Ректификационная колонна, которая еще 20 лет назад была только на спиртзаводах, теперь используется и в быту для производства высококачественного спирта – ректификата, что для обычного самогонного аппарата задача невыполнимая.
И чтобы лучше понять, что это такое, каково устройство и принцип действия ректификационной колонны, а также как изготовить агрегат своими руками, стоит ознакомиться с вопросом более детально.
Ректификационная колонна – это сложное устройство, состоящее из нескольких узлов: —царги—, узла отбора и —термометра—, – необходимых для протекания полноценной ректификации. Этот процесс позволяет разделить многокомпонентную смесь, состоящую из веществ с близкой температурой кипения/испарения.
Главное отличие ректификации от обычной дистилляции в том, что при ней испарение и конденсация веществ – это не единичное явление, а постоянный цикличный процесс. В результате —самогонный аппарат— колонного типа производит спирт высочайшего качества – ректификат.
Устройство и принцип работы ректификационной колонны
Царга
Находится в основании колонны и является одной из основных ее частей. Внутри нее протекает газо-жидкостный массообмен – одно из основных явлений в процессе ректификации. Происходит это следующим образом:
- Жидкость, закипая в —перегонном кубе—, испаряется и в газообразной форме проходит через царгу.
- Пар, дойдя до дефлегматора, охлаждается и конденсируется на его стенках.
- Конденсат стекает сначала по стенкам дефлегматора, а потом и по стенкам царги обратно в куб.
- В этот момент между стекающим конденсатом и восходящим паром происходит газо-жидкостный массообмен. Он заключается в передаче тепла и некоторого количества испаренных веществ от пара к конденсату. Под таким воздействием часть флегмы – ее легкокипящие составляющие: спирт и небольшая доля воды вновь испаряются, не доходя до перегонного куба, а более труднокипящие: сивушные масла и другие примеси продолжают стекать в перегонный куб.
Таким образом в верхней части колоны скапливается в основном спирт, а примеси в основном циркулируют в нижней части агрегата. Как следствие, на выходе получается ректификат с крепостью около 95%.
В ректификационной колоне может быть как одна царга, так и несколько. При этом чем выше колонна, тем больше площадь, на которой проходит массообмен между флегмой и паром, что в свою очередь улучшает качество получаемого продукта.
Внутри царги находятся насадки, на поверхности которых и происходит основной массообмен. Изделия из нержавейки хорошо подходят для сахарной и зерновой, а медные – —для фруктовой браги—.
Кроме насадок внутри царги могут размещаться тарелки, которые еще больше увеличивают площадь, на которой проходит газо-жидкостный массообмен, что сказывается на качестве получаемого ректификата.
Стенки царги могут иметь дополнительный подогрев, усиливающий испарение флегмы, не попавшей на насадки и тарелки. Такое дополнение также улучшает качество конечного продукта.
Дефлегматор
Верхняя часть ректификационной колонны, отвечающая за сбор и охлаждение восходящих паров до флегмы. Отсюда конденсировавшаяся жидкость стекает вниз в царгу.
Дефлегматор может быть выполнен по нескольким принципиальным схемам, самой простой является пленочный вариант, а одной из самых популярных – холодильник Димрота,
Узел отбора
Отвечает за сбор части конденсировавшейся флегмы и ее вывод наружу в тару для сбора. В зависимости от настроек узла отбора варьируется и количество отбираемого конденсата. Чем меньше его отбор, тем выше качество ректификата.
Термометр
В ректификационной колонне, в отличие от стандартного самогонного аппарата, является обязательной составной частью системы. Дело в том, что ректификация – это очень тонкий процесс, сильно зависящий от поддержания правильной температуры.
Перегонный куб с ТЭНами
Хотя ректификационная колонна может использоваться и с обычным кубом на газовой, электро- или , значительно лучше оборудовать ее ТЭНовым агрегатом.
Такая особенность, как и термометр, связана с необходимостью точной и тонкой регуляции температуры внутри системы, а значит и с регуляцией мощности устройства, нагревающего брагу.
Газовые вентили требуют большого мастерства, индукционные плитки имеют фиксированный шаг от 100 до 300 Вт, а вот регуляторы ТЭНов позволяют изменять мощность по 3-5 Вт.
Что лучше, классический самогонный аппарат или ректификационная колонна?
Чтобы понять преимущества ректификации перед дистилляцией, стоит провести наглядное сравнение этих технологий.
Критерий | Дистилляция | Ректификация |
Вкусо-ароматические качества конечного продукта | Вкус и запах соответствуют сырью браги. | Очень чистый спирт без вкуса и запаха. |
Крепость напитка | В зависимости от конструкции аппарата и количества перегонок от 40 до 65%. | до 97, в среднем 93-95%. |
Степень отделения веществ с разной температурой кипения/испарения | Низкая, даже вещества имеющие большую разницу в температуре испарения после конденсации остаются вместе. | Очень высокая, при необходимости можно не только отделить спирт, но и разделить сивушные масла на составляющие. |
Степень отделения вредных веществ от спирта | От низкой до средней. Улучшить качество отделения можно только за счет увеличения количества перегонок. | |
Потеря спирта | Большая, в лучшем случае получится собрать до 80% продукта, содержащегося в браге. | Маленькая, потери на практике составляют от 1 до 3%, хотя при идеальных условиях их может и не быть. |
Сложность создания и использования агрегата на базе технологии | От низкой до средней, примитивные модели не имеют строгих размерных критериев, потенциал улучшения оборудования ограничен. Обращаться с технологией легко и просто. | Высокая. Для создания понадобится специализированное оборудование и строгий перечень материалов. Для эффективного использования нужны теоретические познания. |
Чтобы посредством дистилляции получить продукт такого же качества, как при ректификации, нужно провести около 10 последовательных перегонок. При этом нужно учитывать, что перегонять спиртосодержащий продукт крепче 20-30% взрывоопасно (самогоноварение взрывоопасно по умолчанию, но в этом случае риск значительно увеличивается).
Как сделать ректификационную колонну своими руками по подробной схеме
Агрегат выполняется по простой конструкции.
