Ректификационная колонна как работает. Как сделать ректификационную колонну – расчет параметров системы. Чем отличается от самогонных аппаратов

Пожарная безопасность процесса ректификации

Ректификация - это метод разделения смеси на чистые компоненты, осуществляемый путем многократного чередования процессов испарения жидкой фазы и конденсации паров.

Физическая сущность процесса заключается в двустороннем массо- и теплообмене между неравновесными потоками пара и жидкости при высокой турбулизации поверхности контактирующих фаз. В результате массообмена пар обогащается низкокипящими, а жидкость - высококипящими компонентами. При определенном числе контактов можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих компонентов и жидкость, состоящую в основном из высококипящих компонентов.

Процесс ректификации можно проводить, в простейшем случае, в многоступенчатой установке. В первой ступени такой установки испаряется исходная смесь. На вторую ступень поступает на испарение жидкость, оставшаяся после отделения паров первой ступени. В третьей ступени испаряется жидкость, поступившая из второй ступени (после отбора из последней паров). Аналогично может быть организован процесс многократной конденсации, при котором на каждую следующую ступень поступают для конденсации пары, оставшиеся после отделения от них жидкости (конденсата) в предыдущей ступени.

При достаточно большом числе ступеней таким путем можно получить жидкую или паровую фазу с достаточно высокой концентрацией компонента, которым она обогащается. Однако, выход этой фазы будет достаточно мал по отношению к ее количеству в исходной смеси. Кроме того, такие установки громоздки и их эксплуатация сопровождается большими потерями тепла в окружающую среду.

Значительно более экономичное, полное и четкое разделение смесей на компоненты достигается путем проведения процессов ректификации в более компактных аппаратах – ректификационных колоннах.

Работа ректификационных колонн основана на создании двух встречных потоков – поднимающихся паров и стекающих навстречу им жидкости. Контакт между ними происходит на горизонтальных тарелках, причем пар, подходящий к тарелкам, имеет температуру несколько более высокую, чем жидкость, находящаяся вних. Внутренний объем колонны условно разбивается на три части – эвапорационной, укрепляющей, исчерпывающей. В первом объеме происходит испарение подаваемой жидкости. Подача производится в среднюю часть колонны, так как в этой части состав флегмы примерно равен составу раствора подлежащего ректификации. Подогретая смесь поступает в питающую тарелку колонны и частично испаряется. Паровая фаза движется вверх, а неиспарившаяся смешивается с флегмой и стекает вниз. Часть колонны, расположенная выше ввода начальной смеси называется укрепляющей, так как в ней паровая фаза укрепляется легкими фракциями. Часть колонны, находящаяся ниже ввода начальной смеси называется исчерпывающей, так как в ней из стекающей вниз флегмы отгоняются (исчерпываются) оставшиеся легкие фракции.

Для обеспечения нормальной работы ректификационной колонны необходимо постоянное наличие восходящего потока пара и нисходящего потока флегмы. Для получения пара в нижней части колонны предусмотрена система обогрева. Процесс ректификации может осуществляться при атмосферном давлении, под вакуумом, под избыточным давлением при пониженной температуре. В основном процесс ректификации осуществляется при давлении близком к атмосферному. Вакуумной ректификации подвергают смеси веществ склонных к термическому распаду или полимеризации при высоких температурах. Низкотемпературная ректификация применяется для разделения растворов, имеющих низкую температуру кипения.

Рассмотрим принцип действия ректификационной колонны, входящей в состав ректификационной установки непрерывного действия, предназначенной для разделения бинарных смесей.

Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со сварным или сборным корпусом 1 . Исходная смесь предварительно нагревается в подогревателе 5 и подается в среднюю часть колонны. В нижней части колонны обеспечивается подогрев жидкости до температуры кипения. Образующиеся при этом пары поднимаются вверх по колонне и создают восходящий поток. В верхней части колонны пары отбираются и поступают в дефлегматор 3, где происходит их частичная конденсация. Смесь флегмы (жидкости, полученной в результате частичной конденсации пара) и несконденсировавшегося пара из дефлегматора подается в сепаратор 4 на разделение. Пар из сепаратора поступает в конденсатор-холодильник 6 на полную конденсацию и там же происходит охлаждение дистиллята (ректификата), а флегма направляется обратно в колонну и создает в ней нисходящий поток.

