Виды и устройство ректификационных колонн

Теория ректификации спирта и принцип работы ректификационной колонны

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.

Схема ректификации

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.

ОтличиеДистилляцияРектификация
Органолептика напиткаСохраняет аромат и вкус исходного сырья.Получается чистый спирт без запаха и вкуса (проблема имеет решение).
Крепость на выходеЗависит от количества перегонок и конструкции аппарата (обычно 40-65%).До 96%.
Степень разделения на фракцииНизкая, вещества даже с разной температурой кипения перемешиваются, исправить это невозможно.Высокая, можно выделить чистые вещества (только с разной температурой кипения).
Способность убрать вредные веществаНизкая 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 спиртаВысокие. 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 условияхНизкая 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.
Читайте также:  Отзывы о самогонном аппарате Добрый жар Профи: плюсы и минусы

Ректификационные колонны для самогонного аппарата

Колонна для получения ректификата – необходимое приспособление, которое позволяет выделить из браги не просто крепкий самогон, а настоящий чистый спирт крепостью до 96 градусов. Самогонный аппарат с ректификационной колонной открывает широкие возможности для начинающих и опытных винокуров. Чем отличается самогонный аппарат от ректификационной колонны? Обязательна ли она при изготовлении домашних алкогольных напитков, и какие преимущества дает? Давайте разбираться.

Ректификационная колонна

Что представляет собой ректификационная колонна?

Колонна – компонент дистилляционной схемы, состоящее из металлической (нержавеющая сталь, медь) или стеклянной колбы, а также наполнителя и специальных креплений-переходников (чаще всего используют соединение кламп, позволяющее быстро устанавливать и снимать устройство).

Ректификационная колонна, схема

В качестве наполнения, повышающего полезную площадь внутренней части ректификационной колонны используют различные варианты:

  • стеклянные или керамические шарики;
  • регулярную проволочную насадку (РПН);
  • СПН (спиральная проволочная насадка Селиваненко) и пр.

Принцип работы ректификационной колонны в самогонном аппарате основан на увеличении площади контакта испаряющихся из браги веществ – паров спирта, тяжелых и сверхлегких фракций.

В отличие от простой дистилляции, при ректификации с помощью колонны выделяющиеся при нагреве из браги пары разделяются на составляющие. Получаемый продукт – чистый, без примесей в виде тяжелых фракций, спирт. Посторонние вещества оседают обратно в перегонный куб, стекая по стенкам колонны, а более летучие спиртовые пары, проходят в конденсатор (холодильник трубчатого типа или со змеевиком). Дополнительно ректификационное оборудование оснащают специальными устройствами – дефлегматором, каплеуловителем, сухопарником и пр. Каждый из них служит для улучшения качества получаемого продукта.

Лучшие самогонные аппараты и ректификационные колонны позволяют получать в домашних условиях спирт, самогон и крепкие спиртные напитки отличного качества .

Что лучше – простой аппарат или ректификационная колонна?

На самом деле ставить вопрос именно так – не самый верный подход. Самогонный аппарат служит для получения достаточно крепкого спирта-сырца, крепость которого обычно не превышает 70 градусов. При грамотной перегонке с отсечением «голов» и «хвостов» на выходе получают крепкий спиртной напиток с богатой вкусоароматической композицией, включающей в себя нотки, свойственные исходному сырью. Особой популярностью пользуются самогоны из меда, фруктов, ягод, зерновых – их характерные вкусы радуют любителей.

Ректификационная колонна позволяет получить готовый продукт – спирт-ректификат

Получаемый на простом самогонном аппарате продукт требует дополнительных операций – очистки, фильтрации, двойной дробной перегонки.

Колонны используют для получения очищенного спирта с высокой крепостью, но без вкусов и ароматов исходного сырья. Они не нуждаются в дополнительной очистке и, в качестве нейтральной спиртовой основы, подходят для приготовления водки, настоек, наливок. Ректификационная колонна позволяет не перегонять брагу два раза, получая сразу готовый продукт – спирт-ректификат, пригодный как для технических нужд, так и для пищевых целей. При перегонке через колонну для улучшения вкусоароматических свойств применяют сухопарники и джин-корзины. В них помещают ароматическое сырье, которое отдает эфирные масла при прохождении через травы, сухофрукты, пряности спиртовых паров. Самогонный аппарат с ректификационной колонной и сухопарником отлично подойдет для приготовления джинов, ароматизированных водок, текилы.

