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.
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:
- Летучих кислот.
- Эфиров.
- Альдегидов.
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:
- Простая.
- Фракционная.
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:
- Голова.
- Сердце.
- Хвост.
Первую и третью части отсекают. Остается вторая часть, пригодная к употреблению. Ее крепость может колебаться от 50 до 70%. Качество такого продукта относительно высокое.
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.
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:
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.
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.
Из школьного курса мы знаем, что процесс ректификации это процесс разделения сложных смесей на компоненты путем многократного испарения и конденсации составляющих частей. В результаты получаются идеально чистые компоненты, температуры переходов в разные агрегатные состояния которых, соответственно, разные.
Применяется этот не хитрый процесс при производстве бензина, керосина, чистого кислорода и азота. А еще ректификация помогает отделить сивушные масла и альдегидные фракции, чтобы получить этанол, или этиловый спирт.
Этот процесс осуществляется в ректификационных колоннах, устройство которых позволяет создавать продукт чистотой до 96 %. Можно создать самодельный самогонный аппарат, имея прямые руки, минимальные познания в органической химии и желание наслаждаться качественным алкоголем собственного производства.
Ректификационную камеру в наше время можно и просто напросто купить, но мы пойдем иным путем. Мы соберем миниатюрный ликероводочный завод собственными руками.
Из названия процесса, который дал имя и колонне понятно, что внутри происходит постоянная ректификация, а сама колонна выполнена из материалов, которые не вступают в реакцию с компонентами процесса.
В перегонный куб заливается рабочая жидкость, брага настоянная на зерне, ягодах, фруктах и т.п. и доводиться до температуры кипения. В ходе кипения рабочей жидкости выделяется спиртосодержащий пар, которые легче, чем жидкость и за счет этого поднимается по трубе вверх, где охлаждается.
Охлаждаясь нагретый пар выпадает в конденсат на стенки колонны и в виде жидкости устремляется обратно в перегонный куб, но на пути следования встречает новую порцию нагретого пара. Компоненты, чья температура кипения ниже рабочей жидкости вновь испаряется, среди таких компонентов — этиловый спирт.
Суть процесса в том, что вещества распределяются по вертикальной колонне, в соответствии с уровнем совей точки испарения и конденсации. Примерно на высоте 75 % от перегонного куба происходит собирание паров этилового спирта — здесь устанавливается патрубок для отвода этих самых паров в емкость с конечным продуктом.
Выше по колонне концентрируются ядовитые летучие пары альдегидов и диметилкетона, и через отводную трубу выводятся в атмосферу, ниже формирования концентрации паров этилового спирита скапливаются сивушные масла и прочие фракции, чья температура кипения превышает температуру кипения этанола.
Чтобы построить такой агрегат необходимо знать основные принципы работы колонны суть процессов, которые в ней происходит. А происходит там очень много интересного - процесс ректификации отличается своими физическими и химическими основами от обычной дистилляции.
Как работает колонна
Как и в обычном дистилляторе, в колонне есть и нагреватель и холодильник, которые являются полноценными рабочими элементами. Но на пути спиртосодержащего пара от поверхности браги до змеевика холодильника находится еще один сложный узел, который и называется ректификационной колонной. Он представляет собой высокую трубу, диаметр который больше ее длины в 30-50 раз. Оптимальные размеры для процессов тепломассобмена, которые происходят внутри колонны.
Нагретый пар поднимается по трубе вверх, по пути медленно охлаждается, конденсируется, и стекает вниз, обратно в емкость. При движении сверху вниз конденсат вступает в контакт с горячим паром, повторно нагревается, и легкокипящие компоненты вновь превращаются в пар. Среди этих компонентов есть и этиловый спирт. Если выбрать режим работы колонны таким образом, чтобы спиртовые пары начинали конденсироваться на определенной высоте, где установлен заборный патрубок, то в холодильник будет поступать чистый спирт, без примесей.
Спустя некоторое время в колонне установиться режим динамического равновесия, благодаря разнице теплоемкостей жидкой и паровой фазы, кроме того, жидкостно-паровая смесь разделяется на фракции по химическому составу, от которого зависит температура парообразования.
В самой верхней части собираются пары летучих примесей - альдегидов, ацетона и прочих ядовитых веществ. При температуре на верхнем термометре колонны выше 70 С они попросту улетают в атмосферу - колонна соединена с внешним воздухом патрубком или клапаном и работает практически под атмосферным давлением.
Примерно на высоте ¾ от длины колонны собираются спиртовые пары, которые и нужно отобрать. Ниже - сивушные масла и прочие вещества, температура кипения которых выше спирта. В зоне отбора спирта следует поддерживать температуру на уровне 74-78 С. чтобы это было возможным и требуется значительная высота колонны, чем объемнее зоны разных фракций, тем легче отделить одно вещество от другого.
