессе ректификации, т.е. разделении многокомпоненных смесей в результате теплового и массового обмена контактирующих потоков пара и жидкости.

Любая жидкость неоднородного состава представляет собой смесь нескольких компонентов.

Так самогон является смесью этилового и других спиртов, эфиров, альдегидов, сивушных масел и других веществ:

Каждый компонент имеет свою температуру кипения и удельный вес.
По последнему показателю производится распределение на легкие и тяжелые фракции.
При нагревании до температуры кипения жидкость превращается в пар, который также характеризуется разным удельным весом, определяющим их летучесть.
Жидкости с низкой температурой кипения (низкокипящие) выделяет легколетучий пар, а высококипящие компоненты – труднолетучие пары.

Процесс ректификации основывается на противоположном направлении потоков пара и жидкости (флегмы, образующейся в результате конденсации пара), что видно на схеме.

Пар устремляется вверх, а жидкость скатывается вниз. Эти естественные потоки в вертикальном цилиндре контактируют друг с другом, что по законам физики сопровождается тепловым и массовым обменом, стремящимся уравновесить систему.

Пар, поднимаясь по трубе, обогащается легколетучими компонентами, теряя более тяжелые, труднолетучие ингредиенты, которые растворяются и конденсируются в менее нагретой жидкости и устремляются вместе с ней вниз.
При достаточной высоте цилиндра до верха должен дойти только один, самый легколетучий пар.
Здесь его можно искусственно конденсировать, превращая в однородную жидкость.
Жидкость, стекаемая в нижнюю часть, опять подвергается разогреву, и стартует новый цикл ректификации.

Таким образом, обеспечивается многократность процесса, что позволяет, в конце концов, максимально очистить всю жидкость, выделив наиболее легкую фракцию. В нефти это бензин, в самогоне – этиловый спирт.

Принцип работы

Ректификационная колонна позволяет реализовать процесс ректификации на практике. Конструктивно она представляет собой цилиндр, в котором располагается куб, куда подается и где разогревается жидкость, и дефлегматор, где образуется жидкий конденсат (флегма).

Кроме того, предусматриваются контактные элементы, обеспечивающие процесс конденсации, сбора жидкости и повторного испарения.

Работает ректификационная колонна следующим образом:

Куб заполняется исходным сырьем (примерно на 2/3 объема) и разогревается до температуры кипения жидкости.
Испарение поднимается вверх, а встретившись с дефлегматором, частично конденсируется, превращаясь в флегму, которая стекает по стенкам цилиндра вниз.
Данный процесс по мере подъема пара по цилиндру происходит несколько раз, причем вначале конденсируются наиболее тяжелые фракции. До верха колонны доходит самая легкая фракция.
Во время работы установки, в ее цилиндре одновременно находятся пары, флегма, исходное сырье и очищенный, конечный продукт. Пары и флегма создают взаимнопротивоположные потоки.
В начальный период (до стабилизации процесса) рекомендуется не производить отбор конечного продукта, который обогащает флегму и ускоряет достижения равновесного режима тепломассообмена.

Справка! Эффективность работы колонны можно выразить флегмовым числом, т.е. отношением объема флегмы к количеству отводимого готового продукта.

Для стабильной работы установки этот показатель поддерживается на уровне 3, что обеспечивает при обороте не более 25% очищенной жидкости.

Флегма, опустившись вниз, опять нагревается до кипения. Очередная порция пара поднимается вверх, начиная новый цикл.

Если очищается самогон, то в самом низу колонны с самого начала процесса оседают самые тяжелые компоненты (сивушные масла).

Более легкие фракции (метиловый спирт, эфиры, альдегиды) распределяются вдоль трубы. Они постепенно стекают вниз при уравновешивании температуры в течение 9-12 минут. Общая продолжительность разогрева куба составляет 25-55 минут.

Разница между дистилляцией и ректификацией спирта

Наиболее распространенными способами очистки жидкостей являются дистилляция и ректификация . Эти технологии во многом похожи, что порой вызывает совмещение понятий, что совершенно неверно.

Принципиальные различия в механизме процесса приводят к тому, что конечный продукт при ректификации имеет значительно более глубокую очистку и высокое качество по сравнению с дистилляцией.

Дело в том, что при дистилляции даже не кипящая жидкость частично испаряется, а значит, в любом случае, определенное количество различных фракций оказывается в очищенной жидкости. Для того чтобы достичь хорошего качества, требуется проведение до 6-7 процедур.