Сухопарник с джин-корзиной

Плюсы и минусы использования ректификационной колонны в комплектации дистилляционного оборудования

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

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

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

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

Ситчатая колонна для дистилляции

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

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

Насадки для колонн и их разновидности

По-настоящему увлеченные винокуры охотно экспериментируют с насадками для наполнения ректификационных колонн. Они используют как фабричные модели, так и всевозможные самоделки. Среди первых можно выделить три варианта.

  • Проволочные регулярные насадки из металлической сетки. Материалом служит медь или нержавеющая сталь. Благодаря большой площади тяжелые фракции задерживаются, стекая обратно в перегонный куб, а летучие пары чистого спирта поднимаются выше – в конденсирующее устройство (холодильник – трубчатый или спиралевидный) и подаются на выход в виде жидкости.

Регулярная проволочная насадка для ректификационной или бражной колонны

  • Насыпные спиральные насадки. Они состоят из множества мельчайших спиралек. Материалом также служит металл – нержавейка или медь. Последнюю используют для устранения сернистых соединений, сильно портящих органолептические характеристики конечного продукта.

Насыпные спиральные насадки для ректификационной колонны

  • Специальные керамические или стеклянные шарики. Они также служат для увеличения рабочей площади колонны и удерживания тяжелых фракций.

Ректификационная колонна “Добровар Ермак”

Самодельные насадки порой обладают не худшими рабочими качествами. Любители изготавливают их из проволоки, свивая ее в спираль и нарезая на небольшие отрезки, применяют различные материалы, часто их комбинируя.

Некоторые винокуры с большим опытом считают, что ректификационная колонна для самогонного аппарата, сделанная своими руками – лучший вариант. Но, чтобы получить по-настоящему эффективное приспособление, нужно иметь необходимые знания и умения, понимать принципы работы устройства. Поэтому для новичков выход один – приобрести колонну в специализированном магазине. Но, если есть желание, схему ректификационной колонны для самогонного аппарата можно найти на любом форуме, посвященном самогоноварению.

Распространенные вопросы

У новичков в деле изготовления спирта и домашних напитков из него часто возникают различные вопросы. Вот ответы на самые распространенные из них.

Можно ли получить ректификат за одну перегонку из браги?

Нет. Прямая перегонка через колонну браги может привести к засорению колбы и насадки из-за поднятия пены. Необходимо перегнать брагу, получив спирт-сырец, разбавить его до 15-20 градусов и перегнать с помощью ректификационной колонны при малой температуре.

Нужна ли колонна для получения самогона высокой степени очистки?

Ректификационная колонна для самогонного аппарата необязательна для получения такого продукта, хотя с ней это сделать проще. Для получения качественного продукта можно использовать дробную двойную перегонку на обычном аппарате.

Можно ли получить на обычном самогонном аппарате спирт с крепостью 96 градусов?

Максимальная крепость получаемого на дистилляционном оборудовании – 70-80 градусов. Для получения ректификата (96 градусов) требуется ректификационная колонна.

Заменяет ли медная регулярная насадка в колонне аламбики, колпаки и змеевики из того металла?

Да, сернистые соединения удаляются с помощью медной сетки или спирального наполнения не менее эффективно, а стоимость насадок гораздо меньше, чем перегонного оборудования из меди.

Выводы из представленной информации просты – ректификационные колонны предназначены для получения из не слишком ценного сырья спирта высокого качества. Перегонка браги из фруктов, зерновых, ягод потребует более тонкого подхода и привычного дистилляционного оборудования. С другой стороны, новичкам больше подойдет ректификационная колонна. С ее помощью проще получить спирт без вредных и опасных примесей. В качестве компромисса можно использовать профессиональный самогонный аппарат с ректификационной колонной, другими полезными приспособлениями, а также возможностью модернизации.

Устройство и принцип работы ректификационной колонны

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

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

Как работает это устройство подробно рассмотрим в данной статье.

Устройство аппарата для перегонки самогона

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

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

Любая жидкость неоднородного состава представляет собой смесь нескольких компонентов.

