Конструкция ректификационной колонны имеет более сложное строение, чем у обычного самогонного аппарата. Более того, в отличие от аппарата, например, с сухопарником, работа с колонной подразумевает своеобразный “подготовительный” режим перед началом непосредственно перегонки. Если Вам посчастливилось (рекомендуем выбрать аппарат марки ), то наверняка в комплекте к ней Вы обнаружите инструкцию. Обязательно изучите этот важный документ, поскольку там будут даны все указания по работе именно с этой моделью. На деле использование ректификационной колонны — дело несложное, главное, точно понимать, что и для чего делается.
Как пользоваться ректификационной колонной
Для начала нужно отметить, что перегонять брагу сразу в режиме ректификации не совсем корректно. При этом значения не имеет. Вы рискуете насадкой, которая за очень короткое время “забьется”, что сделает процесс очистки спиртовых паров невозможным. Однако практически любая бытовая ректификационная колонна способна работать в режиме дистилляции, что позволит на первом этапе получить спирт-сырец. А вот его уже можно подвергать ректификации.
Подготовительным этапом считается режим работы колонны “на себя” в течение 15-20 минут. Это необходимо для ее прогрева, благодаря чему Вы избежите потерь по спирту. В этом режиме отбора фракций не происходит, на дефлегматор подается максимальное охлаждение, все пары конденсируются в нем и так называемая “дикая флегма” в полном объеме стекает вниз к перегонному кубу.
Всегда помните о том, что регулировка температуры путем добавления/уменьшения нагрева или охлаждения должна производиться плавно и постепенно, потому что система является инерционной, и установление нового стабильного температурного режима внутри колонны происходит не сразу, а в течение 20-30 секунд.
В в начале работы ректификационной колонны “на себя” Вы можете услышать легкий “вздох”, и это нормально. Это выходит воздух, находившийся в колонне до того, как туда попали пары. В момент выхода колонны на рабочий режим (начало процесса обмена фаз жидкость-пар массой и теплом) колонна может начать издавать незначительный шум, что тоже является нормой.
Когда колонна прогрелась, начинается непосредственно этап ректификации. Получить чистый этиловый спирт без посторонних примесей может помочь только ректификационная колонна.
Как пользоваться ректификационной колонной в “рабочем режиме”?
Вот краткая инструкция:
- Температуру в верхней части колонны устанавливают таким образом (путем регулировки охлаждения дефлегматора и нагрева куба), чтобы начали испаряться головные фракции. Как правило, это 65-68°С. В можно встретить информацию, что показания термометра могут давать незначительную “гребенку”. Но главное, чтобы она была в узких пределах и в целом температурный режим оставался стабильным.
- Головы отбираются со скоростью не выше одной капли в секунду. В остальном критерии те же, что и при перегонке на обычном дистилляторе (объем голов можно рассчитать, или же ориентироваться по запаху).
- После отбора голов температуру в колонне поднимают до 77-78°С. Скорость отбора здесь можно слегка увеличить. Слегка увеличьте охлаждение и добавьте нагрев.
- Как только температура в колонне при отборе “тела” начала ползти вверх — пришло время менять приемную емкость и отбирать хвосты, если Вы в них заинтересованы, конечно.
В целом видно, что работать с ректификационной колонной не так уж и сложно, важно за раз-другой приноровиться к регулировке температурного режима, ведь от него в большей степени и зависит качество отбираемых фракций. Что касается применения полученного напитка — тут уже каждый хозяин решает сам: будут это , или же чистый этанол будет применен в медицинских или технических целях.
В настоящее время единственный способ получения домашнего алкоголя с высоким содержанием спирта и мягким, насыщенным вкусом – это ректификация. Для этого существуют специальные устройства, которые позволяют получить практически чистый спирт. Разобраться в процессе ректификации неподготовленному человеку довольно сложно. Но если Вы намерены изготавливать самогон в домашних условиях, то стоит больше внимания уделять качеству напитка. Поэтому Вам просто необходимо знать о спирте как можно больше.
