Колонна своими руками как сделать подробная схема. Ректификационная колонна своими руками

Вполне возможно получить домашний самогон отличного качества. Конечно, если у вас дома имеется самогонный аппарат, который позволяет его изготовить. Для того чтобы качество было именно высоким, потребуется тщательная очистка, несколько перегонок. Но добиться всего этого можно быстрее и проще, для чего требуется устройство ректификационной колонны для самогона своими руками.

Принцип работы ректификационной колонны

В первую очередь стоит разобраться с термином ректификации спирта. Ректификация представляет собой разделение многокомпонентного вещества на фракции. То есть отдельно метиловый, этиловый спирт, альдегиды, сивушные масла и другое. Происходит это благодаря выпариванию жидкостей и конденсированию пара много раз.

Схема ректификационной колонны

Ректификация, или барботаж, возможен благодаря тому, что концентрация компонентов в разных фазах отличается, а система при этом стремится к равновесию. Жидкая и паровая фазы обмениваются компонентами: жидкость получает труднолетучие, а пар легколетучие. В это же время между двумя разными фазами происходит и теплообмен.

Благодаря разной направленности движения жидкости и пара после достижения системой равновесия вверху ректификационной колонны можно отбирать чистые компоненты. При этом, как в самогонном аппарате, сначала отбираются жидкости с низкой температурой кипения, потом - с высокой.

Барботажная колонна: устройство

Ректификационная колонна - это приспособление для разделения жидкости по составляющим с разной температурой кипения. Она выполняется в виде цилиндра, сечение которого может быть как переменным, так и постоянным, и содержит специальные элементы - контактные тарелки, которые располагаются внутри цилиндра. Кроме того, большинство таких колонн имеет специальные узлы для подвода спирта-сырца и отбора чистых фракций.

Ректификационная колонна обладает такими основными параметрами:

• Материалы и размер. Как правило, все элементы домашних самогонных аппаратов делают из нержавейки или другого сплава, который равномерно расширяется при температуре, например, меди. Размеры колонки - от 120 см в длину, с диаметром не менее 30 мм.
• Система нагрева. Процесс требует четкого контроля и возможности быстрого увеличения мощности, поэтому система снабжается нагревательными тэнами, которые монтируются в нижнюю часть куба аппарата. Не рекомендуется использовать нагрев от газовой плиты из-за высокой инертности системы.
• Контроль процесса. Очень сложно контролировать процесс ректификации без двух приспособлений - термометра и барометра.
• Производительность. Более качественная очистка происходит при большей колонке и большем количестве тарелок внутри. А также на производительность будет влиять такой параметр, как мощность нагрева, но при этом он не должен быть слишком большим, чтобы система не захлебывалась.
• Давление. Для успешной ректификации необходимо, чтобы давление вверху колонки было практически атмосферным. В противном случае при меньшем давлении плотность паров снижается, и система захлебывается; при более высоком давлении скорость испарения уменьшается, и эффективность системы падает. Для поддержания правильного давления колонка должна быть оборудована трубкой связи с атмосферой.

Насколько реально собрать колонку своими руками? Такое устройство, как ректификационная колонна, не является слишком сложным. На практике реализуется многими умельцами и довольно успешно. Однако это сопряжено с некоторыми опасностями. В первую очередь человек, который захочет сделать такую колонну своими руками, должен обладать знаниями в области физики и хотя бы на каком-то более продвинутом уровне понимать, как она должна работать. Необходимо рассчитать все узлы конструкции, подобрать материалы, все изготовить и собрать, чтобы это было безопасно.

Заводские колонны проходят испытания, имеют сертификаты качества, поставляются с инструкцией. Опасность самодельного аппарата заключается в возникновении взрыва или возгорания при наличии ошибок в конструкции.

Ректификационная колонна своими руками

В сборке ректификационной колонны имеются и свои плюсы. Вы не так зависите от средств и при некоторой сноровке можете сделать что-то качественное, при этом сэкономив. В два-три раза дешевле обойдется колонна для самогонного аппарата, изготовленная своими руками.

Итак, для того чтобы изготовить ректификационную колонку, в первую очередь нам понадобится труба из нержавейки длиной более 120 см. Лучше, чтобы ее диаметр составлял около 45 мм. Для дефлегматора лучше всего подходит термос с объемом менее одного литра. Кроме того, понадобятся переходники для стыковки труб, емкости агрегата и дефлегматор. В идеальном варианте все эти детали должны быть выполнены из нержавеющей стали.

Для хорошей теплоизоляции всего устройства следует купить утеплитель. Опорные укрепляющие шайбы изготавливаются из листовой стали. Из фторопласта сделаем втулки термометра, а для отвода воды применяют медные трубки диаметром около 5 мм. Перед тем как конструировать аппарат, необходимо будет также выполнить чертеж на бумаге для того, чтобы видеть, с чем мы имеем дело.

Кроме того, прежде чем начать непосредственно изготовление, стоит обзавестись некоторым необходимым оборудованием. Некоторые инструменты можно найти дома, остальные же придется докупить или занять у кого-то:

• Гибкую трубку длиной более 100 мм, лучше всего из силикона. Он не деформируется и устойчив к температурам.
• Термометр.
• Переходники для кранов.
• Паяльник, не менее 100 ватт.
• Припой и флюс.
• Наждачный станок.
• Дрель.
• Плоскогубцы.
• Напильник.
• Молоток.
• Горелку.