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

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

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

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

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

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

Принцип работы

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

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

Работает ректификационная колонна следующим образом:

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

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

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

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

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

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

Разница между дистилляцией и ректификацией спирта

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

  • Дистилляция представляет собой очистку путем нагрева смеси до определенной температуры, когда активно испаряются только низкокипящие фракции, с последующим охлаждением паров для обеспечения их конденсации. Температура разогрева исходного сырья выбирается так, чтобы вскипяла только указанная фракция, при этом высококипящие компоненты не достигают кипения, оставаясь в жидком состоянии. По сути, самогонный аппарат является примером дистиллятора.
  • Ректификация требует нагрева смеси до кипения всей массы с последующим тепломассообменом жидкого и парового потоков. Дистилляция используется, как завершающая стадия, когда отводимый легколетучий пар превращается в жидкость путем конденсации для получения готового продукта.

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

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

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

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

Способ дистилляции имеет и определенные положительные стороны:

  • Даже многочисленные перегонки при соблюдении технологии позволяют терять не более 20-22% жидкости.
  • Потери в ректификационных установках значительно выше – могут достигать 32-35%.
  • Надо отметить и простоту технологии. Ректификация требует значительно более сложного и дорогостоящего оборудования.
Читайте также:  Как правильно выбрать дистиллятор для дома

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

Важные характеристики колонны

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

Решение поставленных задач достигается движением в нескольких направлениях.

Размеры и материалы

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

По размеру различаются:

Для домашних условий необходимы миниатюрные аппараты.

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

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

Нагревательная система

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

  • достаточная мощность,
  • возможность плавной регулировки.

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

Производительность

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

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

Качество очистки

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

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

Контроль процесса

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

Давление

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

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

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

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

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

Контактные устройства (тарелки и насадки)

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

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

В любой подобной зоне устанавливается определенное равновесие.

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

Основными являются следующие контактные элементы:

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

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

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

Как добиться лучшего результата?

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

Особо следует выделить мероприятия в следующих направлениях.

Исключение «захлебывания» установки

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

Явление может провоцироваться такими причинами:

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

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

Своевременное выведение готового продукта и оседающих тяжелых фракций

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

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

Правильная подготовка установки к пуску

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

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

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

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

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

В качестве теплоизоляции рекомендуется использовать:

  • пенопласт,
  • пеноизол,
  • современные фольгированные утеплители.

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

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

Видео обзор

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

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

Ректификационная колонна для самогонного аппарата

Опытные самогонщики знакомы с множеством видов самогонных аппаратов, но выше всех их они ставят ректификационную колонну. Да, ее сложно изготовить самостоятельно и также сложно использовать в домашних условиях, но что мешает купить колонну промышленного изготовления? Благо на рынке различных моделей ректификационных колонн очень много.

Но одной покупки для получения хорошего продукта недостаточно. Самогонщик должен знать, как устроена ректификационная колонна и принципы ее работы. Эта статья поможет узнать об этом.

Что такое дистилляция алкоголя?

Под дистилляцией понимает процесс перегона перебродившей смеси в летучие компоненты, которые затем конденсируются и превращаются в самогон. Этот процесс по своей сути примитивен. Вода закипает при 100 ° С, а спирт начинает испаряться при 78 ° С. Достаточно нагревать брагу, но не доводить до кипения, чтобы спирт начал испаряться. После этого он конденсируется в виде самогона. Полученный продукт снова можно перегнать, чтобы получить еще более крепкий самогон.

Примечателен тот факт, что в примитивных ректификационных аппаратах первые 100 мл самогона обладают наибольшей крепостью. Однако, помимо высокого содержания спирта в этой жидкости очень много вредных веществ:

По этой причине опытные самогонщики первые миллилитры ректификационного спирта выливают или используют как средство для розжига. Пить этот раствор очень опасно для здоровья.

Первые 100 г дистиллята, полученного в домашних условиях, называются головой.

При ректификации спирта в перегонном кубе концентрация спиртовых паров при нагревании постепенно уменьшается. Определить уровень снижения спиртовых паров можно по температуре спиртовой колонне. Не стоит ждать, когда она сильно нагреется. Тогда из перегонного куба начнет испаряться вода.