Как получается спирт?
В результате брожения органического сырья образуется этиловый спирт. Кроме того, спирт может образовываться в результате гидролиза растительных компонентов или синтетическим способом. Последний метод получения спирта довольно сложный и трудоёмкий процесс. В конечном итоге, после ректификации, получается спирт не пригодный к употреблению, то есть технический.
Спирт пригодный к использованию в домашнем и промышленном производстве алкоголя, можно получить исключительно из продуктов, употребляемых в пищу. В результате взаимодействия дрожжей и сахара образуется этиловый спирт и выделяется углекислый газ. Для этого процесса характерно выделение тепла. После завершения процесса брожения получается смесь, в которой помимо спирта присутствует и большое количество примесей. Частично избавиться от них удаётся в результате перегонки браги. Таким образом, выходит спирт-сырец, получить из которого чистый спирт и помогает ректификация.
Ректификация
Это слово обозначает тепловые и массообменные процессы, в результате которых жидкость разделяется на составные компоненты. Которые, в свою очередь, имеют различную температуру кипения. Для успешного завершения этого процесса необходимо обеспечить контакт пара и жидкости.
Что такое ректификационные колонны?
Это аппарат представляет собой устройство, обеспечивающее контакт пара и жидкости. Пароотделение достигается за счёт нагрева нижней части ректификационной колонны, в которой находится жидкость. Верхняя часть колонны предназначена для отвода тепла и образования конденсата. Жидкость в нижней части колонны пополняется за счёт стекания конденсата. Это и есть процесс обмена масс и тепла. В ректификационных колоннах расположены контактные устройства, которые и обеспечивают взаимодействие между потоками. Купить качественные аппараты для ректификации можно в магазине компании «Алкоприбор».
Тепломассообмен
Этот процесс заключается во взаимодействии потоков. Жидкость и пар постоянно обмениваются между собой не только теплом, но и своими молекулами. Данный процесс происходит в результате стремления каждого из компонентов прийти к равновесному состоянию. В конечном итоге жидкая флегма насыщается компонентами высокого кипения, а пар низкого.
Состояние равновесия
Балансное состояние достигается путём точного выполнения двух условий:
- Температуры фаз и давление компонентов должны быть идентичны.
- Стабильное состояние фаз. То есть каждая фаза должна иметь одинаковую концентрацию элементов, на каждую точку объёма.
Состояние равновесия возможно лишь на границе отделяющей фазы друг от друга. От того, насколько часто компоненты пребывают в состоянии равновесия, зависит результативность всего процесса. Поэтому, чем выше скорость перемешивания, тем выше эффективность тепломассообмена. Но и здесь существует один нюанс. При высоких скоростях перемешивания, может произойти захлёбывание ректификационной колонны , о котором можно подробно прочитать в отдельной статье.
Ректификационная колонна: роль контактных устройств
За счёт этих устройств возможно повторение циклов перехода пара в жидкое состояние и наоборот. То есть именно от них зависит частота равновесного состояния. Чем больше в ней контактных устройств, тем чаще будет достигаться состояние баланса между компонентами. И, соответственно, результативность ректификации возрастёт в несколько раз.
Ректификация в условиях промышленности достигается в результате использования специальных тарелок. Такие тарелки играют роль контактных устройств. Использование одной тарелки позволяет обеспечить половину необходимых условий для достижения равновесного состояния. На предприятиях, занимающихся производством алкогольной продукции, используется строго определённое количество тарелок. Это зависит от масштабов производства и, соответственно, необходимого количества циклов тепломассообмена.
Один цикл между достижением состояния равновесия называется «теоретической тарелкой». Эта теоретическая величина на практике равняется двум реальным тарелкам. Для получения спирта высокого качества понадобится как минимум 25 «теоретических тарелок», а реальных в два раза больше.