Расчет и сборка ректификационной колоны своими руками проводятся следующим образом:
Вместо послесловия
Спирт, полученный посредством ректификации, значительно качественней дистиллята из классического самогонного аппарата.
Но вместе с положительными сторонами приходят и недостатки : требования к оборудованию значительно выше, а его изготовление затратнее, кроме того, эксплуатация также требует высокого мастерства.
Поэтому однозначно определить, что лучше, хороший самогонный аппарат или ректификационная колонна, не так легко, но, конечно, существует промежуточное решение – бражная колонна. Она дает дистиллят, но не ректификат, очень высокого качества, и пользоваться ей проще, тут все дело в приоритетах.
В 80-х годах XIX века, когда самогонное дело начало набирать популярность среди любителей алкоголя, никто и представить не мог, что ректификационные колонны, которые приносили огромное количество чистого спирта, при малых затратах, станут доступны рядовому любителю по вменяемой цене.
Для получения самогона, очистки браги, дистилляции, применяют ректификационной колонны . Тем не менее, конструкция этого устройства проста и его можно сделать своими руками, тем самым сведя затраты на аппаратуру к минимуму.
Рассмотрим, как сделать её своими руками, какие можно применять материалы, как сконструировать отдельные элементы и интегрировать в самогонный аппарат.
Для начала разберёмся, что такое ректификация:
- Это процесс, когда из смеси выделяется один компонент под действием давления и температуры.
- Нагревающий элемент испаряет брагу, которая проходит через фильтры.
- Часть её возвращается назад, а часть проходит дальше.
- Так происходит из-за жидкости, которая поступает на изгибе трубки.
- Она конденсирует часть раствора и возвращает назад.
- Более легкая летучая часть проходит дальше, в последний сегмент, где находится поток воды.
Конечный продукт осаждается в сосуде.
Медная
Стандартная структура, которая подразумевает медную конструкцию в качестве основы. Такой материал как медь обладает отличными характеристиками теплопроводности, сжатия-расширения.
Внимание! Медь не добавляет вредные примеси и осадки в раствор, что делает её эталонным материалом.
Тем не менее, у меди есть один весомый минус – как и любой металл, она окисляется и приобретает зеленоватый цвет.
Коррозионные процессы негативно влияют на качество и чистоту продукта. Так же окисляются металлические фильтры внутри трубки и вся конструкция становится непригодной.
Из полипропилена
Также распространённый вариант.
Полипропилен материал, используемый в сантехнике:
- Он стоит дешевле и доступен в любой строительном магазине.
- Он не портится в ходе множества циклов нагрева-охлаждения и не трескается от перепада температур.
- Из-за большого количества форм можно соорудить конструкцию с любым изгибом.
Минусом является попадание примесей в раствор, так как часть полипропилена испаряется в ходе нагревания.
Из фитингов сантехники
Бюджетный вариант для любителей конструкторов.
Фитинги – это металлические закручивающиеся переходники для коммутации труб и шлангов.
Из них можно соорудить колонну, закрутив в определённом порядке. Металл для таких элементов может применяться любой (в том числе и нержавеющий). Минусов у такой конструкции практически нет, за исключением того, что на сбор и коммутацию уйдёт больше времени.
Справка! Хорошая колонна будет состоять из всех вышеописанных материалов, сочетая в себе плюсы и нивелируя минусы.
Как сделать своими руками?
В первое время, когда самогонное дело только начало развиваться, аппараты делали из всего, что было под ногами, поэтому качество самогона было соответствующее.
С развитием отрасли, любители научились делать продукцию всё лучшего и лучшего качества, модернизируя установки и дополняя стандартные конструкции новыми элементами.
Перегонный куб
Для того, чтобы сконструировать куб своими руками, понадобится выполнить сварочный шов на листе нержавеющей стали, предварительно согнув его в цилиндр.
Днище так же можно выполнить, приварив лист слили и обрезав ножницами по металлу (можно оставить лист необрезанным для большей устойчивости). Припоем послужит олово.
Герметичную крышку можно соорудить своими руками, обклеив стык резиной, или использовать крышку от кастрюли.
Справка! Куб можно полностью выполнить из кастрюли или металлического бидона, если крышка предусматривает возможность соединения со всей остальной конструкцией.
Как сделать перегонный куб своими руками рассказывается на видео:
Царга
Царга представляет собой обычный фильтр, соорудить который можно из обыкновенного водного смесителя или пластикового стакана, в который будет утрамбована металлическая губка для мытья посуды.
Несколько критериев, которые важны для хорошей царги:
- наличие входа и выхода,
- возможность отсоединять ее, чтобы сменить фильтр,
- возможность легко заменить корпус конструкции в случае поломки (поэтому рекомендуется использовать пластиковые стаканы).
Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра.
Насадка
В качестве насадки применяется регулярная проволочная медная насадка , тем не менее можно использовать обычную металлическую губку .
От материала насадки будет зависеть чистота конечного изделия и длительность процесса ректификации. Можно соорудить многослойную насадку, комбинируя несколько элементов и материалов.
Узел отбора
Узел отбора находится на изгибе, в котором не происходит разделение первоначальной смеси, поступающей воды, конечного продукта.
Выполнить его желательно из меди, так как пластиковые конструкции имеют свойство к расширению под воздействием температуры, а изменение траектории движения раствора может затянуть процесс ректификации, или вовсе остановить его.
Справка! Например, давления и температуры недостаточно для того, чтобы летучая часть жидкости смогла преодолеть изгиб и осаждаться в сосуде. Тем не менее, более пологий изгиб позволит ей легко проходить и накапливаться.
Идеальным материалом для узла отбора является медь или нержавеющая сталь.
Элементы конструкции можно приобрести в тематических специализированных магазинах, или в отделе сантехники, выбрав то, что подходит конкретно для вашей конструкции.
На видео рассказывается, как сделать узел отбора своими руками:
Дефлегматор
Дефлегматор это своего рода продвинутый фильтр:
- Он установлен в непосредственной близости к узлу отбора и служит для того, чтобы возвращать часть раствора назад.