Все эти инструменты являются минимально необходимыми для создания колонки. Без них сделать ее не получится.

Создание устройства.

После того как все чертежи начертаны, а инструменты приобретены, приступаем к работе. Стоит заранее отметить, что она будет сложной и ответственной, кроме того, требующей определенных навыков работы с некоторыми инструментами, в частности, с паяльником.

Для начала отрезаем кусок трубы, снимаем фаски и торцуем края. Далее изготавливаем переходник, он будет соединять трубу и узел отбора. С одной стороны он должен максимально плотно входит в трубу, а с другой - иметь резьбу около 2–2,5 мм. Таким образом, мы получим автоматику на стадии конденсации паров.

После этого приступаем к созданию шайб. Размер шайб должен быть не более 4 мм, а диаметр таким, чтобы они впоследствии уверенно поместились в трубу. В одну ее часть вставляется труба, а в другую часть припаивается переходник. Это место будет соединять элемент с перегонной емкостью.

После этого труба вставляется в переходник, и место стыка нагревается горелкой. Переходим к изготовлению наполнителя для ректификатора. Засыпаем его в трубу и сильно ее встряхиваем, чтобы он равномерно по ней распределился. При этом стоит проследить за тем, чтобы наполнитель заполнял колонку полностью.

Другим концом труба вставляется в шайбу, предназначенную для крепления насадки. В нее же с другой стороны помещается торец медной трубки для отбора спирта, его необходимо предварительно залудить. Все детали на том этапе составляют одну конструкцию, внешняя сторона трубы теплоизолируется.

Следующий этап - процесс создания дефлегматора. Берем термос и обрабатываем наждачной бумагой его дно. Делаем скобу из жести и петли из стальной проволоки, которые заводятся в скобы и скручиваются с помощью плоскогубцев.

Свободный конец проволоки зажимается тисками и прикрепляется к стенке термоса. Последний сильно встряхивается, так, чтобы днище его отпало. Шов, соединяющий крышку термоса и колбу, обтачивается, делается это до тех пор, пока на его месте не появится небольшой зазор. Внутренние кольца вынимаются из оболочки.

Чтобы изготовить дефлегматор, необходимо от термоса отделить дно и вакуумную крышку. Для того чтобы внутрь дефлегматора поступал воздух, проделываем отверстие по задней стороне внутренней колбы. Обрабатываем его с помощью наждачной бумаги и просовываем трубку, отверстие которой запаиваем. В днище термоса проделываем еще одно отверстие и надеваем колбу на дно емкости. Пропаиваем место соединения колбы и дна термоса. Вставляем трубку отбора в горловину и припаиваем.

С помощью дрели проделываем отверстия в верхней и нижней части колбы. В них вставляются трубки для отвода воды. Далее просверливаем отверстие в узле для отбора дистиллята и помещаем туда втулку термометра. Он может быть любым, но желательно тарельчатой формы, потому что при таких условиях проще следить за скачками температуры.

С помощью этого несложного алгоритма получается создать неплохую ректификационную колонку. Конечно, такая самодельная ректификационная колонна далека по качеству до производственной, и для того чтобы ее сделать, приходится постараться, однако это уже что-то. Еще потребуется самогонный аппарат. Вместе они дадут возможность получать высококачественный продукт у себя дома без особых усилий.

В 80-х годах XIX века, когда самогонное дело начало набирать популярность среди любителей алкоголя, никто и представить не мог, что ректификационные колонны, которые приносили огромное количество чистого спирта, при малых затратах, станут доступны рядовому любителю по вменяемой цене.

Для получения самогона, очистки браги, дистилляции, применяют ректификационной колонны . Тем не менее, конструкция этого устройства проста и его можно сделать своими руками, тем самым сведя затраты на аппаратуру к минимуму.

Рассмотрим, как сделать её своими руками, какие можно применять материалы, как сконструировать отдельные элементы и интегрировать в самогонный аппарат.

Для начала разберёмся, что такое ректификация:

• Это процесс, когда из смеси выделяется один компонент под действием давления и температуры.
• Нагревающий элемент испаряет брагу, которая проходит через фильтры.
• Часть её возвращается назад, а часть проходит дальше.
• Так происходит из-за жидкости, которая поступает на изгибе трубки.
• Она конденсирует часть раствора и возвращает назад.
• Более легкая летучая часть проходит дальше, в последний сегмент, где находится поток воды.

Конечный продукт осаждается в сосуде.

Медная

Стандартная структура, которая подразумевает медную конструкцию в качестве основы. Такой материал как медь обладает отличными характеристиками теплопроводности, сжатия-расширения.

Внимание! Медь не добавляет вредные примеси и осадки в раствор, что делает её эталонным материалом.

Тем не менее, у меди есть один весомый минус – как и любой металл, она окисляется и приобретает зеленоватый цвет.

Коррозионные процессы негативно влияют на качество и чистоту продукта. Так же окисляются металлические фильтры внутри трубки и вся конструкция становится непригодной.

Из полипропилена

Также распространённый вариант.

Полипропилен материал, используемый в сантехнике:

1. Он стоит дешевле и доступен в любой строительном магазине.
2. Он не портится в ходе множества циклов нагрева-охлаждения и не трескается от перепада температур.
3. Из-за большого количества форм можно соорудить конструкцию с любым изгибом.