На завершающем этапе ректификации появляется еще одна непригодная для употребления часть спирта. Речь идет о хвостах, содержащих метанол и сивушные масла. Узнать хвост можно по неприятному запаху. Он появляется тогда, когда крепость самогона на выходе из ректификационной колонны падает до 40%. Хвосты вовсе не обязательно выливать. Их можно перегнать повторно.

Виды дистилляции

Этот процесс бывает 2-х видов:

При простой дистилляции головы и хвосты не отсекаются. Оставшаяся после ректификации в перегонном кубе брага обычно называется бардой, реже кубовым остатком. Полученный продукт – дистиллятом. В таком продукте процентное содержание спирта обычно не превышает 30%. Количество вредных примесей в таком самогоне значительно превышает норму. Поэтому он требует повторной перегонки.

Фракционная дистилляция называется так потому, что из выходящий их самогонного аппарата продукт делится на 3 части:

Первую и третью части отсекают. Остается вторая часть, пригодная к употреблению. Ее крепость может колебаться от 50 до 70%. Качество такого продукта относительно высокое.

Что такое ректификация?

Дистилляция и ректификация суть одно и то же. Вот только при использовании полноценной ректификационной колонны на выходе получается не дистиллят, а этиловый спирт.

Ректификационная колонна для самогонного аппарата позволяет разделить бражный спирт на составные части и получить на выходе чистый продукт без запаха, присущего сивушным маслами, ацетону и метанолу.

Благодаря ректификатору самогонщик может в домашних условиях своими руками изготавливать настойки и другие алкогольные напитки, по качеству не уступающие тем, что продаются в магазинах.

Естественно, ректификационную колонну можно использовать в качестве простого дистиллятора, для получения обычного самогона.

Главное отличие дистилляции от ректификации заключается в характеристиках конечного продукта. Ректификатор позволяет получить чистый спирт, но для него нужен спирт-сырец. Последний можно получить только перегоном браги в самогонном аппарате. То есть, ректификатор и самогонный аппарат должны использоваться вместе.

Также следует понимать, что из самогонного аппарата получается продукт, обладающий вкусом и запахом исходного сырья, ректификационная колонна выдает спирт с нейтральным вкусом и запахом.

Принцип работы ректификационной колонны

Схему ректификационной колонны можно найти в интернете. Согласно ей, ректификатор состоит из следующих частей:

  • Испарительный куб, в котором хранится и нагревается сырье.
  • Колонна, внутри которой за счет специальной насадки происходят процессы тепломассообмена.
  • Дефлегматор.
  • Узел отбора дистиллята в ректификационной колонне.

Чтобы понять устройство ректификационной колонны нужно понять принцип работы каждого ее элемента.

Испарительный куб

Это емкость для хранения и нагрева браги или дистиллята. При нагреве кубовая жидкость испаряется и потихоньку поднимается вверх по колонне. В верхней части ректификатора происходит разделение жидкости на отдельные фракции.

Нередко куб является основанием колонны. Его можно нагревать как на газовой, так и на электрической плите. В некоторых моделях куба используется нагревательный элемент – ТЭН.

При изготовлении спирта в перегонном кубе изначально перегоняется брага. Так можно получить спирт сырец, необходимый для последующей ректификации.

Куб, изготовленный в промышленных условиях, обязательно имеет встроенный термометр, позволяющий контролировать температуру браги. Как правило, сырье в кубе сначала нагревают до 70 ° С и только после этого подают в колонну охлаждающую жидкость.

Царга

Это центральная часть колонны, в которой происходят процессы темпломассобмена.

Ее работа выглядит следующим образом:

  • Брага в кубе начинает испаряться и поднимается вверх по колонне, в верхней части которой установлен холодильник.
  • Дефлегматор обеспечивает конденсацию спиртовых паров.
  • Полученный дистиллят после конденсации спускается вниз по спиртовой колонне.
  • Во время опускания дистиллят сталкивает с паром. Происходит тепломассобмен, в результате которого в верхнюю часть колонны поднимается наиболее испаряемая часть фракции.
  • Она конденсируется и уходит в канал отбора.