- Вода, поступающая внутрь конденсирует тяжёлые элементы раствора и отделяет ненужные части от нужных.
Дефлегматор можно выполнить из металла, железа, стали, или из стекла, так как она отлично отдает тепло и будет способствовать быстрой конденсации пара.
Холодильник
Чаще всего в самогонных аппаратов используются холодильные установки класса “холодильник-змеевик” . Такое название он получил потому, что внутри находится металлическая спираль, которая служит для циркуляции жидкости. Невооружённым взглядом она напоминает змею, которая свернулась в клубок по диагонали.
Работа холодильника состоит в пропускании жидкости через себя и передачи её внутрь самогонного аппарата. Исходя из этого, материал стенок желательно делать неметаллическим, так как металл долго охлаждается и хуже передаёт тепло.
Наилучшим материалом будет:
- пластик,
- стекло,
- полимер.
Холодильник должен содержать всего два отверстия – вход и выход жидкости.
Между металлической спиралью и стенками холодильника должна быть вода или другая жидкость, хорошо пропускающая температуру, так как именно эта конфигурация позволяет максимально быстро поглощать тепло и понижать температуру.
Как изготовить простейший холодильник для самогонного аппарата рассказывается на видео:
Царга пастеризации (опционально)
Царга пастеризации – это конечный элемент самогонного аппарата, который служит для осаждения и фильтрации конечно жидкости:
- Представляет собой трубу, покрытую теплоизоляционным материалом, на выходе из которой находится фильтр.
- Именно оттуда, капля за каплей, жидкость будет попадать в сосуд.
Конструкция такой царги незамысловатая – труба из полипропилена или ПВХ, обшитая любым теплоизоляционным материалом, на конце которой можно установить стандартную царгу.
Автоматика
Едва ли не самый сложный элемент конструкции, который может усилить КПД и увеличить общую производительность самодельного аппарата.
Автоматическая система управления может самостоятельно контролировать процессы, происходящие в аппарате, включать и выключать его, сигнализировать о готовности.
К элементам автоматического управления также относятся сенсорные анализаторы:
- датчик давления;
- датчик температуры;
- показатели расхода электроэнергии и жидкости;
- прочее.
Одной универсальной схемы нет, так как все самодельные аппараты имеют разную конструкцию, длину, высоту, объём и прочие характеристики.
Важно! Автоматику могут установить только опытные пользователи, которые имеют понятие о электронных цепях, устройстве микросхемы, процессе спайки и коммутации автоматических элементов. Намного проще приобрести готовую автоматику для самогонного аппарата, после чего подсоединить её к конструкции.
Плюс в том, что человек экономит время. Ему нужно просто описать конструкцию своего аппарата продавцу, который подберет для него оптимальную автоматическую контрольную панель.
Устройство самодельного самогонного аппарата
Обычно самодельный самогонный аппарат состоит из:
- источника огня, который нагревает сосуд с брагой;
- после прохождения точки кипения пар попадает в змеевик, который заполнен охлаждающей жидкостью;
- температуру в змеевике поддерживает холодильник;
- после выхода из змеевика самогон попадает в царгу, где фильтруется и выливается в сосуд.
Важно! Не экономьте а фильтрах! Чем больше их будет, тем лучше. Некоторые исходные вещества не так хороши и чисты, какими их описывают производители, а на выходе получается продукция ужасного качества.
Чтобы компенсировать убыток от самого “грязного” исходника, рекомендуется ставить фильтры на входе и выходе каждого элемента.
Как сделать и собрать простейший самогонный аппарат в домашних условиях рассказывается на видео:
Подведем краткие итоги: сделать конструкцию можно своими руками.
Каких-то сложных инженерных конструкций в ней нет, а значит самодельная колонна практически ничем не будет отличаться покупной, материалы для колонн и можно выбирать любые от материал внешней стенки будет зависеть параметры теплопередачи, расширение и сужение пропускного канала вследствие термических перепадов.
Внимание! Источник нагрева и фурнитура могут быть любые, тем не менее от качества всех деталей будет зависеть чистота и крепость конечного продукта.
Надеемся, что наша статья помогла вам разобраться в том, что из себя представляет ректификационная колонна, какое имеет строение, какие процессы в ней происходят и из каких материалов ее делать.
Рано или поздно почти каждый любитель самодельного алкоголя задумывается о приобретении или изготовлении ректификационной колонны (РК) – устройства для получения чистого спирта. Начинать нужно с комплексного расчета базовых параметров: мощности, высоты, диаметра царги, объема куба и т.д. Эта информация будет полезна как желающим сделать все элементы своими руками, так и собравшимся купить готовую ректификационную колонну (поможет определиться с выбором и проверить продавца). Не затрагивая конструктивных особенностей отдельных узлов, мы рассмотрим общие принципы построения сбалансированной системы для ректификации в домашних условиях.
Схема работы колонны Характеристики трубы (царги) и насадки
Материал. Труба во многом определяет параметры ректификационной колонны и требования ко всем узлам аппарата. Материалом для изготовления царги является хромоникелевая нержавеющая сталь – «пищевая» нержавейка.
Благодаря химической нейтральности пищевая нержавеющая сталь не оказывает воздействия на состав продукта, что и требуется. На спирт перегоняют сырец из сахарной браги или отходы дистилляции («головы» и «хвосты»), поэтому главной целью ректификации является максимальная очистка выхода от примесей, а не изменение органолептических свойств спирта в ту или иную сторону. Использовать медь в классических ректификационных колоннах неуместно, поскольку этот материал слегка изменяет химический состав напитка и подходит для производства дистиллятора (обычного самогонного аппарата) или бражной колонны (частный случай ректификации).
Разобранная труба колонны с установленной насадкой в одной из царг Толщина. Царгу делают из нержавеющей трубы с толщиной стенки 1-1,5 мм. Более толстая стенка не нужна, так как это приведет к удорожанию и утяжелению конструкции без получения каких-либо преимуществ.
Параметры насадки. Говорить о характеристиках колонны без привязки к насадке не корректно. При ректификации в домашних условиях используют насадки с площадью контактной поверхности от 1,5 до 4 кв. м/литр. С увеличением площади контактной поверхности возрастает и разделяющая способность, но падает производительность. Уменьшение площади приводит к снижению разделяющей и укрепляющей способности.