Давление внутри колонны
Для обеспечения нормальной работы ректификационной колонны необходимо давление в 720-780 миллиметров ртутного столба. За поддержку атмосферного давления в пределах нормы отвечает специальный штуцер. Контроль атмосферного давления играет большую роль в процессе ректификации. При снижении этого показателя сокращается плотность пара и, как следствие, возрастает скорость испарения. В результате этого, может произойти захлёбывание ректификационной колонны, о котором упоминалось выше. Увеличение давление приводит к снижению скорости испарений. В этом случае существенно снижается результативность ректификационного процесса.
Флегмовое число
Для того чтобы понять что это такое, необходимо пояснить движение масс внутри ректификационной колонны. Всю массу, участвующую в процессе, можно разделить на три потока. Это пар, флегма и дистиллят. Для образования необходимого количества жидкости, в начале ректификации полученный дистиллят не отбирается. Он, принимая активное участие в процессе, способствует образованию необходимого количества жидкости. Именно это количество и получило название флегмовое число. В ходе процесса часть паров спирта выходит в виде образованного дистиллята. Другая часть остаётся внутри колонны в виде конденсата. Именно от последней и зависит флегмовое число.
Производительность при ректификации
Этот показатель вовсе не зависит от габаритов ректификационной колонны, как считают дилетанты. Длина царги (металлической трубки с медной спиралью внутри) лишь увеличивает степень очистки. Производительность при ректификации напрямую зависит от скорости взаимодействия пара с жидкостью. Что в свою очередь зависит от температуры и давления внутри колонны. Стандартные домашние самогонные аппараты
имеют среднюю скорость 1 литр в час. Для этого понадобится мощность в 1 кВт.
Ректификация в домашних условиях
Домашняя очистка спирта, в отличие от промышленной ректификации, имеет свои особенности. Здесь большую роль играют контактные устройства расположенные внутри колонны. Специальные тарелки, которые обеспечивают ректификацию в промышленности, здесь не подойдут. Поэтому не будем заострять на них внимание. С ролью домашнего контактного устройства великолепно справляется насадка Селиваненко. Эта насадка представляет собой, медные или стальные призматические спирали. «Теоретическая тарелка» этого приспособления зависит от высоты самой спирали.
Многие домашние умельцы делают контактные устройство собственноручно. Можно встретить такие устройства, выполненные из проволоки или щётки для мытья посуды. В случае самостоятельного изготовления таких устройств нельзя игнорировать тот факт, что в процессе ректификации это изделие может подвести. Некачественный материал, попадая в агрессивную среду ректификационной колонны, как минимум будет подвержен коррозии. Только произведённые в промышленных условиях и имеющие сертификат качества насадки, помогут избежать подобных рисков.
Ректификационную колонну рекомендовано устанавливать непосредственно на перегонный куб. В качестве такого куба, может использоваться любая ёмкость , подходящая по размерам. Наиболее распространены в качестве перегонных кубов эмалированные бидоны или скороварки. Такой выбор отнюдь не случаен. Перегонный куб должен не только быть устойчивым к повышенным температурам, но и не содержать в себе опасных для организма токсинов.
В большинстве случаев домашние устройства для очистки самогона имеют встроенные электронагревательные элементы. Это позволяет сделать устройство более компактным и мобильным. Кроме того, позволяет контролировать мощность обогрева.
Наиболее оптимальный материал для ректификационной колонны, наполнителя и перегонного куба, это нержавеющие сплавы. За счёт установки дополнительной царги можно значительно повысить степень очистки готовой продукции. В верхней части колонны устанавливается ёмкость со змеевиком. По этому к нему поступает поступает холодная вода, необходимая для образования конденсата. В самой ёмкости имеется трубка для выхода дистиллята.