Укрепляющая колонна может состоять из нескольких царг. Кроме того, нужно учитывать тот факт, что при увеличении высоты колонны процессы тепломассобмена становятся более активными. Это позволяет получить на выходе более ректификованный спирт.

Существует разновидность этого устройства под названием «торнадо». Она отличается от обычного ректификатора тем, что ее стенки подогреваются. Такой подход заставляет флегму испаряться непосредственно со стенок до момента контакта с холодильником. Это позволяет ускорить процесс ректификации и получить более чистый продукт.

Ректификационная насадка

Она состоит из 2-х частей:

  • Узел отбора спирта. Если ректификатор изготовлен промышленным способом, то узел снабжается смотровым стеклом, позволяющим визуально определять скорость отбора спирта. К этому элементу спиртовой колонны можно подключить термометр для контроля температуры.
  • Дефлегматор. Его нередко называют холодильником. Он располагается в самой верхней части ректификационной колонны. В нем собираются самогонные пары и превращаются во флегму. Последняя опускается вниз и обогащается спиртовыми парами, поднимающимися вниз. После попадания в узел отбора наиболее испаряемая часть флегмы выводится наружу.

Современные ректификационные колонны нередко оснащаются автоматическими блоками управления ректификацией. Этот прибор позволяет по заданной программе отделять хвостовую и пищевую части. В результате самогонщик может не сидеть все время около самогонного аппарата и делать отбор своими руками. Аппарат, благодаря БУРу сделает все сам.

Можно ли сделать полноценную ректификационную колонну своими руками?

Сделать самогонный аппарат с ректификационной колонкой можно в домашних условиях. Но стоит ли это делать? Экономия средств будет незначительной. Кроме того, из-за того, что дома сложно выдержать все необходимые параметры можно столкнуться с захлебыванием домашнего аппарата во время производства ректификатного спирта.

Читайте также:  Отзывы о самогонном аппарате Феникс Локомотив: плюсы и минусы

Происходит это из-за несоблюдения геометрических параметров устройства, в результате чего максимальная скорость движения пара превышается. Это приводит к скоплению жидкости в центральной части колонны, в результате чего тепломассобменные процессы прекращаются. Давление внутри царги растет. Самогонщик начинает слышать бульканье внутри аппарата.

К этой проблеме, кроме конструктивных недостатков, могут приводить следующие причины:

  • Излишний нагрев самогонного аппарата.
  • Переполнение перегонного куба.
  • Засорение нижней части укрепляющей колонны.
  • Перегонка в условиях низкого атмосферного давления.

Чтобы избежать этих проблем, ректификационный аппарат лучше купить, чем делать своими руками.

Ректификационная колонна своими руками: как работает + инструкция

Чтобы получить чистый самогон, домашние кулинары обычно прибегают к двойной перегонке. В результате выходит качественный продукт без вредных примесей, с приятным вкусом и ароматом.

Еще лучший эффект дает дистилляция в ректификационной колонне. Она позволяет получить максимально очищенный крепкий спирт (94–96%) или водку без дополнительных привкусов и запахов.

При этом минусов у устройства практически нет, за исключением крупных габаритов и необходимости потрудиться над его изготовлением. В том, что ректификационную колонну лучше собирать самостоятельно, сходится большинство опытных самогонщиков.

Конструкция и принцип работы ректификационной колонны

Царга (труба) с наполнителем

Узел отбора спирта

Работает она следующим образом

Находящаяся в перегонной емкости брага нагревается и начинает испаряться. Пары следуют вверх по царге, достигают холодильника и узла отбора, кран которого на начальном этапе закрыт.

Сконденсированные пары (флегма) спускаются обратно по трубе. При этом тяжелые фракции накапливаются внизу, а легкие – вверху. Благодаря насадкам, процессы конденсации и испарения происходят многократно: пары и жидкости непрерывно взаимодействуют.

Этот процесс обмена и представляет собой процесс ректификации. Самые легкие пары с высоким содержанием спирта отводятся в холодильник, где происходит финальная конденсация. В результате в приемную емкость поступает чистый дистиллят.

Расчет параметров и подбор материалов

Прежде чем приступать к сборке колонны, следует определиться с размерами и другими характеристиками аппарата.