Таким образом, в ректификационной колонне создаются два встречных потока – поток поднимающихся вверх паров и поток стекающей навстречу им жидкости. Контакт между ними происходит на специальных тепломассообменных устройствах, расположенных по высоте колонны с определенным шагом. Такие устройства выполняются в виде горизонтальных тарелок или насадок.

Сущность теплообменных процессов. В колпачковой колонне каждая тарелка имеет несколько отверстий с невысокими патрубками 3, предназначенными для пропускания паров, поднимающихся снизу. На тарелках колонны всегда имеется слой флегмы. Сверху каждого парового патрубка монтируется колпачок 2 , нижние края которого погружены в жидкость. Колпачки у основания имеют зубчатые прорези для дробления пара на мелкие струйки. Тем самым увеличивается площадь контакта между парами и жидкостью. Так как флегма несколько холоднее паров, последние, барботируя через слой жидкости, охлаждаются и частично конденсируются. В процессе конденсации паров выделяется некоторое количество теплоты. Кроме того, дно каждой тарелки обогревается парами нижележащей тарелки. За счет этого тепла флегма нагревается и кипит. Уровень флегмы на каждой тарелке поддерживается с помощью переливных труб 4, которые связывают между собой все тарелки.

Таким образом, на тарелках происходит обогащение флегмы высококипящим компонентом (за счет частичной конденсации паров). А восходящие потоки пара обогащаются низкокипящим компонентом. Поскольку пары по мере продвижения снизу вверх все больше обогащаются низкокипящим компонентом, температура кипения жидкости на тарелках (снизу вверх) становится все ниже и ниже. При этом флегма, стекающая с тарелки на тарелку все больше обогащается высококипящим компонентом, и поэтому на нижних тарелках температура кипения максимальна. В результате многократного протекания процесса теплообмена пар, отводимый из верхней части колонны, представляет собой почти чистый низкокипящий компонент, а остаток в нижней части колонны – чистый высококипящий компонент.

Из вышесказанного следует, что для нормальной работы любой ректификационной колонны необходимо : чтобы исходный продукт был предварительно нагрет, непрерывно происходило орошение верхней части колонны, и подогрев нижней части.

Следует обратить внимание на то, что в промышленности чаще всего разделяют не бинарные, а многокомпонентные смеси. В этом случае для разделения смесей на три и более фракций применяют несколько последовательно работающих простых колонн или специальные сложные колонны, состоящие из нескольких простых.

В идеальном случае на каждой тарелке колонны паровая фаза и флегма находятся в состоянии фазового равновесия и, следовательно, каждой тарелке соответствует одна из точек, лежащей на кривой равновесия (рассматривали в начале лекции). В действительности полное равновесие фаз на тарелках ректификационной колонны не достигается. Это учитывается путем введения коэффициента полезного действия.

Для приближения к фазовому равновесию действительных концентраций жидкости и пара разработаны различные конструкции тарелок и насадок. Тарелки или насадки являются наиболее важным конструктивным элементом ректификационных колонн. Именно на них происходит процесс тепломассообмена между восходящим потоком пара и флегмой.

Ректификационные колонны в которых тепломассообменные устройства выполнены в виде тарелок называют барботажными , так как пар барботируется через слой флегмы. Если тепломассообменные устройства выполнены в виде различных насадок, то колонны называют насадочными .

Барботажные ректификационные колонны могут иметь тарелки со сливными устройствами или без них. Тарелки со сливными устройствами. К ним относятся колпачковые, ситчатые и клапанные.

Для разделения растворов используют колпачковые тарелки . Это связано с тем, что данный тип обеспечивает хороший контакт между паром и флегмой на тарелках. Смесь паров, поднимаясь, проходит патрубки (рис 3, методический материал) и, ударяясь о колпачки, барботирует сквозь слой флегмы на тарелках. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези для дробления пара на мелкие струи. Приток и отток жидкости регулируют с помощью переливных трубок.

Ситчатые тарелки , имеют большое количество мелких (от 0,8 до 3мм) отверстий. Пар, проходит сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. Важным требованием является постоянные скорость движения пара и его давление, достаточное для преодоления давления слоя жидкости на тарелке и предотвращающее ее стекание через отверстия.

Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонта. Но они чувствительны к наличию примесей, которые забивают отверстия тарелок и создают условия для образования повышенных давлений. В случае значительного снижения давления пара вся жидкость с ситчатых тарелок сливается вниз и для возобновления процесса приходится запускать колонну вновь. Указанное накладывает существенные ограничения на использование данного типа тарелок.