Производительность колонны вначале растет, но потом для поддержания крепости выхода оператор вынужден понижать скорость отбора. Это значит, что существует некий оптимальный размер насадки, который зависит от диаметра колонны и позволят достичь наилучшего сочетания параметров.
Размеры спирально-призматической насадки (СПН) должны быть меньше внутреннего диаметра колонны примерно в 12-15 раз. Для диаметра трубы 50 мм – 3.5х3.5х0.25 мм, для 40 – 3х3х0.25 мм, а для 32 и 28 – 2х2х0.25 мм.
В зависимости от поставленных задач целесообразно использовать разные насадки. Например, при получении укрепленных дистиллятов часто применяют медные кольца диаметром и высотой 10 мм. Понятно, что в этом случае целью является не разделяющая и укрепляющая возможность системы, а совершенно другой критерий – каталитическая способность меди устранять из спирта сернистые соединения.
Варианты спирально-призматических насадок Не стоит ограничивать арсенал одной, пусть даже самой лучшей насадкой, таких просто нет. Есть наиболее подходящие для решения каждой конкретной задачи.
Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра. Обращайте на это внимание при выборе царги, всегда считайте внутренний диаметр и по нему сравнивайте варианты.
Зависимость мощности от диаметра трубы
Высота трубы. Для обеспечения хорошей удерживающей и разделительной способности, не зависимо от диаметра, высота ректификационной колонны должна быть от 1 до 1,5 м. Если меньше – не хватит места для накопленных в ходе работы сивушных масел, в результате сивуха начнет прорываться в отбор. Еще один недостаток – головы будут нечетко разделяться на фракции. Если высота трубы больше – это не приведет к существенному улучшению разделяющей и сдерживающей способности системы, но увеличит время перегона, а также количество «голов» и «подголовников».Другими словами, с увеличением высоты трубы прибавка к разделяющей способности ректификационной колонны на каждый дополнительный сантиметр снижается. Эффект от увеличения трубы с 50 см до 60 см на порядок выше, чем со 140 см до 150 см.
Объем куба для ректификационной колонны
Чтобы повысить выход качественного спирта, но не допустить переполнения сивухой колонны, навалку (наполнение) спирта-сырца в кубе ограничивают в диапазоне 10-20 объемов насадки. Для колонн высотой в 1,5 м и диаметром 50 мм – 30-60 л, 40 мм – 17-34 л, 32 мм – 10-20 л, 28 мм – 7-14 л.
С учетом заполнения куба на 2/3 объема, для колонны внутренним диаметром царги 50 мм подойдет 40-80 литровая емкость, для 40 мм – 30-50 литровая, для 32 мм – 20-30 литровый куб, а для 28 мм – скороварка.
При использовании куба объемом ближе к нижней границе рекомендованного диапазона можно смело убрать одну царгу и уменьшить высоту до 1-1,2 метра. В результате сивухи будет относительно мало для прорыва в отбор, а вот объем «подголовников» заметно уменьшится.
Источник и мощность нагрева колонны
Тип плиты. Самогонное прошлое не дает покоя многим новичкам, которые считают, что если раньше использовали для нагрева самогонного аппарата газовую, индукционную или обычную электрическую плиту, то можно оставить этот источник и для колонны.
Процесс ректификации существенно отличается от дистилляции, всё намного сложнее и костер не подойдет. Нужно обеспечить плавную регулировку и стабильность подаваемой мощности нагрева.
Электроплитки, работающие по терморегулятору в режиме старт-стоп, не используются, потому что как только произойдет кратковременное отключение питания, пар перестанет идти в колонну, а флегма рухнет в куб. В таком случае придется начать ректификацию заново – с работы колонны на себя и отбора «голов».
Индукционная плита – крайне грубый аппарат со ступенчатым изменением мощности по 100 -200 Вт, а при ректификации нужно менять мощность плавно, буквально по 5-10 Вт. Да и стабилизировать нагрев независимо от колебания напряжения на входе вряд ли получится.
Газовая плита при залитом в куб 40-процентном спирте-сырце и 96-градусоном продукте на выходе представляет смертельную опасность, не говоря уже о колебании температуры нагрева.
Оптимальное решение – врезать в куб колонны тэн нужной мощности, а для регулировки использовать реле со стабилизацией выходного напряжения, например, РМ-2 16А. Можно взять и аналоги. Главное получить на выходе стабилизированное напряжение и возможность плавно менять температуру нагрева по 5-10 Вт.
Подаваемая мощность. Чтобы нагреть куб за приемлемое время, нужно исходить из мощности 1 кВт на 10 литров спирта-сырца. Значит, для 50 л куба, заполненного на 40 литров, требуется минимум 4 кВт, 40 л – 3 Квт, 30 л – 2-2.5 кВт, 20 л – 1.5 кВт.
При одном и том же объеме кубы могут быть низкими и широкими, узкими и высокими. Выбирая подходящую емкость, нужно учитывать, что зачастую куб используется не только для ректификации, но и при дистилляции, поэтому исходят из самых жестких условий, чтобы подводимая мощность не приводила к бурному пенообразованию с выбросами брызг из куба в паропровод.
Опытным путем установлено, что при глубине размещения тэна около 40-50 см нормальное кипение происходит в случае, если на 1 кв. см зеркала навалки приходится не более 4-5 Вт мощности. При уменьшении глубины допустимая мощность увеличивается, а при увеличении – уменьшается.
Есть и другие факторы, влияющие на характер кипения: плотность, вязкость и поверхностное натяжение жидкости. Бывает, что выбросы происходят в конце перегонки браги, когда увеличивается плотность. Поэтому вести процесс ректификации на границе дозволенного диапазона всегда чревато неприятностями.
Распространенные цилиндрические кубы имеют диаметр 26, 32, 40 см. Исходя и допустимой мощности на площадь поверхности зеркала кубовой навалки 26 см куб, будет нормально работать при мощности нагрева до 2,5 кВт, для 30 см – 3.5 кВт, 40 см – 5 кВт.