Высота царги

Если раньше ректификационные колонны представляли собой многометровые конструкции, то сегодня домашние винокуры пользуются компактными вариантами – около 1,5 метров длиной. Главный принцип, которым следует руководствоваться при расчете габаритов следующий: высота трубы должна быть равна примерно 50 ее диаметрам. Допускаются небольшие отклонения в одну или другую сторону. Однако длина царги не может быть меньше 1 метра. В противном случае часть сивушных масел попадет в отбор, и возникнут трудности с разделением фракций. Увеличение высоты колонны свыше 1,5 метров на качество продукта существенно не влияет, но удлиняет время перегона. К тому же, разместить такую конструкцию в домашних условиях будет проблематично. Оптимальные размеры трубы: длина – 1,3-1,4 м, диаметр – 3–5 см.

Материал и толщина стенок

Идеальным вариантом для царги является пищевая нержавейка: она никак не влияет на состав напитков. Также подойдет медь. Оптимальная толщина стенок находится в пределах 1–2 мм. Больше можно, но это утяжелит конструкцию и увеличит расходы, не принося особой выгоды. К тому же стоит помнить, что в стенках придется делать отверстия.

Вид и параметры насадок

В качестве контактного элемента проще всего использовать бытовые мочалки из нержавейки, которыми чистят посуду. Чтобы проверить качество металла, можно замочить изделие в растворе соли и оставить в нем на сутки: хорошее изделие не заржавеет. Альтернативными вариантами являются стеклянные шарики, камни определенных пород, металлическая стружка. Плотность набивки составляет 250–270 г контактного элемента на 1 л объема колонны.

Объем куба

Емкость для перегонки заполняют на 2/3, при этом количество спиртосодержащей жидкости должно соответствовать 10–20 объемам насадки. Для колонны с диаметром 5 см оптимально использовать бак на 40–80 л, для ширины в 4 см – 30–50 л.

Источник нагрева

Не рекомендуется использование газовой, электрической или индукционной плиты. Первый вариант опасен, остальные не позволяют обеспечить равномерную подачу тепла. Оптимальным вариантом является электронагрев с помощью ТЭНов, которые можно вмонтировать в куб самостоятельно. Мощность элементов зависит от объема куба: на 50 л требуется не менее 4 кВт, на 40 л – не менее 3 кВт и т. д.

Вид теплоизоляционного материала

Он должен выдерживать высокие температуры, быть химически инертным. Обычно используют поролон 3–5 мм толщиной, фторопластовые или силиконовые (но не резиновые!) прокладки.

Вариант состыковки

Если используются резьбовые соединения, может потребоваться герметик. Лучше отдать предпочтение надеванию элементов друг на друга.

Инструкция по изготовлению ректификационной колонны

При создании ректификационной колонны имеет значение каждая мелочь, поэтому следует строго соблюдать все рекомендации. Не лишним будет посмотреть видео сборки.

Металлическую трубу с рекомендованными параметрами разрезают на 2 части примерно равной длины, зачищают края, герметично стыкуют с помощью резьбовых соединений или переходника.

В одну часть, которая будет находиться внизу, засыпают выбранный вид насадок, предварительно установив сетку и упорную шайбу для исключения выпадения материала. Если используются металлические губки (потребуется около 40 шт.), предварительно нарезают их на кусочки по 5 мм. Пружинки следует распределять равномерно, постукивая трубой по твердой поверхности. Засыпав насадку, закрывают трубу сеткой, фиксируют ее шайбой.

Подсоединяют получившуюся конструкцию к перегонному кубу и утепляют ее теплоизоляционным материалом.

Вторую (верхнюю) часть трубы с помощью паяльника соединяют с дефлегматором. В водяном корпусе должно быть 2 патрубка: на ввод и вывод воды. Дефлегматор можно купить или сделать самостоятельно из термоса, скороварки, змеевика, медной трубки (первые варианты предпочтительнее). Например, так: https://youtu.be/D4ZsbbRH6ds

Верхний конец колонны закрывают пробкой/крышкой или запаивают, оставив отверстие для установки атмосферной трубки. Для ее закрепления используют штуцер, конец трубки опускают в воду.

Делают отверстие под патрубок для выхода дистиллята. Оно должно находится на пару сантиметров выше места соединения с нижней частью трубы, под ним устанавливают пластинку для сбора конденсата.