Ректификация обеспечивает получение чистого, однородного продукта за один проход. При очистке самогона указанный эффект существенно сказывается на крепости:

Так при одной дистилляционной перегонке она не превышает 35-40%, при двух – до 50-55%, трех – до 70%.
Крепость 90-95% (спирт) достигается после не менее 5 перегонок.
Ректификационная колонна позволяет получить практически чистый спирт за один цикл. Кроме того при дистилляции сохраняется вкус и запах исходного сырья.

Способ дистилляции имеет и определенные положительные стороны:

Даже многочисленные перегонки при соблюдении технологии позволяют терять не более 20-22% жидкости.
Потери в ректификационных установках значительно выше – могут достигать 32-35%.
Надо отметить и простоту технологии. Ректификация требует значительно более сложного и дорогостоящего оборудования.

Посмотрите видео, в котором опытный самогонщик сравнивает процессы дистилляции и ректификации и дает советы по выбору аппарата для перегонки самогона:

Важные характеристики колонны

Общий принцип конструирования современных ректификационных колонн сохраняется неизменным. Целью совершенствования установок становится повышение производительности, глубины очистки, выхода и стабильности качества конечного продукта.

Решение поставленных задач достигается движением в нескольких направлениях.

Размеры и материалы

Для соблюдения всех технологических режимов важно иметь максимально возможную высоту рабочего цилиндра, а также оптимальное сочетание ее с диаметром.

По размеру различаются:

промышленные,
бытовые установки.

Для домашних условий необходимы миниатюрные аппараты.

Их высота находится в пределах 1,2-1,6 м. При меньших размерах качественного разделения фракций достичь невозможно. Диаметр трубы может составлять от 3-5 см до 0,3-0,5 м.

Важно! Самый лучший материал для изготовления колонны – нержавеющие сплавы с разрешением использования в пищевой промышленности. Они не выделяют вредных веществ при любых, агрессивных воздействиях.

Нагревательная система

При организации нагрева куба с сырьем важное значение имеют 2 фактора:

достаточная мощность,
возможность плавной регулировки.

Газовый источник энергии сложно регулировать, а потому чаще используются электрические нагревательные элементы (ТЭНы). Нормальная мощность устанавливается из такого расчета 4 кВт на куб объемом 50 л.

Производительность

Она напрямую связана с мощностью ТЭНов и размеров колонны. Чем быстрее будут передвигаться потоки по трубе, тем выше производительность.

Кроме того, она повышается при использовании непрерывной технологии, для чего предусматриваются специальные приспособления для подачи сырья и своевременного отвода готового продукта.

Качество очистки

Оно зависит от количества одновременно протекающих процессов конденсации за один проход цилиндра, что определяется количеством соответствующих контактных элементов.

В хороших установках устанавливается не менее 7-8 таких зон.

Контроль процесса

Для обеспечения необходимого контроля во всех зонах устанавливаются термометры. Для поддержания стабильного режима монтируется автоматическая система.

Давление

Ректификационный процесс будет протекать нормально при поддержании стабильного внутреннего давления в интервале 725-785 мм.рт.ст.

При этом повышенное давление обеспечивается в нижней части, где накапливаются тяжелые фракции, а минимальное – наверху, куда направляется легкий пар.

В промышленных установках вверху колонны вообще может создаваться вакуум, но наиболее рационально поддерживать нормальное атмосферное давление.

При эксплуатации ректификационных колонн надо учитывать, что наиболее активно процесс протекает при стабилизации условий и равенстве температур встречных потоков.

Быстрота стабилизации режима считается одним из важнейших показателей качественной, современной установки.

Контактные устройства (тарелки и насадки)

Контактные элементы в ректификационной колонне участвуют в формировании баланса жидкости и пара, а также в концентрации пара.

Каждый такой элемент ограничивает определенную зону, в которой протекает своеобразный цикл дистилляции – испарение и последующая конденсация отдельной фракции , при этом часто пара пересекает эту границу и движется вверх, вовлекая в свой поток легколетучие компоненты.

В любой подобной зоне устанавливается определенное равновесие.

Справка! Основной эффект обеспечивается за счет увеличения площади фазных контактов, что активизирует тепловой и массовый обмен.