Минусом является попадание примесей в раствор, так как часть полипропилена испаряется в ходе нагревания.

Из фитингов сантехники

Бюджетный вариант для любителей конструкторов.

Фитинги – это металлические закручивающиеся переходники для коммутации труб и шлангов.

Из них можно соорудить колонну, закрутив в определённом порядке. Металл для таких элементов может применяться любой (в том числе и нержавеющий). Минусов у такой конструкции практически нет, за исключением того, что на сбор и коммутацию уйдёт больше времени.

Справка! Хорошая колонна будет состоять из всех вышеописанных материалов, сочетая в себе плюсы и нивелируя минусы.

Как сделать своими руками?

В первое время, когда самогонное дело только начало развиваться, аппараты делали из всего, что было под ногами, поэтому качество самогона было соответствующее.

С развитием отрасли, любители научились делать продукцию всё лучшего и лучшего качества, модернизируя установки и дополняя стандартные конструкции новыми элементами.

Перегонный куб

Для того, чтобы сконструировать куб своими руками, понадобится выполнить сварочный шов на листе нержавеющей стали, предварительно согнув его в цилиндр.

Днище так же можно выполнить, приварив лист слили и обрезав ножницами по металлу (можно оставить лист необрезанным для большей устойчивости). Припоем послужит олово.

Герметичную крышку можно соорудить своими руками, обклеив стык резиной, или использовать крышку от кастрюли.

Справка! Куб можно полностью выполнить из кастрюли или металлического бидона, если крышка предусматривает возможность соединения со всей остальной конструкцией.

Как сделать перегонный куб своими руками рассказывается на видео:

Царга

Царга представляет собой обычный фильтр, соорудить который можно из обыкновенного водного смесителя или пластикового стакана, в который будет утрамбована металлическая губка для мытья посуды.

Несколько критериев, которые важны для хорошей царги:

• наличие входа и выхода,
• возможность отсоединять ее, чтобы сменить фильтр,
• возможность легко заменить корпус конструкции в случае поломки (поэтому рекомендуется использовать пластиковые стаканы).

Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра.

Насадка

В качестве насадки применяется регулярная проволочная медная насадка , тем не менее можно использовать обычную металлическую губку .

От материала насадки будет зависеть чистота конечного изделия и длительность процесса ректификации. Можно соорудить многослойную насадку, комбинируя несколько элементов и материалов.

Узел отбора

Узел отбора находится на изгибе, в котором не происходит разделение первоначальной смеси, поступающей воды, конечного продукта.

Выполнить его желательно из меди, так как пластиковые конструкции имеют свойство к расширению под воздействием температуры, а изменение траектории движения раствора может затянуть процесс ректификации, или вовсе остановить его.

Справка! Например, давления и температуры недостаточно для того, чтобы летучая часть жидкости смогла преодолеть изгиб и осаждаться в сосуде. Тем не менее, более пологий изгиб позволит ей легко проходить и накапливаться.

Идеальным материалом для узла отбора является медь или нержавеющая сталь.

Элементы конструкции можно приобрести в тематических специализированных магазинах, или в отделе сантехники, выбрав то, что подходит конкретно для вашей конструкции.

На видео рассказывается, как сделать узел отбора своими руками:

Дефлегматор

Дефлегматор это своего рода продвинутый фильтр:

• Он установлен в непосредственной близости к узлу отбора и служит для того, чтобы возвращать часть раствора назад.
• Вода, поступающая внутрь конденсирует тяжёлые элементы раствора и отделяет ненужные части от нужных.

Дефлегматор можно выполнить из металла, железа, стали, или из стекла, так как она отлично отдает тепло и будет способствовать быстрой конденсации пара.

Холодильник

Чаще всего в самогонных аппаратов используются холодильные установки класса “холодильник-змеевик” . Такое название он получил потому, что внутри находится металлическая спираль, которая служит для циркуляции жидкости. Невооружённым взглядом она напоминает змею, которая свернулась в клубок по диагонали.

Работа холодильника состоит в пропускании жидкости через себя и передачи её внутрь самогонного аппарата. Исходя из этого, материал стенок желательно делать неметаллическим, так как металл долго охлаждается и хуже передаёт тепло.

Наилучшим материалом будет:

• пластик,
• стекло,
• полимер.

Холодильник должен содержать всего два отверстия – вход и выход жидкости.

Между металлической спиралью и стенками холодильника должна быть вода или другая жидкость, хорошо пропускающая температуру, так как именно эта конфигурация позволяет максимально быстро поглощать тепло и понижать температуру.

Как изготовить простейший холодильник для самогонного аппарата рассказывается на видео:

Царга пастеризации (опционально)

Царга пастеризации – это конечный элемент самогонного аппарата, который служит для осаждения и фильтрации конечно жидкости:

• Представляет собой трубу, покрытую теплоизоляционным материалом, на выходе из которой находится фильтр.
• Именно оттуда, капля за каплей, жидкость будет попадать в сосуд.

Конструкция такой царги незамысловатая – труба из полипропилена или ПВХ, обшитая любым теплоизоляционным материалом, на конце которой можно установить стандартную царгу.

Автоматика

Едва ли не самый сложный элемент конструкции, который может усилить КПД и увеличить общую производительность самодельного аппарата.