Клапанные тарелки. Имеют отверстия перекрывающиеся специальными клапанами, которые поднимаются в зависимости от величины давления пара. При подъеме клапана образуется зазор, через который проходит пар барботирующийся через слой жидкости. С изменением давления клапан закрывается под действием силы собственной тяжести. Высота подъема клапана не превышает 8 мм. Достоинством таких тарелок является сравнительно высокая пропускная способность по пару, высокая эффективность в широком интервале нагрузок. Недостаток – повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное весом клапана.

Тарелки без сливных устройств. Их особенностью является то, что пар и флегма проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелках одновременно с взаимодействием флегмы и пара путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку. Жидкость «проваливается». Выделяют дырчатые тарелки, решетчатые, трубчатые, волнистые.

Насадочные колонны. Тепломассообмен между паром и флегмой протекает в объеме насадок, выполненных из твердых тел различной формы (таблица с типами насадок). Принцип действия колонн. Пар из исчерпывающей части движется вверх по колонне навстречу стекающей жидкости. Распределяясь по большой поверхности насадочных тел пар интенсивно контактирует с жидкостью и теряет при этом часть высококипящего компонента и обогащается легкокипящим. Требования к насадкам – большая поверхность в единице объема, хорошая смачиваемость флегмой и равномерное ее распределение по всей насадке, малое гидравлическое сопротивление, химическая инертность, механическая прочность.

Работа ректификационной колонны основывается на многоразовом испарении спирта для его очищения. Переработка этого вещества является важной задачей современной промышленности. Спирт имеет широкий спектр использования, поэтому его качество должно удовлетворять требованиям технического и пищевого характера.

1

Процесс ректификации представляет собой разделение смесей с содержанием спирта на чистые элементы. Для этого используется кипение веществ, каждое из которых имеет свою температуру испарения. В ходе этого процесса происходит образование пара, а каждая фракция отделяется от своей начальной смеси. Как правило, в ходе ректификации выделяют альдегиды, воду, этиловые и метиловые спирты, сивушные масла и другие. Такое устройство наиболее эффективно от вторичных примесей.

Разделение смесей с содержанием спирта на чистые элементы в ректификационной колонне

Ректификация возможна из-за различного коэффициента содержания отдельных компонентов в жидкой основе и в состоянии парового испарения. Поскольку система стремится к равновесию, она пытается выровнять показатели температуры, давления и концентрации вещества в каждой из фаз. Когда пар входит в контакт с жидкостью, он обогащается компонентами низкокипящих "летучих" компонентов, а жидкость вбирает в себя высококипящие вещества . Этот процесс сопровождается обменом тепла.

Параметры ректификационной колонны:

Размеры и материал. Конструкция включает в себя насадки, цилиндры, дистилляторы и куб. Для колонны используется нержавеющий пищевой сплав, который не выделяет вредных веществ в жидкости.
Система нагрева. Для качественной колонны необходимо точно контролировать мощность нагрева. Самым оптимальным способом на сегодня является использование ТЭНов, которые устанавливаются в нижнюю часть колонны. Не рекомендуется использовать стандартную поставку газа, так как ее особенности не позволяют проводить плавную регулировку мощности нагрева.
Производительность. В этот параметр входит мощность нагрева, которая отвечает за интенсивность движения пара внутри конструкции.
Точный контроль. Каждый процесс имеет свои особенности эксплуатации и допустимые значения работы, которым нужно следовать.
Внутреннее давление влияет на температуру кипения. Для лучшей ректификации спирта нужно удерживать давление в диапазоне 720-780 мм. рт. ст. Если это не контролировать, давление снизится, а это уменьшит плотность пара, что приведет к "захлебыванию" колонны. Аналогичная ситуация и с высоким давлением, которое недопустимо для эффективной работы оборудования.

Ректификационная колонна включает в себя насадки, цилиндры, дистилляторы и куб. Для колонны используется нержавеющий пищевой сплав

В компаниях все чаще устанавливается ректификационная колонна, принцип работы которой основан на стекании жидкости и поднятии пара, что необходимо для достижения равновесия, позволяющего выделить чистые компоненты веществ (сначала поступают жидкости с низкой температурой кипения, потом – с высокой). Залогом этого процесса является состояние равновесия.

Важно знать!

Разрушительное влияние на мозг – это одно из самых страшных последствий воздействия алкогольных напитков на человека. Елена Малышева: АЛКОГОЛИЗМ МОЖНО ПОБЕДИТЬ! Спасайте своих близких, им грозит огромная опасность!