Третьим фактором, определяющим мощность нагрева, является использование одной из царг колонны без насадки в качестве сухопарника для борьбы с брызгоуносом. Для этого нужно, чтобы скорость пара в трубе не превышала 1 м/с, при 2-3 м/с защитный эффект ослабевает, а при больших значениях пар будет гнать флегму вверх по трубе и забрасывать в отбор.
Формула для расчета скорости пара:
V = N * 750 / S (м/сек),
- N – мощность, кВт;
- 750 – парообразование (куб. см/сек кВт);
- S – площадь поперечного сечения колонны (кв. мм).
Труба диаметром 50 мм справится с брызгоуносом при нагреве до 4 кВт, 40-42 мм – до 3 кВт, 38 – до 2 кВт, 32 – до 1,5 кВт.
Исходя из вышеперечисленных соображений, выбираем объем, размеры куба, мощность нагрева и дистилляции. Все эти параметры согласованы с диаметром и высотой колонны.
Расчет параметров дефлегматора ректификационной колонны
Мощность дефлегматора определяется в зависимости от типа ректификационной колонны. Если строим колонну с жидкостным отбором или паровым ниже дефлегматора, то необходимая мощность должна быть не меньше номинальной мощности колонны. Обычно в этих случаях в качестве конденсатора применяют холодильник Димрота с утилизационной мощностью 4-5 Ватт на 1 кв. см поверхности.
Если колонна с отбором по пару выше дефлегматора, то расчетная мощность составляет 2/3 от номинальной. В этом случае можно применить Димрот или «рубашечник». Утилизационная мощность рубашечника ниже, чем у димрота и составляет около 2 Ватт на квадратный сантиметр.
Пример холодильника Димрота для колонны Далее все просто: номинальную мощность делим на утилизационную. Например, для колонны с внутренним диаметром 50 мм: 1950 / 5= 390 кв. см площади Димрота или 975 кв. см «рубашечника». Значит, холодильник Димрот можно сделать из трубки 6х1 мм длинной 487 / (0.6 * 3.14) = 2.58 см для первого варианта, с учетом коэффициента запаса 3 метра. Для второго варианта умножаем на две трети: 258 * 2 / 3 = 172 см, с учетом коэффициента запаса 2 метра.
Рубашечник для колонны 52 х 1 – 975 / 5.2 / 3.14 = 59 см * 2/3 = 39 см. Но это для помещений с высокими потолками.
«Рубашечник» Расчет прямоточного холодильника
Если прямоточник применяется как доохладитель в ректификационной колонне с жидкостным отбором, то выбирают самый маленький и компактный вариант. Достаточно мощности в 30-40% от номинальной мощности колонны.
Изготавливают прямоточный холодильник без спирали в зазоре между рубашкой и внутренней трубой, потом запускают отбор в рубашку, а охлаждающую воду подают по центральной трубе. В этом случае рубашку наваривают на трубу подачи воды в дефлегматор. Это мелкий «карандашик» длинной около 30 см.
Но если один и тот же прямоточник используется как при дистилляции, так и при ректификации, являясь универсальным узлом, исходят не из потребности РК, а из максимальной мощности нагрева при дистилляции.
Для создания турбулентного потока пара в холодильнике, позволяющего обеспечить интенсивность теплопередачи не меньше 10 Ватт/кв. см, необходимо обеспечить скорость пара около 10-20 м/с.
Диапазон возможных диаметров достаточно широк. Минимальный диаметр определяется из условий не создания большого избыточного давления в кубе (не более 50 мм вод столба), а максимальный расчетом числа Рейнольдса, исходя из минимальной скорости и максимального коэффициента кинематической вязкости паров.
Возможная конструкция прямоточного холодильника Чтобы не вдаваться в ненужные подробности, приведем самое распространенное определение: «Для того, чтобы в трубе поддерживался турбулентный режим движения пара, достаточно, чтобы внутренний диаметр (в миллиметрах) был не больше 6-кратной мощности нагрева (в киловаттах)».
Для предотвращения завоздушивания водяной рубашки необходимо поддерживать линейную скорость воды не ниже 11 см/с, но чрезмерное увеличение скорости потребует большого давления в водопроводе. Поэтому оптимальным считается диапазон от 12 до 20 см/с.
Чтобы сконденсировать пар и охладить конденсат до приемлемой температуры, нужно подавать воду при 20°C в объеме около 4.8 куб см/с (17 литров в час) на каждый киловатт подводимой мощности. При этом вода нагреется на 50 градусов – до 70°C. Естественно, зимой воды понадобится меньше, а при использовании автономных систем охлаждения, примерно в полтора раза больше.
На основании предыдущих данных можно рассчитать площадь поперечного сечения кольцевого зазора и внутренний диаметр рубашки. Нужно учитывать и доступный сортамент труб. Расчеты и практика показали, что зазор в 1-1.5 мм вполне достаточен для соблюдения всех необходимых условий. Этому соответствуют пары труб: 10х1 – 14х1, 12х1 – 16х1, 14х1 – 18х1, 16х1 – 20х1 и 20х1 – 25х1.5, которые перекрывают весь диапазон мощностей, применяемых в домашних условиях.
Есть еще одна немаловажная деталь прямоточника – спираль, навитая на паровую трубу. Делается такая спираль из проволоки диаметром, обеспечивающим зазор в 0.2-0.3 мм до внутренней поверхности рубашки. Навивается с шагом равным 2-3 диаметрам паровой трубы. Основное предназначение – центрирование паровой трубы, в которой при работе температура выше, чем в трубе рубашки. Это значит, что в следствии теплового расширения паровая труба удлиняется и изгибается, прислоняясь к рубашке, возникают мертвые зоны, не омываемые водой охлаждения, в результате эффективность холодильника резко падает. Дополнительными плюсами навивки спирали являются удлинение пути и создание турбулентности охлаждающего потока воды.
Грамотно выполненный прямоточник может утилизировать до 15 Ватт /кв. см площади теплообмена, что подтверждено опытным путем. Для определения длины охлаждаемой части прямоточника воспользуемся номинальной мощностью в 10 Вт /кв. см (100 кв. см/кВт).