Основными являются следующие контактные элементы:

Теоретическая тарелка . По сути это сформированная равновесная зона без установки дополнительной детали. Для получения хорошо очищенного алкогольного напитка организуется от 24 до 32 таких зон.
Физическая тарелка. Это реальная деталь тарельчатой формы, в которой накапливается жидкостный слой. Пар вынужденно проходи сквозь него, что проявляется многочисленными пузырьками. Данный вариант обеспечивает достаточно большую контактную площадь. Для получения полноценного, чистого спирта в колонне надо установить до 45-55 физических тарелок.
Насадки. Данные контактные элементы в основном предназначены для обеспечения процесса конденсации пара. Они гораздо меньше, чем тарелки, оказывают сопротивление паровому потоку. В колоннах может использоваться несколько разновидностей – кольцо, сетка, спираль. В самодельных аппаратах нередко ставится «решето» — диск с многочисленными отверстиями. Одним из лучших материалов для насадок считается медь. Можно применить медные сплавы или алюминий.

Тарельчатые контактные элементы монтируются в основном в промышленных колоннах, имеющих большую высоту и достаточный диаметр для их установки.

В бытовых аппаратах (покупных и самодельных) приоритет отдается насадкам, которые можно закрепить в трубе диаметром 4-5 см.

Как добиться лучшего результата?

При эксплуатации ректификационной колонны требуется соблюдать определенные меры, позволяющие добиваться нормального режима ее работы и получения качественного конечного продукта.

Особо следует выделить мероприятия в следующих направлениях.

Исключение «захлебывания» установки

Эта «болезнь» связана с замедлением и прекращением стекания флегмы, что приводит к ее накоплению в цилиндре и блокированию парового потока. В результате «захлебывания» внутри колонны повышается давление, появляется громкое булькание и шум.

Явление может провоцироваться такими причинами:

Превышение допустимой скорости движения парового потока, что может вызываться чрезмерным нагревом жидкости в кубе;
Излишнее наполнение куба исходным сырьем или засоры в нижней зоне трубы;
Слишком маленькое давление в нижней части колонны, что характерно для высокогорных условий;
Повышение напряжения в питающей электросети, что вызывает незапланированное повышение мощности нагревательного элемента;
Нарушения в конструкции или технологии.

Избежать данного неприятного явления помогает установка автоматического контроля и регулирования процесса. Особое внимание уделяется нагреву сырья и наполнению куба.

Своевременное выведение готового продукта и оседающих тяжелых фракций

В первом случае, методика проста – на начальном этапе (до стабилизации температуры и давления) только четверть легколетучих паров конденсируется с конечным продуктом и выводится наружу, а далее – отводится максимальный его объем.

Появление осадка из тяжелых фракций выявлять сложнее. Ориентироваться приходится на запах и цвет жидкости в самом низу колонны.

Правильная подготовка установки к пуску

Перед началом ректификации необходимо проверить состояние аппарата, прежде всего, герметичность колонны. Для проверки перекрывается вывод готового продукта и закачивается холодная вода.

Только убедившись в герметичности установки можно приступать к заливке сырья и нагреву куба.

Не следует ждать от бытового аппарата чудес и замены им самогонного аппарата. Минимальная крепость исходной жидкости должна быть не меньше 30%, в противном случае на выходе не получится продукт, по крепости близкий к чистому спирту.

Важно! Не следует в куб заливать брагу, не прошедшую первичную дистилляцию.

При изготовлении установки своими руками нельзя допускать потери тепловой энергии через корпус колонны. Особенно важно защитить нижнюю часть, т.е. зону до первого дефлегматора.

пенопласт,
пеноизол,
современные фольгированные утеплители.

Ректификационные колонны позволяют глубоко очистить жидкости или выделить легкую фракцию. В промышленных условиях они находят применения во многих отраслях, в т.ч. с их помощью обеспечивается нефтепереработка, изготавливается качественный спирт.

В домашних условиях такие установки пригодны для получения очень крепких, качественных спиртных напитков из самогона. При правильной эксплуатации они совершенно безопасны и эффективны.

Видео обзор

В самогоноварении роль ректификационной колонны велика — с ее помощью можно получить чистый, качественный и безопасный спирт. К сожалению, устроен этот аппарат довольно сложно.