Автоматическая система управления может самостоятельно контролировать процессы, происходящие в аппарате, включать и выключать его, сигнализировать о готовности.

К элементам автоматического управления также относятся сенсорные анализаторы:

• датчик давления;
• датчик температуры;
• показатели расхода электроэнергии и жидкости;
• прочее.

Одной универсальной схемы нет, так как все самодельные аппараты имеют разную конструкцию, длину, высоту, объём и прочие характеристики.

Важно! Автоматику могут установить только опытные пользователи, которые имеют понятие о электронных цепях, устройстве микросхемы, процессе спайки и коммутации автоматических элементов. Намного проще приобрести готовую автоматику для самогонного аппарата, после чего подсоединить её к конструкции.

Плюс в том, что человек экономит время. Ему нужно просто описать конструкцию своего аппарата продавцу, который подберет для него оптимальную автоматическую контрольную панель.

Устройство самодельного самогонного аппарата

Обычно самодельный самогонный аппарат состоит из:

1. источника огня, который нагревает сосуд с брагой;
2. после прохождения точки кипения пар попадает в змеевик, который заполнен охлаждающей жидкостью;
3. температуру в змеевике поддерживает холодильник;
4. после выхода из змеевика самогон попадает в царгу, где фильтруется и выливается в сосуд.

Важно! Не экономьте а фильтрах! Чем больше их будет, тем лучше. Некоторые исходные вещества не так хороши и чисты, какими их описывают производители, а на выходе получается продукция ужасного качества.

Чтобы компенсировать убыток от самого “грязного” исходника, рекомендуется ставить фильтры на входе и выходе каждого элемента.

Как сделать и собрать простейший самогонный аппарат в домашних условиях рассказывается на видео:

Подведем краткие итоги: сделать конструкцию можно своими руками.

Каких-то сложных инженерных конструкций в ней нет, а значит самодельная колонна практически ничем не будет отличаться покупной, материалы для колонн и можно выбирать любые от материал внешней стенки будет зависеть параметры теплопередачи, расширение и сужение пропускного канала вследствие термических перепадов.

Внимание! Источник нагрева и фурнитура могут быть любые, тем не менее от качества всех деталей будет зависеть чистота и крепость конечного продукта.

Надеемся, что наша статья помогла вам разобраться в том, что из себя представляет ректификационная колонна, какое имеет строение, какие процессы в ней происходят и из каких материалов ее делать.

Российский гений, который желает регулярно вкушать спирт в чистом виде, не спит – таким видят человека собравшего самодельную ректификационную колонну своими руками.

Но, на самом деле это абсолютно не так!

С помощью ректификационной колонны можно получать такие вкусные напитки как абсент, виски, можно готовить ароматизированный спирт для и тд.

Раньше ректификаторы представляли собой многометровую колонну, но, сегодняшний вариант с «многоходовой» ректификацией позволяет сократить высоту колонны.

Если вы не уверенны в своих силах, то лучше купить ректификационную колонну в интернет магазине, например серия Добровар вполне позволяет получать 98% спирт с первой перегонки.

Однако, вернемся к тому, как сделать самодельную ректификационную колонну своими руками.

Предоставляем вам простой способ приготовления ректификатора в бытовых условиях. Внешний вид конструкции предоставлен в первом изображении. Кроме того, предоставлены чертежи ректификатора.

Для начала хотелось бы рассказать о том, почему самогонное устройство – переросток является самой удачной конструкцией.

Во-первых, данное устройство уникально, так как оно требует лишь подвода проточной воды. Регулировать температуру кипятильника можно при помощи выключателя света, который имеет плавную регулировку. Применять самодельную ректификационную колонну можно с любой емкостью, начиная от трехлитровой банки и заканчивая установленной скороваркой.

Давайте разберем схему ректификационной колонны, сделанной в домашних условиях.

Чертеж ректификационной колонны

Как вы видите – конструкция достаточно проста. Холодильник и водяную рубашку можно изготовить из медной трубы, обернув ей трубы ректификатора. Вы можете сделать их из труб более толстого диаметра, чем использовали мы в нашей колонне. В таком случае вам необходимо спаять нижнюю и верхнюю часть со стенами. На оставшуюся часть нужно надеть утеплитель – для этого вам необходимо посетить строительный рынок и приобрести утеплитель для металлических труб.

Мочалки – это железная мочалка для раковин, которая нарезана ножницами. Как правило, мочалки изготавливают из нержавеющей стали, которые не портятся в процессе эксплуатации ректификационной колонны. Для трубы длиной 130 см и диаметром в 35 см необходимо затратить 15-20 мочалок.

Зажим медицинской капельницы необходимо использовать совместно с трубкой. Трубка послужит связью с атмосферой – это классическая иголка от шприца.

Высота ректификационной колонны, которая предоставлена на чертеже составляет 130 сантиметров (высота перегонного кубика – паяльника не учитывается).

Теперь немного теоретических знаний .

Ректификация – это многоразовая перегонка дистиллята, которая осуществляется в противоточных насадочных и тарелочных колоннах с контактными составляющими (тарелки, насадки т.д.).