Необходимая площадь теплообмена равна мощности нагрева в киловаттах, умноженной на 100:
S = P * 100 (кв. см).
Длина внешней окружности паровой трубы:
Lокр = 3.14 * D.
Высота рубашки охлаждения:
H = S / Lокр.
Общая формула расчета:
H = 3183 * P / D (мощность в кВт, высота и внешний диаметр паровой трубы в миллиметрах).
Пример расчета прямоточника
Мощность нагрева – 2 кВт.
Возможно применение труб 12х1 и 14х1.
Площади сечения – 78,5 и 113 кв. мм.
Объем пара – 750 * 2=1500 куб. см /с.
Скорости пара в трубах: 19,1 и 13,2 м/с.
Труба 14х1 выглядит предпочтительней, так как позволяет иметь запас по мощности, оставаясь в рекомендованном диапазоне скорости пара.
Парная труба для рубашки – 18х1, кольцевой зазор составит 1 мм.
Скорость подачи воды: 4,8 * 2= 9.6 см3/с.
Площадь кольцевого зазора – 3.14 / 4 * (16 * 16 – 14 * 14) = 47.1 кв. мм = 0,471 кв. см.
Линейная скорость – 9.6 / 0.471 = 20 см/с – значение остается в рекомендованных пределах.
Если бы кольцевой зазор был 1,5 мм – 13 см/с. Если 2 мм, то линейная скорость упала бы до 9.6 см/с и пришлось бы подавать воду выше номинального объема, исключительно для того, чтобы не завоздушивался холодильник, – бессмысленная трата денег.
Высота рубашки – 3183 * 2 / 14 = 454 мм или 45 см. Коэффициент запаса не нужен, все учтено.
Итог: 14х1-18х1 с высотой охлаждаемой части 45 см, номинальный расход воды – 9.6 куб. см/с или 34.5 литра в час.
При номинальной мощности 2 кВт нагрева холодильник будет выдавать 4 литра спирта в час с хорошим запасом.
Эффективный и сбалансированный прямоточник при дистилляции должен иметь соотношения скорости отбора к мощности нагрева и расходу воды на охлаждение 1 литр/час – 0,5 кВт – 10 литров/час. Если мощность выше, будут большие теплопотери, малая – полезная мощность нагрева снизится. Если расход воды выше, прямоточник имеет неэффективную конструкцию.
Ректификационную колонну можно использовать в качестве бражной. Оборудование для бражных колонн имеет свои особенности, но вторая перегонка отличается в основном технологией. Для первой перегонки особенностей больше и отдельные узлы могут оказаться не применимыми, но это тема для отдельного разговора.
Исходя из реальных домашних потребностей и существующего асортимента труб, рассчитаем по приведенной методике типовые варианты ректификационной колонны.
P.S. Выражаем благодарность за систематизацию материала и помощь в подготовке статьи пользователю нашего форума .
Хотя чаще всего этот вопрос звучит «как работает укрепляющая пленочная колонна?», я намеренно не стал разделять в заголовке колонны пленочные (бражные) и насадочные (собственно ректификационные). Дело в том, что с принципиальной точки зрения, суть их работы одинакова. Давайте начнем все же с рассмотрения работы пленочной колонны с паровым отбором.
Возьмем для рассмотрения разрез дефлегмирующей части колонны.
Тут показан момент работы колонны в начале процесса, когда в дефлегматор подается полный поток охлаждения, и происходит полная утилизация подаваемой в куб мощности нагрева. Колонна, как говорится, работает на себя. Это означает, что температура жидкости в кубе уже достигла температуры кипения, соответствующей спиртуозности, но на отбор ничего не проходит, так как весь пар конденсируется дефлегматором и возвращается в куб. Для простоты понимания, примем, что в составе кубовой жидкости имеются три фракции с температурами кипения соответственно t 1 , t 2, и t 3 по возрастанию. Соответственно, фракция 1 закипает раньше, чем 2, а фракция 3 закипает последней.
Сконденсировавшаяся на внутренней поверхности дефлегматора на определенной его высоте (в зоне, где температура пара сравнивается с температурой конденсации определенной фракции) флегма образует пленку, равномерно покрывающую поверхность трубы и стекает вниз. Навстречу ей по центру колонны поднимается горячий пар, который взаимодействует с пленкой, постепенно нагревая ее. Наступает момент, когда пленка начинает испаряться и присоединяется к движущемуся наверх пару. Это и называется переиспарение. Из-за инертности тепловых процессов и по ряду других причин, переиспарение имеет определенный диапазон и занимает определенное пространство поверхности колонны. На иллюстрации видно, что фракция 1 переиспаряется в диапазоне между t1 конд и t1 исп, занимая свою часть поверхности колонны. Такой же процесс происходит и с фракцией 2, а фракция 3 в данном примере полностью находится в кубе (у нее самая высокая температура кипения и конденсации).
Дав колонне поработать на себя приступаем к отбору первой фракции.
Для этого уменьшаем проток воды через дефлегматор до того момента, когда точка t1
конд выйдет за пределы дефлегматора. Конденсация фракции 1 будет теперь происходить уже в основном холодильнике. Мы можем начать отбирать ее.
Если бы температуры кипения фракций заметно различались, а их самих было бы немного (как в нашем примере — что нам может помешать смоделировать такую ситуацию, хозяин-барин), то отбор продолжался бы до полного изъятия фракции 1, после чего прекратился бы полностью. Фракция 2 при этом занимала бы в колонне место примерно аналогичное месту фракции 1 на первой картинке, а фракция 3 перешла на место фракции 2.
В этот момент, мы опять уменьшаем охлаждение дефлегматора и начинаем отбирать фракцию 2 до «полной победы». Ну и так далее, со всеми остановками. Менять проток воды через дефлегматор нужно аккуратно, не забывая о инерционности тепловых процессов и очень точно (для этого нужен термометр после дефлегматора и игольчатый кран на воду).