Для эффективного использования ректификационной колонны необходимо соблюдать все инструкции, которые прилагаются к устройству. В них указываются все необходимые параметры для более результативного использования. Полностью контролировать процесс ректификации можно при помощи термометра и спиртометра. Эти простые приборы помогут соблюдать температурный режим и следить за крепостью получаемой продукции.
Для получения чистого спирта рекомендуется для начала перегнать брагу в спирт-сырец, а только потом приступать к ректификации. Рекомендуемая крепость сырца должна быть не менее 35 градусов. При домашнем использовании ректификационной колонны, не стоит пренебрегать мерами безопасности. Перед началом процесса необходимо заполнить перегонный куб на 2/3 и проверить его герметичность, затем для этих же целей перекрыть отбор. После подачи холодной воды можно приступать к разогреву куба.
Изготовление ректификационных колонн кустарным способом крайне не желательно. Для изготовления такого устройства нужны определённые знания и навыки, которые есть далеко не у всех. В настоящее время гораздо проще приобрести такую колонну, благо политика цен на эти изделия делают их доступными для всех. предлагает широкий выбор колонн высокого качества.
Приобретение ректификационной колонны, сделанной специалистами в условиях производства, служит гарантией безопасной и комфортной очистки домашнего алкоголя. Полученная в результате ректификации продукция обладает мягким вкусом и нейтральным запахом.
Особое место среди бытовых самогонных аппаратов занимает ректификационная колонна, которая позволяет создавать спирт высокого уровня очистки и крепости (96-98%). При использовании такого устройства за час можно производить от 300 до 1000 мл водки, абсента, виски, ароматизированного спирта и различных наливок.
Раньше этот дистиллятор представлял собой многометровую колонну, но для удобства пользователями был разработан вариант с менее высокой многоходовой ректификацией. Небольшие габариты аппарата позволяют применять его как на даче, так и в условиях городской квартиры.
Но есть мнение о том, что высота трубы влияет на качество ректификации. Тем не менее рассчитать оптимальный вариант можно по следующему принципу: высота колонны должна быть равна 40-60 ее диаметрам.
Перед тем как использовать ректификационную колонну, важно учесть, что для получения чистого продукта устройство должно быть правильно собрано и отрегулировано. Несмотря на то что аппарат требует подачи лишь проточной воды, а для сборки можно применить термос или скороварку, создать мини-спиртзавод не так просто. Многие по этой причине приобретают уже готовый дистиллятор, но есть и те, кто берется построить ректификационную колону своими руками.
Принцип работы ректификационной колонны
Колонна создается из таких материалов, которые не вступают в реакцию со спиртом и не выделяют ядовитых соединений. Внутри колонны происходит непрерывный процесс обмена пара и жидкости, который и называют ректификацией.
В теории процесс выглядит так: после закипания жидкости внизу устройства (в кубе) начинается интенсивная выработка пара, содержащего спирт. Он, более легкий, чем жидкость, поднимается по трубе, попадает в дефлегматор, проходит повторную конденсацию за счет охлаждения водой, а затем стекает вниз. На пути конденсат встречает следующую порцию горячего пара и снова вступает в процесс обмена. В это время стекающая жидкость (флегма) насыщается паром, а пар — жидкостью с более низкой температурой кипения.
Во время кипения и образования конденсата верхушка ректификационной колонны наполняется легким паром с наиболее высокой концентрацией спирта. Конечная конденсация пара происходит в холодильнике, откуда потом в емкость для приема стекает максимально очищенный спирт.
Процесс непрерывной ректификации происходит благодаря специальным контактным элементам — физическим тарелкам в промышленных образцах и металлическим губкам или стеклянным шарикам для домашних вариантов ректификационной колонны. Эти элементы увеличивают эффективность взаимодействия между паром и флегмой, поскольку позволяют двум фазам — парообразной и жидкой — достичь равновесия за максимально короткое время.
Состояние физического равновесия достигается сразу после того, как пар проходит через первый контактный элемент. Для достижения лучшего результата важно, чтобы колонна была диаметром от 30 до 50 мм.