С помощью силиконового шланга подсоединяют к колонне холодильник. Его можно купить или сделать самостоятельно. Для регуляции процесса движения жидкости на шланг крепят зажим от капельницы.

Соединяют охлаждающие элементы между собой: верхнюю часть холодильника с низом дефлегматора, верхнюю часть дефлегматора с канализацией. Таким образом, вода к дефлегматору будет поступать подогретой.

Дополнительно можно установить регулятор потока воды и термометр (для него потребуется дополнительное отверстие в узле отбора).

Можно также разделить царгу на 3 части: такая конструкция считается более вариативной в применении. Подробный процесс сборки колонны можно посмотреть здесь:

Ошибка или есть что добавить?

Виды и устройство ректификационных колонн

Ректификация – метод разделения смеси жидкостей на чистые фракции благодаря последовательному многократному испарению жидкой фазы и конденсации паров в двух встречных потоках – ниспадающей жидкости и восходящих паров. Каждая фракция содержит вещества с одинаковой температурой кипения. При контакте паров с жидкостью в первую очередь из нее испаряются вещества с более низкой температурой кипения (более низкокипящие), а из пара конденсируются с более высокой температурой кипения (более высококипящие).

Устройство на котором происходит взаимодействие паров и жидкости, так и называется — контактное устройство. В простейшем случае — это тарелка. Жидкость, накапливаясь на тарелке, обогащаясь высококипящими фракциями, стекает под действием силы тяжести вниз. В свою очередь пар, обогащаясь низкокипящими фракциями, устремляется вверх. Если имеется несколько последовательных контактных устройств (тарелок друг над другом), при таком последовательном многократном массообмене более низкокипящие фракции поднимаются, как бы всплывая вверх, а высококипящие фракции опускаются вниз. Стоит обратить внимание, поднимаются не более легкие по весу вещества, а более легкокипящие, то есть, с более низкой температурой кипения. При этом наблюдается градиент температуры по высоте: внизу она выше, а с высотой понижается.

В идеале жидкость и пар на тарелке должны находиться в состоянии равновесия. При этом, количество вещества в жидкости и в паре различно. Максимально теоретически возможная разница концентраций компонентов в паре и жидкости при заданных условиях соответствует понятию «теоретическая тарелка». Физическая тарелка в отличие от теоретической имеет КПД отличный от 100 % и он составляет на практике порядка 50 %. Чем меньше разница температур кипения фракций, тем больше требуется теоретических тарелок и их физических аналогов для качественного разделения смесей.

Поток паров снизу в верх обеспечивается подачей в самую нижнюю зону тепла, достаточного для кипения исходной смеси. Следует подчеркнуть, для эффективной ректификации необходим так же постоянный встречный поток жидкости сверху. Это условие должно соблюдаться по всему объему процесса.

Процесс ректификации, как видно из сказанного, проще всего организовать в вертикальных колоннах, получивших название ректификационных. Ректификационные колонны применяется как в относительно простых лабораторных установках, так и в сложных промышленных агрегатах нефтехимической, химической, газовой, легкой, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности. В зависимости от назначения колонны имеют размеры в диаметре и по высоте от нескольких сантиметров до нескольких метров и даже десятков метров. Соответственно изготавливаются колонны из стекла, керамики, металла. В зависимости от агрессивности разделяемых веществ, их температур кипения, требований по чистоте, технологии и прочих характеристики материалов уточняются и учитываются.

Для осуществления эффективного многократного массообмена между жидкостью и парами требуется обеспечить достаточную площадь контакта и ее «распределение» по вертикали. С этой целю в ректификационной колонне либо устанавливается большое число горизонтальных тарелок друг над другом, либо весь объем колонны заполняется насадкой. Соответственно, конструкция ректификационной колонны в первом случае тарельчатая, а во втором — насадочная.

Насадка представляет собой высоко пористую структуру, как бы дробящую объем колонны на огромное число связанных между собой, не изолированных ячеек, что позволяет на порядки увеличить площадь поверхности в заданном объеме. Соответственно увеличивается площадь контакта между паром и жидкостью. По естественным каналам жидкость и пар могут достаточно свободно перемещаться, эффективно взаимодействуя между собой. Сопротивление перемещению пара характеризует пропускная способность насадки, которое будет влиять на производительность колонны.