Как сделать колонну для ректификации
Самодельная ректификационная колонна в домашних условиях - не миф. Это подтверждают многочисленные видео и фотографии в интернете и посты на форумах. Даже если они наполовину такие, как рассказывают о них умельцы, то такой аппарат делать стоит. Но нужно учитывать тот факт, что для получения самогона, как такового, ректификационная колонна, независимо от того, самодельная или промышленного изготовления, непригодна.
Ректификационный аппарат предназначен для получения спирта с минимумом добавок, в том числе и ароматических веществ и смол, которые и придают самогону особый аромат и привкус. Но полученный спирт можно использовать как основу для любых алкогольных напитков изготовленных в домашних условиях, не опасаясь отравления сивухой или метилами и эфирами, которые способствуют сильнейшему похмелью.
Для повторной перегонки спирта-сырца или обычного самогона, полученного на привычном для самогонщиков дистилляторе, ректификатор - вещь незаменимая. С качеством полученного продукта не сравнится ни одна система перегонки.
Технология изготовления колонны
Работать ректификационная колонна своими руками будет в домашних условиях надлежащим образом только тогда, когда ее высота будет не менее 1,8-2 м при внутреннем диаметре 40-50 мм. Такая колонна сложная в изготовлении, хранении и эксплуатации. Лучше всего делать ее разборной, на кламповых или резьбовых соединениях, удобно использовать и муфты. Если вы обладаете навыками работы на токарном станке, то муфтовое соединение не станет проблемой. В противном случае придется воспользоваться платными услугами профессионалов.
Из чего состоит колонна
Главные составные части ректификационной колонны:
- корпус;
- холодильник-дефлегматор;
- насадка (тарельчатая или спиральная);
- тепловая изоляция;
- термометры.
В состав всего самогонного аппарата входят еще и бак для браги и холодильник для конденсата, представляющий собой обычный змеевик. Если правильно сделать ректификационную колонну, то ее можно установить на любой самогонный аппарат с баком емкостью не менее 20 литров. На меньших объемах удастся только разогнать ее до рабочего режима и получить несколько литров спирта (процентов 50 от возможного выхода).
Оптимальный объем испарителя - 25-50 литров. Так удобнее регулировать температуру процесса, которая при ректификации является одним из основных факторов. Кроме того, изготовление спирта объемом до 8-10 литров занимает столько же времени на подготовку и разгон колонны, как и 3-5-ти литров. Экономия времени тоже в большинстве случаев очень важна для снижения себестоимости продукта.
Корпус колонны
Лучше всего сделать его из трех частей, примерно равных по длине. В нижней части к нержавеющей трубе приваривается фланец для установки на перегонный бак с крепкой крышкой. Высота колонны внушительна - около 2 метров. Фланцевое соединение на герметичной прокладке - оптимальное решение. Фланцы должны быть приварены таким образом, чтобы колонна находилась в строго вертикальном положении, только так она будет работать как следует.
Сегменты корпуса соединяются клампами или резьбой - как удобнее. Главное, чтобы обеспечивалась герметичность. Лучший материал главной трубы колонны - пищевая нержавейка. Она обладает сравнительно небольшой теплопроводностью, а в колонне потери тепла нежелательны, вплоть до поступления паров на холодильник.
Две нижние части колонны - просто отрезки трубы. В них будут помещены насадки - специальные приспособления, увеличивающие площадь контакта пара и жидкости. Более сложная самая верхняя часть - там:
- должен быть оборудован проточный холодильник;
- предусмотрен отводной патрубок;
- гнездо для термометра;
- воздушный клапан.
Проточный холодильник занимает приблизительно ½ часть верхней трети колонны. Самое простое решение - намотать медный или нержавеющий змеевик поверх трубы. Более сложный вариант - поместить тот же змеевик, шариковый холодильник или охладитель Димрота внутрь трубы. С этой целью можно использовать трубу большего диаметра, соединив с нижней частью при помощи переходника.
Вариантов здесь много - суть одна, дефлегматор должен обеспечить барьер на пути пара и превратить его в конденсат до достижения воздушного клапана. Туда должны проникнуть только пары с температурой не выше 60 С. Если холодильник не справиться со своей задачей, то вместе с летучими веществами в воздух уйдет спирт.
Воздушный клапан устанавливается в самой верхней точке колонны и служит для выравнивания давления. Можно клапан и не устанавливать, а просто вмонтировать тонкую медную трубку (Ø 3-6 мм). Наличие трубки требует особого контроля за температурой на всех этапах ректификации. При отборе голов Т= 55 – 65 С должна быть на уровне заборного патрубка.