Для успешного действия флегмы, стекающей по колонне вниз, и пара, который движется вверх, можно применять любые контактные составляющие, увеличивающие эффективность и площадь их действия. В качестве контактных составляющих в больших ректификационных колоннах, как правило, используются тарелки.
Каждая тарелка, которая расположена в колонне, называется ФТ – физической тарелкой. Ее предназначение – обеспечить стремительное движение состояния равновесия между паровой фазой и жидкостью.

Тарелки работают таким образом: пар в форме пузырьков с достаточно развитой поверхностью действует через слой флегмы, который находится на тарелке. В результате массовый обмен меж фазами интенсифицируется.

Стоит отметить, что при проходе пара сквозь одну тарелку равновесие между различными фазами не достигается. Фактическое состояние жидкой и паровой фаз по отношению к их состоянию оцениваются лишь коэффициентом правильного действия такой тарелки.
КПД обычной тарелки составляет 50-60%, то есть для достижения состояния полного равновесия фаз, которое соответствуют теоретически одной тарелке, требуются две физических.

Таким образом, получается, что для создания в ректификационной колонне-40-ТТ необходимо установить в ней около восьмидесяти тарелок обычной конструкции.

Для ректификационных колонн собранных в домашних условиях диаметром 30..50 мм эффективной контактной составляющей является специальная насадка, которая наполняет собой внутренний объем колонны. При работе колонны вниз дистиллят стекает по контактному наполнителю, а пар поднимается вверх.

В промышленных ректификационных колонах применяется насадка «ЗУЛЬЦЕР» из нержавеющей, гофрированной сетки или из нержавеющей проволоки в виде мелких пружинок спирально-призматического характера.

Обмены тепло-массы на контактных соединяющих проходят непрерывно по всей высоте колонны. Положение фазового равновесия, эквивалентное 1-й теоретической тарелке («ТТ») наступает после того, как пар преодолевает слой насадки – высоту единицы переноса («ВЕП») или высотой теоретической тарелки («ВТТ»).

Эта высота измеряется в миллиметрах, что в свою очередь позволяет рассчитать высоту будущей колонны. Поэтому в изготовлении установки в домашних условиях, речь идет о колонах, которые имеют диаметр от 30 – 50 мм, с применением насадочных контактных составляющих.

А так выглядит покупная ректификационная колонна в "полном обвесе".

Не смотря на такую заумную теорию - самодельная ректификационная колонна это очень простое изделие!

Вадим говорит:

Может диаметр трубы 35мм а не см???

Вадим говорит:

И еще у меня вопрос, зачем нужна связь с атмосферой?

Марат говорит:

Хорошая статья...
Тема не просто раскрыта, а написанная информация хорошо воспринимается, спасибо!

Сергей говорит:

Вадим, при выходе колонны на режим зажим от медицинской капельницы закрыт и если не будет связи с атмосферой возникнет избыточное давление и последующее разрушение аппаратуры.

георгий говорит:

А,что если вместо мочалок разместить ленточную спираль в виде шнека...тогда как рассчетать шаг этой спирали?

Игорь говорит:

Добрый вечер, а можно ли посмотреть на схематический рисунок? И какие прокладки нужно использовать в узлах соединения? Спасибо.

Артем говорит:

георгий, а чем вам мочалки железные не нравятся?

Николай говорит:

Где можно купить не дорогую р.колонну?

Анатолий говорит:

труба: диам. 50мм, длина 1.6см, без мочалок не працює. Причина?

Владимир говорит:

Я понимаю что не у всех есть возможность, но.
Хороший результат можно получить применив головку старого дистиллятора. Как правило у них раньше выходит из строя ТЕНы и куб, а головки просто выбрасывают.

Александр говорит:

Помогите разобраться, в чём разница между ректификационной колонной и дестилятором (типа Волжанин или Кум). Т.е отбор спирта ниже дефлегматора или же как у Волжанина?

Павел говорит:

Чтобы уменьшить высоту колонны, ставьте дополнительный холодильник в рабочей зоне (там где мочалки), и регулируйте температуру при перегонке.

Фёдор говорит:

То есть мочалки, в данномслучае, заменяют тарелки?

Илья

Рано или поздно почти каждый любитель самодельного алкоголя задумывается о приобретении или изготовлении ректификационной колонны (РК) – устройства для получения чистого спирта. Начинать нужно с комплексного расчета базовых параметров: мощности, высоты, диаметра царги, объема куба и т.д. Эта информация будет полезна как желающим сделать все элементы своими руками, так и собравшимся купить готовую ректификационную колонну (поможет определиться с выбором и проверить продавца). Не затрагивая конструктивных особенностей отдельных узлов, мы рассмотрим общие принципы построения сбалансированной системы для ректификации в домашних условиях.

Схема работы колонны

Характеристики трубы (царги) и насадки

Материал. Труба во многом определяет параметры ректификационной колонны и требования ко всем узлам аппарата. Материалом для изготовления царги является хромоникелевая нержавеющая сталь – «пищевая» нержавейка.

Благодаря химической нейтральности пищевая нержавеющая сталь не оказывает воздействия на состав продукта, что и требуется. На спирт перегоняют сырец из сахарной браги или отходы дистилляции («головы» и «хвосты»), поэтому главной целью ректификации является максимальная очистка выхода от примесей, а не изменение органолептических свойств спирта в ту или иную сторону. Использовать медь в классических ректификационных колоннах неуместно, поскольку этот материал слегка изменяет химический состав напитка и подходит для производства дистиллятора (обычного самогонного аппарата) или бражной колонны (частный случай ректификации).