Ректификационная колонна осуществляет свою работу при атмосферном давлении, поэтому вверху устройства размещают открытую трубку или атмосферный клапан. Пары, которые не успели подвергнуться конденсации, покидают колонну, практически не имея спирта в своем составе.
Из чего состоит колонна
Затрагивая тему промышленного варианта ректификационной колонны, пользователи отмечают недоработки устройства. Поэтому многие прибегают к варианту сборки аппарата своими руками.
В основе устройства ректификационной колонны лежит несколько соединительных частей (царг), которые последовательно соединяются между собой:
Для состыковки в точке отбора и соединения с перегонным кубом иногда используются резьбовые элементы, однако они создают опасность протекания. Некоторые пользователи предлагают надевать элементы друг на друга, чтобы они сидели максимально плотно. Другой вариант — применение герметика, который, однако, не позволит чистить конструкцию в дальнейшем.
Инструкция по сборке
Каждый шаг при сборке ректификационной колонны заслуживает особого внимания как в целях безопасности, так и для достижения качественного результата. Поэтому пункты, приведенные ниже, включают в себя рекомендации, касающиеся отдельных элементов колонны:
Схема ректификационной колонны поможет разобраться с устройством аппарата и визуально представить процесс сборки. Некоторые пользователи основываются на готовых схемах и рисуют дополнительный чертеж для наиболее четкого исполнения и понимания сути ректификации.
Последовательность работы с колонной
Для начала эксплуатации устройства необходимо разобраться в последовательности перегонки дистиллята. Этот вопрос также требует точного и пошагового описания:
- После предварительной дистилляции браги разбавьте спирт-сырец проточной водой. Учтите, чем ниже крепость спирта, тем выше вероятность возгорания.
- Залейте спирт в перегонный куб.
- Соберите ректификационную колонну и присоедините ее к кубу. Для получения качественного продукта колонна должна быть наравне с вертикальным уровнем.
- Разогрейте содержимое термоса, скороварки или другой емкости, которая выполняет роль перегонного куба. Проследите, чтобы кран отбора дистиллята находился в закрытом положении.
- После повышения температуры в дефлегматоре уменьшите мощность, которая подается на ректификационную колонну.
- Оставьте колонну в таком положении на полчаса. Это неоходимо для начала тепломассообмена.
- Включите подачу воды в холодильник, а затем приступите к отбору «голов» (они не годны к употреблению). Продолжайте до того момента, как температура стабилизируется и будет придерживаться 78°C. Должен появиться запах спирта.
- Затем наступит время конденсации «тел» — увеличьте мощность ректификационной колонны и выставьте температуру 45-55°C.
- Процесс конденсации хвостовых фракций («хвостов») начинается при температуре около 85°C. В этот момент вы почувствуете сивушный запах.
- После окончания процесса ректификации хвостовые конденсаты можно оставить для следующего использования.
Так происходит процесс ректификации, который позволяет получить чистый товарный продукт без вредных примесей и стороннего запаха. После первой эксплуатации вы сможете обнаружить возможные погрешности в сборке или некоторых элементах ректификационной колонны.
В случае если вы уже приобрели опыт в эксплуатации устройства или не хотите принимать постоянное участие в процессе ректификации, вам пригодится система автоматизации. С ее помощью будет исключена возможность попадания «хвостов» в товарный спирт, а «головы» соберутся в отдельную посуду. БУР (блок управления ректификацией) отрегулирует мощность, начнет подачу воды для охлаждения и уменьшит отбор в конце процесса, а затем отключит нагрев и подачу воды.
Наиболее простой вариант для автоматизации — это установка старт-стопа с клапаном. Чтобы собрать такую систему для домашнего мини-спиртзавода, рекомендуется использовать комплектующие китайского производства или обратиться на специализированные форумы.
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.