Разобраться с конструкцией и принципом работы аппарата для перегонки самогона поможет видео:

Благодаря особому строению ректификационной колонны становится возможным практически полностью очистить конечный напиток от сивушных масел и примесей. В отличие от дистилляции качество самого сырья не имеет такой ключевой роли, поскольку органолептика в конечном напитке практически отсутствует. В результате получается спирт крепостью до 96,6% с бедной органолептикой, однако чистый. Использовать его можно для производства водки и различных настоек.

Рассмотрим принцип устройства ректификационной колонны, и из каких частей она состоит.

Ректификационная колонна, чертеж

Ректификационная колонна, принцип работы

Ректификация - это разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счёт противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью. Части ректификационной колонны обеспечивают последовательный процесс:

Испарительный куб - хранение и нагрев кубовой жидкости
Колонна - тепломассообмен внутри самой колонны за счет насадки
Дефлегматор - конденсация паров, образование флегмы
Узел отбора - отбор флегмы и ректификата

Рассмотрим работу каждой части в отдельности.

Испарительный куб

Это емкость, в которой хранится и нагревается брага или дистиллят. Также ее называют кубовой жидкостью. Нагреваясь, жидкость испаряется, и пар поднимается вверх по колонне, где разделяется на фракции. Одновременно куб служит основанием для колонны. Куб можно нагревать на обычной или . На индукционной - быстрее и безопаснее.

Также в качестве источника тепла в некоторых моделях используется .

Обычно сначала перегоняется брага, чтобы получить спирт-сырец. Колонну надо перевести в режим дистиллятора, то есть максимально открыть кран отбора. После этого спирт сырец перегоняется еще раз, на этот раз медленно и с отбором пищевой фракции.

На кубе расположен термометр, чтобы контролировать температуру кубовой жидкости. При достижении в кубе 60-70°С необходимо подать охлаждающую жидкость, чтобы пары могли конденсироваться. При достижении 70°С, мощность нагревательного элемента надо уменьшить и оставить при таком значении до завершения ректификации.

Царга

Царга - это тело колонны, ее центральная часть. Тепломассообмен, который составляет принцип действия ректификационной колонны, протекает именно здесь. Именно она делает процесс ректификации возможным:

Жидкость в кубе испаряется, и по колонне пар поднимается наверх
Наверху расположен дефлегматор (холодильник), в котором пар конденсируется
Дистиллят стекает вниз по дефлегматору и по стенкам колонны
Жидкость контактирует с паром на стенках насадки, которой заполнена колонна
В результате тепломассообмена в верхней части колонны скапливается наиболее легкокипящая фракция
Легкокипящая фракция конденсируется в холодильнике и поступает в канал отбора.

Колонна может собираться из нескольких царг. Чем выше колонна, тем интенсивнее проходит тепломассообмен, и тем чище разделяется жидкость на фракции. Внутри колонна заполнена насадкой: СПН или РПН. Без насадки тепломассообмен невозможен.

Чтобы ускорить процесс ректификации, можно использовать . Стенки колонны подогреваются, поэтому флегма, которая не контактирует с насадкой, испаряется со стенок. В результате процесс ускоряется, а степень очистки повышается.

Дополнительно с колонной могут использоваться . На её поверхности также происходит тепло-массо-обмен между горячим паром и холодной флегмой. Степень очистки растёт.

Насадка ректификационная

Ректификационная насадка - это универсальный инструмент, который состоит из узла отбора и холодильника. В холодильнике происходит конденсация паров спирта, которые возвращаются вниз в виде флегмы. Узел отбора позволяет контролировать количество спирта, которое выходит из колонны. Контролируя этот объем, можно изменять качество спирта, то есть степень его очистки. Чем медленнее идет процесс, тем чище получается спирт.

Насадку можно купить в готовом виде или по отдельности.

Узел отбора спирта

Используется, чтобы повысить качество очистки

Автоматика для ректификационной колонны

Ректификация требует постоянного контроля, чтобы головная и хвостовая фракции не попали в пищевую часть. Этот процесс можно облегчить, используя БУР - блок управления ректификацией. Блок будет ограничивать отбор ректификата в соответствии с заданной программой, чтобы хвостовая часть не смешалась с пищевой. Так вы можете отойти от колонны, не боясь, что хвосты попадут в чистый ректификат.

БУР - это необязательная часть ректификационной колонны, однако работать с ним гораздо удобнее.