Разобранная труба колонны с установленной насадкой в одной из царг

Толщина. Царгу делают из нержавеющей трубы с толщиной стенки 1-1,5 мм. Более толстая стенка не нужна, так как это приведет к удорожанию и утяжелению конструкции без получения каких-либо преимуществ.

Параметры насадки. Говорить о характеристиках колонны без привязки к насадке не корректно. При ректификации в домашних условиях используют насадки с площадью контактной поверхности от 1,5 до 4 кв. м/литр. С увеличением площади контактной поверхности возрастает и разделяющая способность, но падает производительность. Уменьшение площади приводит к снижению разделяющей и укрепляющей способности.

Производительность колонны вначале растет, но потом для поддержания крепости выхода оператор вынужден понижать скорость отбора. Это значит, что существует некий оптимальный размер насадки, который зависит от диаметра колонны и позволят достичь наилучшего сочетания параметров.

Размеры спирально-призматической насадки (СПН) должны быть меньше внутреннего диаметра колонны примерно в 12-15 раз. Для диаметра трубы 50 мм – 3.5х3.5х0.25 мм, для 40 – 3х3х0.25 мм, а для 32 и 28 – 2х2х0.25 мм.

В зависимости от поставленных задач целесообразно использовать разные насадки. Например, при получении укрепленных дистиллятов часто применяют медные кольца диаметром и высотой 10 мм. Понятно, что в этом случае целью является не разделяющая и укрепляющая возможность системы, а совершенно другой критерий – каталитическая способность меди устранять из спирта сернистые соединения.

Варианты спирально-призматических насадок

Не стоит ограничивать арсенал одной, пусть даже самой лучшей насадкой, таких просто нет. Есть наиболее подходящие для решения каждой конкретной задачи.

Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра. Обращайте на это внимание при выборе царги, всегда считайте внутренний диаметр и по нему сравнивайте варианты.

Зависимость мощности от диаметра трубы

Высота трубы. Для обеспечения хорошей удерживающей и разделительной способности, не зависимо от диаметра, высота ректификационной колонны должна быть от 1 до 1,5 м. Если меньше – не хватит места для накопленных в ходе работы сивушных масел, в результате сивуха начнет прорываться в отбор. Еще один недостаток – головы будут нечетко разделяться на фракции. Если высота трубы больше – это не приведет к существенному улучшению разделяющей и сдерживающей способности системы, но увеличит время перегона, а также количество «голов» и «подголовников».Другими словами, с увеличением высоты трубы прибавка к разделяющей способности ректификационной колонны на каждый дополнительный сантиметр снижается. Эффект от увеличения трубы с 50 см до 60 см на порядок выше, чем со 140 см до 150 см.

Объем куба для ректификационной колонны

Чтобы повысить выход качественного спирта, но не допустить переполнения сивухой колонны, навалку (наполнение) спирта-сырца в кубе ограничивают в диапазоне 10-20 объемов насадки. Для колонн высотой в 1,5 м и диаметром 50 мм – 30-60 л, 40 мм – 17-34 л, 32 мм – 10-20 л, 28 мм – 7-14 л.

С учетом заполнения куба на 2/3 объема, для колонны внутренним диаметром царги 50 мм подойдет 40-80 литровая емкость, для 40 мм – 30-50 литровая, для 32 мм – 20-30 литровый куб, а для 28 мм – скороварка.

При использовании куба объемом ближе к нижней границе рекомендованного диапазона можно смело убрать одну царгу и уменьшить высоту до 1-1,2 метра. В результате сивухи будет относительно мало для прорыва в отбор, а вот объем «подголовников» заметно уменьшится.

Источник и мощность нагрева колонны

Тип плиты. Самогонное прошлое не дает покоя многим новичкам, которые считают, что если раньше использовали для нагрева самогонного аппарата газовую, индукционную или обычную электрическую плиту, то можно оставить этот источник и для колонны.

Процесс ректификации существенно отличается от дистилляции, всё намного сложнее и костер не подойдет. Нужно обеспечить плавную регулировку и стабильность подаваемой мощности нагрева.

Электроплитки, работающие по терморегулятору в режиме старт-стоп, не используются, потому что как только произойдет кратковременное отключение питания, пар перестанет идти в колонну, а флегма рухнет в куб. В таком случае придется начать ректификацию заново – с работы колонны на себя и отбора «голов».

Индукционная плита – крайне грубый аппарат со ступенчатым изменением мощности по 100 -200 Вт, а при ректификации нужно менять мощность плавно, буквально по 5-10 Вт. Да и стабилизировать нагрев независимо от колебания напряжения на входе вряд ли получится.

Газовая плита при залитом в куб 40-процентном спирте-сырце и 96-градусоном продукте на выходе представляет смертельную опасность, не говоря уже о колебании температуры нагрева.

Оптимальное решение – врезать в куб колонны тэн нужной мощности, а для регулировки использовать реле со стабилизацией выходного напряжения, например, РМ-2 16А. Можно взять и аналоги. Главное получить на выходе стабилизированное напряжение и возможность плавно менять температуру нагрева по 5-10 Вт.