Отбор осуществляется сквозь патрубок, врезанный в корпус ниже холодильника на расстоянии 2-5 см от него. Он представляет собой обычную трубку, к которой подключается силиконовый шланг от медицинской капельницы. Ректификационная колонна своими руками работает очень медленно, основной забор осуществляется в капельном режиме. Это нужно учесть - производство 8-10 литров спирта занимает целый рабочий день.
Насадка
Эта часть колонны - одна из самых важных. Для ректификации используются два вида насадок - тарельчатая, в виде колпачковых или ситчатых элементов, и спиральная, из металлической сетки, туго свитой в спираль или специальных проволочек, свитых в призматические спиральки, которые попросту засыпаются внутрь колонны. В последнем случае в нижней части колонны устанавливается сетчатый фильтр, предотвращающий выпадение насадки.
Самая эффективная для ректификационной колонны своими руками тарельчатая насадка колпачкового типа. Сделать ее можно и самому из готовых деталей, продающихся в интернете. В таком случае, начинать работу следует именно из приобретения тарелок - диаметр корпуса должен соответствовать их размерам. Легче найти трубу под тарелки, чем наоборот.
Медные тарелки для колонны
Ситчатые перегородки сделать намного легче, для этого нужна только дрель или сверлильный станок и набор сверл 2-3 мм. Перегородки делаются из нержавейки, латуни или меди. На 1 м высоты колонны их должно быть 8-10.
Сетку, специальные спирально призматические насадки Панченкова (РПН) или аналоги придется покупать в специализированных интернет магазинах. Самостоятельно их не сделать. Использовать сеточки для мытья посуды, как рекомендуют некоторые сайты, нельзя - для них используются неизвестные сплавы, которые могут вступить в реакцию с парами спирта или примесей.
Теплоизоляция
Колонну необходимо защитить от потерь тепла на высоту не менее нижнего среза дефлегматора. Для утепления подойдет любой эластичный теплоизолятор - пенополиуретан, Пеноизол, базальтовые трубчатые фольгированные утеплители типа ТЕХНОНИКОЛЬ. Утепление - очень важный этап. Если исключить потери тепла, то высоту фракционных слоев можно снизить на несколько десятков процентов. При этом концентрация вещества, в нашем случае - спирта, в них увеличится сохраняя четкие границы фракций.
Самодельная ректификационная колонна при своей сложности и низкой скорости перегонки позволит получить спирт достаточной очистки и из проверенного сырья. Из правильно подготовленной браги выход продукта, в перерасчете на 40 0 крепость, будет на 25-30% выше, чем у самогонного аппарата обычной конструкции, при несравненно лучшем качестве.
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 .
Российский гений, который желает регулярно вкушать спирт в чистом виде, не спит – таким видят человека собравшего самодельную ректификационную колонну своими руками.Но, на самом деле это абсолютно не так!
С помощью ректификационной колонны можно получать такие вкусные напитки как абсент, виски, можно готовить ароматизированный спирт для и тд.
Раньше ректификаторы представляли собой многометровую колонну, но, сегодняшний вариант с «многоходовой» ректификацией позволяет сократить высоту колонны.
Если вы не уверенны в своих силах, то лучше купить ректификационную колонну в интернет магазине, например серия Добровар вполне позволяет получать 98% спирт с первой перегонки.
Однако, вернемся к тому, как сделать самодельную ректификационную колонну своими руками.
Предоставляем вам простой способ приготовления ректификатора в бытовых условиях. Внешний вид конструкции предоставлен в первом изображении. Кроме того, предоставлены чертежи ректификатора.
Для начала хотелось бы рассказать о том, почему самогонное устройство – переросток является самой удачной конструкцией.
Во-первых, данное устройство уникально, так как оно требует лишь подвода проточной воды. Регулировать температуру кипятильника можно при помощи выключателя света, который имеет плавную регулировку. Применять самодельную ректификационную колонну можно с любой емкостью, начиная от трехлитровой банки и заканчивая установленной скороваркой.
Давайте разберем схему ректификационной колонны, сделанной в домашних условиях.
Чертеж ректификационной колонны
Как вы видите – конструкция достаточно проста. Холодильник и водяную рубашку можно изготовить из медной трубы, обернув ей трубы ректификатора. Вы можете сделать их из труб более толстого диаметра, чем использовали мы в нашей колонне. В таком случае вам необходимо спаять нижнюю и верхнюю часть со стенами. На оставшуюся часть нужно надеть утеплитель – для этого вам необходимо посетить строительный рынок и приобрести утеплитель для металлических труб.
Мочалки – это железная мочалка для раковин, которая нарезана ножницами. Как правило, мочалки изготавливают из нержавеющей стали, которые не портятся в процессе эксплуатации ректификационной колонны. Для трубы длиной 130 см и диаметром в 35 см необходимо затратить 15-20 мочалок.