Что дальше

Полученный на выходе спирт-ректификат будет иметь жесктий вкус. Спирт надо разбавить, отфильтровать и дать настояться. Для очистки спирта можно использовать , это называется . В результате углевания спирт приобретает более мягкий вкус, уголь связывает остатки сивушных масел, которые в небольшом количстве проникают в напиток дяже при дробном отборе на ректификационной колонне. Именно так готовится классическая русская водка.

После сортировки (разбавления) и углевания спирту надо отдохнуть в стеклянной ёмкости несколько дней.

Подробнее об устройстве и работе ректификационной колонны читайте в соответствующей карточке товара.

Цель статьи – разобрать теоретические и некоторые практические аспекты работы домашней ректификационной колонны, нацеленной на получение этилового спирта, а также развеять самые распространенные в Интернете мифы и разъяснить моменты, о которых «умалчивают» продавцы оборудования.

Ректификация спирта – разделение многокомпонентной спиртосодержащей смеси на чистые фракции (этиловый и метиловый спирты, воду, сивушные масла, альдегиды и другие), имеющие разную температуру кипения, путем многократного испарения жидкости и конденсации пара на контактных устройствах (тарелках или насадках) в специальных противоточных башенных аппаратах.

С физической точки зрения ректификация возможна, поскольку изначально концентрация отдельных компонентов смеси в паровой и жидкой фазах отличается, но система стремится к равновесию – одинаковому давлению, температуре и концентрации всех веществ в каждой фазе. При контакте с жидкостью пар обогащается легколетучими (низкокипящими) компонентами, в свою очередь, жидкость – труднолетучими (высококипящими). Одновременно с обогащением происходит обмен теплом.

Принципиальная схема

Момент контакта (взаимодействия потоков) пара и жидкости называется процессом тепломассообмена.

Благодаря разной направленности движений (пар поднимается вверх, а жидкость стекает вниз), после достижения системой равновесия в верхней части ректификационной колонны можно по отдельности отобрать практически чистые компоненты, входившие в состав смеси. Сначала выходят вещества с более низкой температурой кипения (альдегиды, эфиры и спирты), потом – с высокой (сивушные масла).

Состояние равновесия. Появляется на самой границе разделения фаз. Достигается только при одновременном соблюдении двух условий:

Равное давление каждого отдельно взятого компонента смеси.
Температура и концентрация веществ в обеих фазах (паровой и жидкой) одинакова.

Чем чаще система приходит в равновесие, тем эффективнее тепломасообмен и разделение смеси на отдельные составляющие.

Разница между дистилляцией и ректификацией

Как видно на графике, из 10% спиртового раствора (браги) можно получить самогон 40%, а при второй перегонке этой смеси выйдет 60-градусный дистиллят, при третьей – 70%. Возможны следующие интервалы: 10-40; 40-60; 60-70; 70-75 и так далее до максимума – 96%.

Теоретически, чтобы получить чистый спирт, требуется 9-10 последовательных дистилляций на самогонном аппарате. На практике перегонять спиртосодержащие жидкости концентрацией выше 20-30% взрывоопасно, к тому же из-за больших затрат энергии и времени экономически невыгодно.

С этой точки зрения, ректификация спирта – это минимум 9-10 одновременных, ступенчатых дистилляций, которые происходят на разных контактных элементах колонны (насадках или тарелках) по всей высоте.

Отличие	Дистилляция	Ректификация
Органолептика напитка	Сохраняет аромат и вкус исходного сырья.	Получается чистый спирт без запаха и вкуса (проблема имеет решение).
Крепость на выходе	Зависит от количества перегонок и конструкции аппарата (обычно 40-65%).	До 96%.
Степень разделения на фракции	Низкая, вещества даже с разной температурой кипения перемешиваются, исправить это невозможно.	Высокая, можно выделить чистые вещества (только с разной температурой кипения).
Способность убрать вредные вещества	Низкая или средняя. Для повышения качества требуется минимум две перегонки с разделением на фракции хотя бы при одной из них.	Высокая, при правильном подходе отсекаются все вредные вещества.
Потери спирта	Высокие. Даже при правильном подходе можно извлечь до 80% от всего количества, сохранив приемлемое качество.	Низкие. Теоретически, реально извлечь весь этиловый спирт без потери качества. На практике минимум 1-3% потерь.
Сложность технологии для реализации в домашних условиях	Низкая и средняя. Подходит даже самый примитивный аппарат со змеевиком. Возможны улучшения оборудования. Технология перегонки проста и понятна. Самогонный аппарат обычно не занимает много места в рабочем состоянии.	Высокая. Требуется специальное оборудование, изготовить которое без знаний и опыта невозможно. Процесс сложнее для понимания, нужна предварительная хотя бы теоретическая подготовка. Колонна занимает больше места (особенно по высоте).
Опасность (в сравнении друг с другом), оба процесса пожаро- и взрывоопасны.	Благодаря простоте самогонного аппарата дистилляция несколько безопаснее (субъективное мнение автора статьи).	Из-за сложного оборудования, при работе с которым существует риск допустить больше ошибок, ректификация опаснее.