Весь подобный технологический процесс иллюстрирует такое понятие как «разделение». Чем точнее регулировки, чем больше площадь контакта флегмы и пара — тем выше разделяющая способность колонны. Принято говорить о «тарелках». Что это такое? В промышленных колоннах внутренний объем восходящей части заполнен горизонтальными дисками сложной формы с прорезями, сквозь которые стекает флегма. Такая конструкция позволяет получить огромную площадь поверхности пленки и хорошее переиспарение. Чем больше таких дисков, называемых «тарелками», тем выше разделяющая способность колонны. В промышленных колоннах количество «тарелок» начинается от 100. Для сравнения насадочные колонны имеют одну «условную тарелку» на каждые 2-10см высоты насадочной части (зависит от диаметра, высоты и используемой насадки, разница в применяемой насадке как раз и определяет то, сколько условных тарелок вы получите в метре вашей колонны), а пленочные на 20см флегмообразующей части (опять таки зависит от состояния поверхности внутренней части колонны, наличия в ней спирали и т.п.). Но это в идеале. Вот и посчитайте — чтобы достичь качества разделения промышленной колонны насадочная колонна (работающая на традиционных насадках) должна была бы иметь высоту 2-10м, что, конечно, малореально в домашних условиях. Однако, промышленная технология отличается от «домашней» (отбор, например можно делать с любой нужной тарелки или с нескольких сразу, отбирая разные фракции) и далеко не весь свой потенциал промышленики пускают в дело. В общем случае, для получения качественного (с точки зрения «внутреннего» ГОСТа винокура) «спирта-дистиллята» вполне достаточно 15-20 «условных тарелок». Ну, а ректификат удовлетворительного качества можно получить на 50 тарелках (для насадки СПН — это примерно от 1 метра насадочной части), что вполне достижимо в домашних условиях
С разделением вроде разобрались. А как быть с укреплением? Да все просто. Крепость-то зависит от количества воды в растворе, а вода тоже одна из фракций. Чем лучше делятся и отбираются фракции, тем больше крепость. Т.е. в принципе, при соблюдении всех технологических «премудростей» более крепкий продукт одновременно и более чистый. Хотя, при неправильных режимах работы можно ведь отобрать только воду (утрирую, конечно, но можно). Тогда получим крепкий шмурдяк на выходе.
Все больше людей приходят к пониманию того, что магазинный алкоголь не стоит тех денег, которые за него просят: качество низкое, а цены слишком высокие. По этой причине в нашей стране появляется все больше «самогонщиков». Начинают они с примитивных самогонных аппаратов, но довольно быстро приходят к мысли о создании полноценной ректификационной колонны своими руками. Но сделать ее не так просто, как кажется на первый взгляд.
Ректификационная колонна имеет сложное устройство . Для того, чтобы она хорошо работала в будущем нужно точно рассчитать ее параметры. Только в этом случае можно будет рассчитывать на создание действительно сбалансированной системы для домашнего использования.
Прежде, чем делать ректификационную колонну для самогонного аппарата своими руками нужно тщательно рассчитать параметры каждого ее элемента, а затем приобрести все необходимые компоненты, соответствующие расчетам.
Характеристики царги и насадки
По сути, это основной элемент ректификационной колонны
. От параметров трубы будут зависеть все остальные параметры колонны.
При создании спиртовой колонны своими руками лучше всего использовать трубу из хромникелевой стали. Это так называемая пищевая нержавейка. За счет того, что этот сплав совершенно нейтрален в химическом плане он не будет давать никаких примесей в конечный продукт. Это очень важно, ведь основная задача ректификации – получение чистого продукта без примесей, а вовсе не изменение его вкусовых и ароматических свойств.
Некоторые специалисты советуют использовать для перегонки медную царгу. Этого ни в коем случае делать нельзя. Дело в том, что медь может менять химический состав алкоголя . Максимум, где можно использовать медь – дистиллятор или бражная колонна.
Царга должна иметь толщину стенок не менее 1 и не более 1,5 мм. Более толстые стенки трубы не дают никаких преимуществ при перегонке, но при этом сильно утяжеляют всю конструкцию. Это недопустимо для домашней перегонной системы.
Царгу нужно рассчитывать вместе с насадкой. В домашних условиях принято использовать насадки, у которых общая площадь контактной поверхности не превышает 4 м 2 /литр. Конечно, можно использовать насадки с большей контактной площадью, но это лишь позволит поднять разделительную способность колонны, однако, снизит общую производительность.
По своим размерам спирально-призматическая насадка должна быть меньше диаметра колонны в 12 раз.
Опытные самогонщики рекомендуют держать наготове насадки с разными характеристиками, чтобы использовать их в зависимости от ситуации. Так, для получения крепленого самогона лучше всего поставить в колонну медные кольца высотой до 10 мм. В этом случае медь будет эффективно забирать из спирта сернистые соединения.
При подборе царги следует помнить о том, что даже минимальное изменение диаметра колонны серьезно повлияет на параметры производительности.
Что касается высоты трубы , то она должна укладываться в параметры от 1 до 1,5 м. Высота будет меньше, то сивушные масла будут проникать в отбор. В то же время, при увеличении высоты трубы увеличивается время перегона, но никак не разделяющая способность системы. То есть, увеличивать высоту ректификатора не имеет смысла.
Для повышения отбора качественного спирта и недопущения переполнения царги сивухой, спирт-сырец следует заливать в куб не более 20 объемов насадки. В среднем куб заполняют на 2/3 объема. Это значит, что при диаметре царги в 50 мм нужно использовать куб объемом от 40 до 80 литров. Если диаметр трубы 40 мм, то достаточно куба объемом от 30 до 50 литров.
Расчет теплового источника
Многие люди думают
, что если самогонный аппарат можно грет на газовой или обычной электрической плите, то ее можно использовать и для нагрева ректификационной колонны. Это далеко не так. Дело в том, что ректификация сильно отличается от обычного процесса дистилляции. Если процесс получения дистиллята допускает скачки тепла, то при ректификации мощность нагрева должна правильно регулироваться. Поэтому не подойдут ни газовая, ни электрическая, ни индукционная плита.
Идеальный вариант: установка внутрь перегонного устройства тэна необходимой мощности с регулятором выходного напряжения для точной настройки.