Зажим медицинской капельницы необходимо использовать совместно с трубкой. Трубка послужит связью с атмосферой – это классическая иголка от шприца.
Высота ректификационной колонны, которая предоставлена на чертеже составляет 130 сантиметров (высота перегонного кубика – паяльника не учитывается).
Теперь немного теоретических знаний .
Ректификация – это многоразовая перегонка дистиллята, которая осуществляется в противоточных насадочных и тарелочных колоннах с контактными составляющими (тарелки, насадки т.д.).
Для успешного действия флегмы, стекающей по колонне вниз, и пара, который движется вверх, можно применять любые контактные составляющие, увеличивающие эффективность и площадь их действия. В качестве контактных составляющих в больших ректификационных колоннах, как правило, используются тарелки.
Каждая тарелка, которая расположена в колонне, называется ФТ – физической тарелкой. Ее предназначение – обеспечить стремительное движение состояния равновесия между паровой фазой и жидкостью.
Тарелки работают таким образом: пар в форме пузырьков с достаточно развитой поверхностью действует через слой флегмы, который находится на тарелке. В результате массовый обмен меж фазами интенсифицируется.
Стоит отметить, что при проходе пара сквозь одну тарелку равновесие между различными фазами не достигается. Фактическое состояние жидкой и паровой фаз по отношению к их состоянию оцениваются лишь коэффициентом правильного действия такой тарелки.
КПД обычной тарелки составляет 50-60%, то есть для достижения состояния полного равновесия фаз, которое соответствуют теоретически одной тарелке, требуются две физических.
Таким образом, получается, что для создания в ректификационной колонне-40-ТТ необходимо установить в ней около восьмидесяти тарелок обычной конструкции.
Для ректификационных колонн собранных в домашних условиях диаметром 30..50 мм эффективной контактной составляющей является специальная насадка, которая наполняет собой внутренний объем колонны. При работе колонны вниз дистиллят стекает по контактному наполнителю, а пар поднимается вверх.
В промышленных ректификационных колонах применяется насадка «ЗУЛЬЦЕР» из нержавеющей, гофрированной сетки или из нержавеющей проволоки в виде мелких пружинок спирально-призматического характера.
Обмены тепло-массы на контактных соединяющих проходят непрерывно по всей высоте колонны. Положение фазового равновесия, эквивалентное 1-й теоретической тарелке («ТТ») наступает после того, как пар преодолевает слой насадки – высоту единицы переноса («ВЕП») или высотой теоретической тарелки («ВТТ»).
Эта высота измеряется в миллиметрах, что в свою очередь позволяет рассчитать высоту будущей колонны. Поэтому в изготовлении установки в домашних условиях, речь идет о колонах, которые имеют диаметр от 30 – 50 мм, с применением насадочных контактных составляющих.
А так выглядит покупная ректификационная колонна в "полном обвесе".
Не смотря на такую заумную теорию - самодельная ректификационная колонна это очень простое изделие!
Вадим говорит:
Может диаметр трубы 35мм а не см???
Вадим говорит:И еще у меня вопрос, зачем нужна связь с атмосферой?
Марат говорит:Хорошая статья...
Тема не просто раскрыта, а написанная информация хорошо воспринимается, спасибо!
Вадим, при выходе колонны на режим зажим от медицинской капельницы закрыт и если не будет связи с атмосферой возникнет избыточное давление и последующее разрушение аппаратуры.
георгий говорит:А,что если вместо мочалок разместить ленточную спираль в виде шнека...тогда как рассчетать шаг этой спирали?
Игорь говорит:Добрый вечер, а можно ли посмотреть на схематический рисунок? И какие прокладки нужно использовать в узлах соединения? Спасибо.
Артем говорит:георгий, а чем вам мочалки железные не нравятся?
Николай говорит:Где можно купить не дорогую р.колонну?
Анатолий говорит:труба: диам. 50мм, длина 1.6см, без мочалок не працює. Причина?
Владимир говорит:Я понимаю что не у всех есть возможность, но.
Хороший результат можно получить применив головку старого дистиллятора. Как правило у них раньше выходит из строя ТЕНы и куб, а головки просто выбрасывают.
Помогите разобраться, в чём разница между ректификационной колонной и дестилятором (типа Волжанин или Кум). Т.е отбор спирта ниже дефлегматора или же как у Волжанина?
Павел говорит:Чтобы уменьшить высоту колонны, ставьте дополнительный холодильник в рабочей зоне (там где мочалки), и регулируйте температуру при перегонке.
Фёдор говорит:То есть мочалки, в данномслучае, заменяют тарелки?
Илья