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 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

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

Свойства ректификационной колонны

Материал и размеры. Цилиндр колонны, насадки, куб и дистилляторы обязательно делают из пищевого, нержавеющего, безопасного при нагревании (равномерно расширяется) сплава. В самодельных конструкциях в качестве куба чаще всего используются бидоны и скороварки.

Минимальная длина трубы домашней ректификационной колонны – 120-150 см, диаметр – 30-40 мм.

Система нагрева. В процессе ректификации очень важно контролировать и быстро регулировать мощность нагрева. Поэтому самым удачным решением является нагрев с помощью ТЭНов, вмонтированных в нижнюю часть куба. Подвод тепла через газовую плиту не рекомендуется, поскольку не позволяет быстро менять температурный диапазон (высокая инертность системы).

Контроль процесса. Во время ректификации важно следовать инструкции производителя колонны, в которой обязательно указываются особенности эксплуатации, мощность нагрева, флегмовое число и производительность модели.

Термометр позволяет точно контролировать процесс отбора фракций

Очень сложно контролировать процесс ректификации без двух простейших приспособлений – термометра (помогает определить правильную степень нагрева) и спиртометра (измеряет крепость полученного спирта).

Производительность. Не зависит от размеров колонны, поскольку, чем выше царга (труба), тем больше физических тарелок находится внутри, следовательно, качественнее очистка. На производительность влияет мощность нагрева, которая определяет скорость движения потоков пара и флегмы. Но при переизбытке подаваемой мощности колонна захлебывается (перестает работать).

Средние значения производительности домашних ректификационных колон – 1 литр в час при мощности нагрева 1 кВт.

Влияние давления. Температура кипения жидкостей зависит от давления. Для успешной ректификации спирта давление вверху колонны должно быть приближено к атмосферному – 720-780 мм.рт.ст. В противном случае при уменьшении давления снизится плотность паров и увеличится скорость испарения, что может стать причиной захлебывания колонны. При слишком высоком давлении падает скорость испарения, делая работу устройства неэффективной (нет разделения смеси на фракции). Для поддержания правильного давления каждая колонна для ректификации спирта оборудована трубкой связи с атмосферой.

О возможности самодельной сборки. Теоретически, ректификационная колонна не является очень сложным устройством. Конструкции успешно реализуются умельцами в домашних условиях.

Но на практике без понимания физических основ процесса ректификации, правильных расчетов параметров оборудования, подбора материалов и качественной сборки узлов, использование самодельной ректификационной колоны превращается опасное занятие. Даже одна ошибка может привести к пожару, взрыву или ожогам.

В плане безопасности прошедшие испытания (имеют подтверждающую документацию) заводские колонны надежнее, к тому же поставляются с инструкцией (должна быть подробной). Риск возникновения критической ситуации сводится только к двум факторам – правильной сборке и эксплуатации согласно инструкции, но это проблема почти всех бытовых приборов, а не только колонн или самогонных аппаратов.

Принцип работы ректификационной колонны

Куб наполняют максимум на 2/3 объема. Перед включением установки обязательно проверяют герметичность соединений и сборки, перекрывают узел отбора дистиллята и подают охлаждающую воду. Только после этого можно начать нагрев куба.

Оптимальная крепость подаваемой в колонну спиртосодержащей смеси – 35-45%. То есть в любом случае перед ректификацией требуется дистилляция браги. Полученный продукт (спирт-сырец) потом перерабатывают на колонне, получая почти чистый спирт.

Это значит, что домашняя ректификационная колонна не является полной заменой классического самогонного аппарата (дистиллятора) и может рассматриваться лишь как дополнительная ступень очистки, более качественно заменяющая повторную дистилляцию (вторую перегонку), но нивелирующая органолептические свойства напитка.