Подаваемая мощность. Чтобы нагреть куб за приемлемое время, нужно исходить из мощности 1 кВт на 10 литров спирта-сырца. Значит, для 50 л куба, заполненного на 40 литров, требуется минимум 4 кВт, 40 л – 3 Квт, 30 л – 2-2.5 кВт, 20 л – 1.5 кВт.

При одном и том же объеме кубы могут быть низкими и широкими, узкими и высокими. Выбирая подходящую емкость, нужно учитывать, что зачастую куб используется не только для ректификации, но и при дистилляции, поэтому исходят из самых жестких условий, чтобы подводимая мощность не приводила к бурному пенообразованию с выбросами брызг из куба в паропровод.

Опытным путем установлено, что при глубине размещения тэна около 40-50 см нормальное кипение происходит в случае, если на 1 кв. см зеркала навалки приходится не более 4-5 Вт мощности. При уменьшении глубины допустимая мощность увеличивается, а при увеличении – уменьшается.

Есть и другие факторы, влияющие на характер кипения: плотность, вязкость и поверхностное натяжение жидкости. Бывает, что выбросы происходят в конце перегонки браги, когда увеличивается плотность. Поэтому вести процесс ректификации на границе дозволенного диапазона всегда чревато неприятностями.

Распространенные цилиндрические кубы имеют диаметр 26, 32, 40 см. Исходя и допустимой мощности на площадь поверхности зеркала кубовой навалки 26 см куб, будет нормально работать при мощности нагрева до 2,5 кВт, для 30 см – 3.5 кВт, 40 см – 5 кВт.

Третьим фактором, определяющим мощность нагрева, является использование одной из царг колонны без насадки в качестве сухопарника для борьбы с брызгоуносом. Для этого нужно, чтобы скорость пара в трубе не превышала 1 м/с, при 2-3 м/с защитный эффект ослабевает, а при больших значениях пар будет гнать флегму вверх по трубе и забрасывать в отбор.

Формула для расчета скорости пара:

V = N * 750 / S (м/сек),

• N – мощность, кВт;
• 750 – парообразование (куб. см/сек кВт);
• S – площадь поперечного сечения колонны (кв. мм).

Труба диаметром 50 мм справится с брызгоуносом при нагреве до 4 кВт, 40-42 мм – до 3 кВт, 38 – до 2 кВт, 32 – до 1,5 кВт.

Исходя из вышеперечисленных соображений, выбираем объем, размеры куба, мощность нагрева и дистилляции. Все эти параметры согласованы с диаметром и высотой колонны.

Расчет параметров дефлегматора ректификационной колонны

Мощность дефлегматора определяется в зависимости от типа ректификационной колонны. Если строим колонну с жидкостным отбором или паровым ниже дефлегматора, то необходимая мощность должна быть не меньше номинальной мощности колонны. Обычно в этих случаях в качестве конденсатора применяют холодильник Димрота с утилизационной мощностью 4-5 Ватт на 1 кв. см поверхности.

Если колонна с отбором по пару выше дефлегматора, то расчетная мощность составляет 2/3 от номинальной. В этом случае можно применить Димрот или «рубашечник». Утилизационная мощность рубашечника ниже, чем у димрота и составляет около 2 Ватт на квадратный сантиметр.

Пример холодильника Димрота для колонны

Далее все просто: номинальную мощность делим на утилизационную. Например, для колонны с внутренним диаметром 50 мм: 1950 / 5= 390 кв. см площади Димрота или 975 кв. см «рубашечника». Значит, холодильник Димрот можно сделать из трубки 6х1 мм длинной 487 / (0.6 * 3.14) = 2.58 см для первого варианта, с учетом коэффициента запаса 3 метра. Для второго варианта умножаем на две трети: 258 * 2 / 3 = 172 см, с учетом коэффициента запаса 2 метра.

Рубашечник для колонны 52 х 1 – 975 / 5.2 / 3.14 = 59 см * 2/3 = 39 см. Но это для помещений с высокими потолками.

«Рубашечник»

Расчет прямоточного холодильника

Если прямоточник применяется как доохладитель в ректификационной колонне с жидкостным отбором, то выбирают самый маленький и компактный вариант. Достаточно мощности в 30-40% от номинальной мощности колонны.

Изготавливают прямоточный холодильник без спирали в зазоре между рубашкой и внутренней трубой, потом запускают отбор в рубашку, а охлаждающую воду подают по центральной трубе. В этом случае рубашку наваривают на трубу подачи воды в дефлегматор. Это мелкий «карандашик» длинной около 30 см.

Но если один и тот же прямоточник используется как при дистилляции, так и при ректификации, являясь универсальным узлом, исходят не из потребности РК, а из максимальной мощности нагрева при дистилляции.

Для создания турбулентного потока пара в холодильнике, позволяющего обеспечить интенсивность теплопередачи не меньше 10 Ватт/кв. см, необходимо обеспечить скорость пара около 10-20 м/с.

Диапазон возможных диаметров достаточно широк. Минимальный диаметр определяется из условий не создания большого избыточного давления в кубе (не более 50 мм вод столба), а максимальный расчетом числа Рейнольдса, исходя из минимальной скорости и максимального коэффициента кинематической вязкости паров.