Что касается мощности тэны, то для нагрева 50 литрового куба нужно 4 кВт энергии, для 40 литров 3 кВт, для 30 л 2 кВт.
Тэн нужно грамотно установить в кубе , чтобы его нагрев не вызывал кипение браги и спирта-сырца. Чем выше стоит тэна, тем меньшая мощность ему требуется чтобы вызывать кипение содержимого куба. При увеличении глубины погружения растет мощность, необходимая для закипания.
Расчет дефлегматора
Мощность дефлегматора во многом определяется типом ректификационной колонны. Если планируется построить колонну с жидкостным отбором, то мощность дефлегматора должна соответствовать номинальной мощности всей колонны. Чаще всего в такой конструкции применяется холодильник Димрота, у которого утилизационная мощность равно 5 Ватт на 1 см 2 площади.
При создании ректификационной колонные с забором , установленным выше дефлегматора, то мощность последнего не должна превышать 2/3 мощности колонны. В этом случае, можно отказаться от Димрота и применить «рубашечник», у которого утилизационная мощность не превышает 2 Ватт на см 2 .
Расчет прямоточного холодильника
В том случае, если прямоточник будет использовать в качестве дополнительного охлаждения, то следует выбирать самый простой и небольшой по размерам вариант. Его мощность не должна превышать 30% от мощности ректификационной колонны .
Прямоточный холодильник выглядит как прямая трубка между рубашкой царги и внутренней трубой. Длина трубки обычно не превышает 30 см.
Если один и тот же прямоточный холодильник будет использоваться не только для дистилляции, но и для ректификации, то в расчет следует брать не номинальную мощность колонны, а максимальный нагрев при дистилляции.
Минимальный диаметр трубки определяется минимальной скоростью и максимальным значением кинематической вязкости паров.
- При мощности в 1,5 кВт минимальный диаметр равен 8, а максимальный 9 мм.
- При мощности в 2 кВт минимальный диаметр трубы 9, а максимальный 12 мм.
- При мощности в 3 кВт минимальный диаметр 10,5, а максимальный 18 мм.
Итак, мы имеем на руках все необходимые расчеты с чертежом, и потому можем приступать сборке ректификационной колонны.
Нужно приготовить следующие элементы ректификационного аппарата:
- Корпус.
- Дефлегматор.
- Насадку. Она может быть тарельчатой или спиральной.
- Тепловую изоляцию.
- Термометры.
Бак для спирта-сырца можно использовать от самогонного аппарата. Также можно не делать новый змеевик. Его можно взять от того же дистиллятора. Правильно рассчитанную и собранную колонну можно будет устанавливать на любой самогонный аппарат. Главное, чтобы объем бака был больше 20 литров. Если объем будет меньшим, то ректификационная колонна работать не будет.
Как сделать царгу своими руками?
Лучше всего ее делать из нержавеющей трубы. Идеальный вариант – пищевая сталь
.
Специалисты советуют делать ее с несколькими сочленениями. В самой нижней части царги приваривается фланец, посредством которого она будет крепиться к крышке перегонного бака. Фланцевое соединение должно быть герметичным, поэтому нужно использовать прокладку. Желательно силиконовую. Пластиковые прокладки изменяют форму под воздействием температуры.
Фланец нужно приварить так, чтобы колонна стояла строго вертикально. Отклонение всего на половину градуса изменить качество продукта на выходе.
Отдельные части колонны лучше соединить клампами. Так, проще будет собирать и разбирать колонну.
Две нижние части царги – это просто трубы. В них будут установлены насадки для увеличения площади соприкосновения жидкости с паром. А вот верхняя часть довольно сложно устроена. В ней должны иметься следующие конструктивные элементы:
- Проточный холодильник.
- Отводной патрубок.
- Разъем для установки термометра.
- Воздушный клапан.
На проточный холодильник приходится половина верхней части колонны самый простой вариант – обмотать трубу медным змеевиком, но он не отличается хорошей эффективностью. Идеальный вариант – помещение внутрь трубы охладителя Димрота. В этом случае, дефлегматор будет превращать конденсат в пар до того момента, как он достигнет воздушного клапана в самой верхней точке ректификационной колонны.
Отводной патрубок следует установить ниже холодильника на пару сантиметров.
Насадка
Это одна из важнейших частей колонны. Она бывает 3-х типов: тарельчатая ситчатая и спиральная. Первый вариант намного эффективнее. Многие начинающие самогонщики изготавливают тарельчатую насадку из деталей, свободно продающихся в сети Интернет.
Ситчатую насадку сделать намного проще. Все что нужно: дрель, диски, и сверла небольшого диаметра, перегородки из нержавейки. Сверлим в перегородках отверстия разного диаметра и устанавливаем внутрь трубы.
Спиральную насадку самостоятельно не сделать, но зато ее можно легко купить в специализированном магазине.
Некоторые тематические форумы и сайты советуют использовать для создания спиральной насадки сеточки для мытья посуды, но делать этого не стоит. дело в том, что никто доподлинно не знает, из каких сплавов они изготавливаются. Это значит никто не может предсказать, что какие соединения получатся при контакте материала сетки с раскаленными парами спирта.
Теплоизоляция
При сборке колонны нужно не забыть защитить ее от тепловых потерь как минимум до нижней границы дефлегматора. В качестве утеплителя можно использовать такие материалы, как: пенополиуретан, пеноизол, фольгированные утеплители и др.
Собственно, остается только собрать все части вместе и произвести пробный запуск самодельной ректификационной колонны.
Заключение
Теперь читатель знает, как сделать колонну для домашней ректификации. Остается применить эти знания на практике и насладиться чистейшим продуктом.
Даже самая простая ректификационная колонна , несмотря на низкую скорость перегонки, позволит получить достаточно количество спирта как для употребления в чистом виде, так и для изготовления на его основе более благородных напитков.
Также не стоит забывать о том, что использование ректификационной колонны в качестве самогонного аппарата для получения самогона позволит получить на 30% больше продукта, чем из обычного дистиллятора. К тому же качество самогона будет значительно лучше.