Справедливости ради отмечу, что большинство современных моделей ректификационных колон предполагают работу в режиме самогонного аппарата. Для перехода к дистилляции нужно лишь перекрыть штуцер соединения с атмосферой и открыть узел отбора дистиллята.

Если одновременно перекрыть оба штуцера, то нагретая колонна может взорваться из-за избыточного давления! Не допускайте подобных ошибок!

На промышленных установках непрерывного действия зачастую брагу перегоняют сразу, но это возможно благодаря гигантским размерам и особенностям конструкции. Например, стандартом считается труба 80 метров высоты и 6 метров диаметра, в которой установлено в разы больше контактных элементов, чем на ректификационных колоннах для дома.

Размер имеет значение. Возможности спиртзаводов в плане очистки куба больше, чем при домашней ректификации

После включения жидкость в кубе доводится нагревателем до кипения. Образовавшийся пар поднимается вверх по колонне, затем попадает в дефлегматор, где конденсируется (появляется флегма) и по стенкам трубы возвращается в жидком виде в нижнюю часть колонны, на обратном пути контактируя с поднимающимся паром на тарелках или насадках. Под действием нагревателя флегма снова становится паром, а пар вверху опять конденсируется дефлегматором. Процесс становится циклическим, оба потока непрерывно контактируют друг с другом.

После стабилизации (пара и флегмы достаточно для равновесного состояния) в верхней части колонны скапливаются чистые (разделенные) фракции с самой низкой температурой кипения (метиловый спирт, уксусный альдегид, эфиры, этиловый спирт), внизу – с самой высокой (сивушные масла). По мере отбора нижние фракции постепенно поднимаются вверх по колонне.

В большинстве случаев стабильной (можно начинать отбор) считается колонна, в которой температура не меняется на протяжении 10 минут (общее время прогрева – 20-60 минут). До этого момента устройство работает «само на себя», создавая потоки пара и флегмы, которые стремятся к равновесию. После стабилизации начинается отбор головной фракции, содержащей вредные вещества: эфиры, альдегиды и метиловый спирт.

Ректификационная колонна не избавляет от необходимости разделять выход на фракции. Как и в случае с обычным самогонным аппаратом приходится собирать «голову», «тело» и «хвост». Разница только в чистоте выхода. При ректификации фракции не «смазываются» – вещества с близкой, но хотя бы на десятую долю градуса разной температурой кипения не пересекаются, поэтому при отборе «тела» получается почти чистый спирт. Во время обычной дистилляции разделить выход на фракции, состоящие только из одного вещества, невозможно физически какая бы конструкция не использовалась.

Если колонна выведена на оптимальный режим работы, то при отборе «тела» трудностей не возникает, так как температура всё время стабильна.

Нижние фракции («хвосты») при ректификации отбирают, ориентируясь по температуре или по запаху, но в отличие от дистилляции эти вещества не содержат спирта.

Возвращение спирту органолептических свойств. Зачастую «хвосты» требуются, чтобы вернуть спирту-ректификату «душу» – аромат и вкус исходного сырья, например, яблока или винограда. После завершения процесса в чистый спирт добавляют некоторое количество собранных хвостовых фракций. Концентрацию рассчитывают эмпирическим путем, экспериментируя на небольшом количестве продукта.

Преимущество ректификации в возможности добыть практически весь содержащийся в жидкости спирт без потери его качества. Это значит, что «головы» и «хвосты», полученные на самогонном аппарате, можно переработать на ректификационной колонне и получить безопасный для здоровья этиловый спирт.

Захлебывание ректификационной колонны

Каждая конструкция имеет предельную скорость движения пара, после которой течение флегмы в кубе сначала замедляется, а потом и вовсе прекращается. Жидкость накапливается в ректификационной части колонны и происходит «захлебывание» – прекращение тепломассообменного процесса. Внутри происходит резкий перепад давления, появляется посторонний шум или бульканье.

Причины захлебывания ректификационной колонны:

превышение допустимой мощности нагрева (встречается наиболее часто);
засорение нижней части устройства и переполнение куба;
очень низкое атмосферное давление (характерно для высокогорий);
напряжение в сети выше 220В – в результате мощность ТЭНов возрастает;
конструктивные ошибки и неисправности.

Предыдущая статья: Правила маринования шампиньонов Следующая статья: Чем отличается борщ от щей: особенности приготовления, состав и отзывы Борщ чье блюдо