В свою очередь, насадка может быть регулярная со строго повторяющейся структурой и нерегулярная. В обоих случаях поверхность насадки дополнительно подвергается специальной обработке для развития ее поверхности. Это приводит к увеличению эффективности массообмена на ней. Регулярная насадка выполняется из листового материала, рифленого, перфорированного и упакованного определенным способом, чтобы плотно соприкасаться со стенками колонны. Нерегулярная насадка изготовляется из самых разных материалов и представляет из себя засыпку из элементов одинаковой формы и размера. Это могут быть кольца, цилиндры, полые призмы и т. д.

Ректификационная колонна с дополнительными функциональными элементами такими как испаритель, конденсаторы, теплообменники, дозирующие и вакуумные насосы, накопительные и буферные емкости, системы мониторинга и управления, а так же трубопроводная арматура составляют в целом ректификационную установку.

Испаритель (куб), в котором кипит смесь жидкостей за счет подвода внешнего тепла находится снизу ректификационной колонны. В кубе так же накапливается кубовый продукт – самые высоко кипящие не испарившиеся фракции.

Конденсатор располагается, как правило, наверху колонны. Пары, достигшие верха колонны поступают в конденсатор, охлаждаются и конденсируются. После этого часть конденсата, называемая флегмой, возвращается на самую верхнюю тарелку колонны. Это обеспечивает выполнение условия по потоку жидкости сверху. Другая часть конденсата, называемая дистиллятом, отводиться в накопитель. Для управления процессом ректификации отношение количества флегмы к дистилляту, называемое флегмовым числом или коэффициентом орошения, может регулироваться.

По принципу действия ректификационные установки разделяются на периодические и непрерывные. В установках непрерывного действия исходная смесь поступает в колонну и продукты разделения выводятся из неё непрерывно. Подогретая смесь поступает на питающую тарелку колонны и частично испаряется. Паровая фаза движется вверх, а не испарившаяся смешивается с флегмой и стекает вниз. Часть колонны, расположенная выше питающей тарелки называется укрепляющей, так как в ней паровая фаза укрепляется легкими фракциями. Часть колонны, находящаяся ниже питающей тарелки называется исчерпывающей, так как в ней из стекающей вниз флегмы отгоняются (исчерпываются) оставшиеся легкие фракции.

В ректификационных установках периодического действия разделяемую смесь загружают в куб однократно и процесс разделения проводят до получения продуктов заданного конечного состава. Колонны периодического действия применяют на установках малой производительности при необходимости отбора большого числа фракций и получения высокой степени разделения.

Процесс ректификации может осуществляться при атмосферном давлении или под вакуумом. Это позволяет производить разгонку при пониженной температуре. В основном ректификация осуществляется при давлении близком к атмосферному. Вакуумной ректификации подвергают смеси веществ склонных при высоких температурах к термическому распаду или полимеризации. Вакуумная ректификация применяется так же как метод для разделения азеотропных смесей.

Для оптимального построения технологического процесса ректификации на предприятиях применяются различные отработанные технические решения, позволяющие получать продукцию по минимальной стоимости.

Ректификация — процесс, требующий особо точного соблюдения технологии. В производственных условиях любое его нарушение приводит к колоссальным потерям времени, энергоресурсов и выпуску некачественной продукции. Немаловажный фактор — обеспечение безопасности производства. Именно поэтому, в современных ректификационных установках требования к системам мониторинга и автоматического управления достаточно высоки.

Специалисты нашей компании:

  • Помогут Вам выбрать необходимую типовую ректификационную установку под свой продукт;
  • Определят необходимую конфигурацию и исполнение оборудования;
  • Предоставят коммерческое предложение на поставку комплекта оборудования;
  • Осуществят услуги по шеф-монтажу, наладке и запуску ректификационной установки на вашем производстве.

При необходимости мы:

  • Испытаем ваш продукт у нас в лаборатории;
  • Составим технико-коммерческое обоснование применения ректификации на вашем предприятии для восстановления и повторного использования технологических материалов;
  • Разработаем эскизный проект специализированной ректификационной установки.

Ссылка на основную публикацию