Возможная конструкция прямоточного холодильника

Чтобы не вдаваться в ненужные подробности, приведем самое распространенное определение: «Для того, чтобы в трубе поддерживался турбулентный режим движения пара, достаточно, чтобы внутренний диаметр (в миллиметрах) был не больше 6-кратной мощности нагрева (в киловаттах)».

Для предотвращения завоздушивания водяной рубашки необходимо поддерживать линейную скорость воды не ниже 11 см/с, но чрезмерное увеличение скорости потребует большого давления в водопроводе. Поэтому оптимальным считается диапазон от 12 до 20 см/с.

Чтобы сконденсировать пар и охладить конденсат до приемлемой температуры, нужно подавать воду при 20°C в объеме около 4.8 куб см/с (17 литров в час) на каждый киловатт подводимой мощности. При этом вода нагреется на 50 градусов – до 70°C. Естественно, зимой воды понадобится меньше, а при использовании автономных систем охлаждения, примерно в полтора раза больше.

На основании предыдущих данных можно рассчитать площадь поперечного сечения кольцевого зазора и внутренний диаметр рубашки. Нужно учитывать и доступный сортамент труб. Расчеты и практика показали, что зазор в 1-1.5 мм вполне достаточен для соблюдения всех необходимых условий. Этому соответствуют пары труб: 10х1 – 14х1, 12х1 – 16х1, 14х1 – 18х1, 16х1 – 20х1 и 20х1 – 25х1.5, которые перекрывают весь диапазон мощностей, применяемых в домашних условиях.

Есть еще одна немаловажная деталь прямоточника – спираль, навитая на паровую трубу. Делается такая спираль из проволоки диаметром, обеспечивающим зазор в 0.2-0.3 мм до внутренней поверхности рубашки. Навивается с шагом равным 2-3 диаметрам паровой трубы. Основное предназначение – центрирование паровой трубы, в которой при работе температура выше, чем в трубе рубашки. Это значит, что в следствии теплового расширения паровая труба удлиняется и изгибается, прислоняясь к рубашке, возникают мертвые зоны, не омываемые водой охлаждения, в результате эффективность холодильника резко падает. Дополнительными плюсами навивки спирали являются удлинение пути и создание турбулентности охлаждающего потока воды.

Грамотно выполненный прямоточник может утилизировать до 15 Ватт /кв. см площади теплообмена, что подтверждено опытным путем. Для определения длины охлаждаемой части прямоточника воспользуемся номинальной мощностью в 10 Вт /кв. см (100 кв. см/кВт).

Необходимая площадь теплообмена равна мощности нагрева в киловаттах, умноженной на 100:

S = P * 100 (кв. см).

Длина внешней окружности паровой трубы:

Lокр = 3.14 * D.

Высота рубашки охлаждения:

H = S / Lокр.

Общая формула расчета:

H = 3183 * P / D (мощность в кВт, высота и внешний диаметр паровой трубы в миллиметрах).

Пример расчета прямоточника

Мощность нагрева – 2 кВт.

Возможно применение труб 12х1 и 14х1.

Площади сечения – 78,5 и 113 кв. мм.

Объем пара – 750 * 2=1500 куб. см /с.

Скорости пара в трубах: 19,1 и 13,2 м/с.

Труба 14х1 выглядит предпочтительней, так как позволяет иметь запас по мощности, оставаясь в рекомендованном диапазоне скорости пара.

Парная труба для рубашки – 18х1, кольцевой зазор составит 1 мм.

Скорость подачи воды: 4,8 * 2= 9.6 см3/с.

Площадь кольцевого зазора – 3.14 / 4 * (16 * 16 – 14 * 14) = 47.1 кв. мм = 0,471 кв. см.

Линейная скорость – 9.6 / 0.471 = 20 см/с – значение остается в рекомендованных пределах.

Если бы кольцевой зазор был 1,5 мм – 13 см/с. Если 2 мм, то линейная скорость упала бы до 9.6 см/с и пришлось бы подавать воду выше номинального объема, исключительно для того, чтобы не завоздушивался холодильник, – бессмысленная трата денег.

Высота рубашки – 3183 * 2 / 14 = 454 мм или 45 см. Коэффициент запаса не нужен, все учтено.

Итог: 14х1-18х1 с высотой охлаждаемой части 45 см, номинальный расход воды – 9.6 куб. см/с или 34.5 литра в час.

При номинальной мощности 2 кВт нагрева холодильник будет выдавать 4 литра спирта в час с хорошим запасом.

Эффективный и сбалансированный прямоточник при дистилляции должен иметь соотношения скорости отбора к мощности нагрева и расходу воды на охлаждение 1 литр/час – 0,5 кВт – 10 литров/час. Если мощность выше, будут большие теплопотери, малая – полезная мощность нагрева снизится. Если расход воды выше, прямоточник имеет неэффективную конструкцию.

Ректификационную колонну можно использовать в качестве бражной. Оборудование для бражных колонн имеет свои особенности, но вторая перегонка отличается в основном технологией. Для первой перегонки особенностей больше и отдельные узлы могут оказаться не применимыми, но это тема для отдельного разговора.

Исходя из реальных домашних потребностей и существующего асортимента труб, рассчитаем по приведенной методике типовые варианты ректификационной колонны.

P.S. Выражаем благодарность за систематизацию материала и помощь в подготовке статьи пользователю нашего форума .

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:

1. Равное давление каждого отдельно взятого компонента смеси.
2. 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.