Изготовители домашнего самогона стремятся к тому, чтобы их напиток получился чистым от вредных сивушных масел и без неприятного запаха. Для этого они перегоняют продукт несколько раз, в результате чего он очищается. И всё же самым лучшим способом изготовления спирта и спиртосодержащих напитков является использование аппарата с ректификационной колонной. Принцип ее действия и возможность самостоятельного изготовления рассмотрим в статье.

Как и самогонный аппарат, ректификационная колонна изготавливает самогон, только более высокого качества, очищенный . Но прежде всего она предназначена для производства чистого спирта 96%, который используется как основа в приготовлении разных алкогольных напитков.
Спирт является продуктом ректификации, в процессе которой происходит разделение спиртосодержащей смеси (браги, спирта-сырца) на отдельные фракции (метиловый и этиловый спирты, сивушное масло, альдегиды) с разной температурой кипения в результате многократного испарения исходной жидкости и конденсации пара.

Перегонный куб, заполненный спиртосодержащей жидкостью, нагревается. В процессе кипения интенсивно образуется пар, который по колонне поднимается вверх. Там его ожидает дефлегматор, в котором пар охлаждается и конденсируется.

Знаете ли вы? Самые большие ректификационные колонны достигают 90 м в высоту и имеют диаметр 16 м. Они используются в нефтеперерабатывающей промышленности .

Капли конденсата (флегмы) спускаются вниз в колонну, заполненную паром. Охлаждённая флегма стекает по специальным насадкам, на которых встречается с горячим паром. Между ними происходит тепломассообмен, который повторяется много раз и является сутью ректификации.

В результате этого в «голове» колонны собирается чистый парообразный спирт. Для окончательной конденсации он отводится в холодильник, из которого выходит дистиллят, то есть готовый продукт.

Видео: ректификационная колонна и принцип её работы

Конструкция домашнего спирт-завода

Устройство ректификационной колонны состоит из разных частей, размеры которых нужно точно рассчитать. Для этой конструкции нужны:

перегонный куб, или ёмкость со спиртосодержащей жидкостью;
царга, или труба, которая будет корпусом колонны;
дефлегматор, в котором охлаждается и конденсируется пар;
насадки, которыми нужно начинить царгу;
узел отбора дистиллята;
водный холодильник;
более мелкие детали для соединения частей конструкции и для контроля её работы (термометры, автоматика).

Рассмотрим каждую составляющую часть устройства отдельно.

Основой всей конструкции является перегонный куб. Это ёмкость для спиртосодержащего сырья.

Ею может послужить любой сосуд из меди, эмалированной или нержавеющей стали. Некоторые самогонщики используют для этого скороварку, если ожидается небольшой выход спирта.

А можно самостоятельно сварить подходящую ёмкость из листов «нержавейки».

Видео: как сделать своими руками перегонный куб Главные требования, которым должен соответствовать куб :

абсолютная герметичность: при кипении сосуд не должен пропускать пар или жидкость, и крышку не должно срывать от растущего давления;
отверстие для выхода пара, которое появится, если врезать в крышку штуцер.

Если купить готовый перегонный куб, то он уже отвечает этим критериям.
Очень важно, чтобы объем куба соответствовал размерам колонны. Для трубы высотой 1,5 м и 50 мм в диаметре нужно взять ёмкость, вмещающую 40-80 л, для 40 мм царги подходит 30-50 литровая посудина, для 32 мм нужно не меньше 20-30 л, а для диаметра 28 мм отлично подойдёт скороварка.

Важно! Перегонный куб нужно заполнять брагой не больше чем на 2/3 его объёма, иначе при кипении колонна будет «захлёбываться ».

Труба, в которой происходит ректификация, называется царгой. Это цилиндр с толщиной стенки 1,5 мм и диаметром 30-50 мм. Эффективность царги зависит от её высоты: чем выше труба, тем медленнее отделяются вредные фракции и тем чище получается спирт.

Оптимальная высота царги составляет 1-1,5 м. Если она будет короче, то в ней не будет места для отделившихся сивушных масел, и они окажутся в дистилляте. Если же труба будет длиннее, то время ректификации увеличится, а на эффективность это не повлияет.
Царга ректификационной колонны с насадкой В продаже имеются готовые царги для самогонных аппаратов длиной от 15 см. Можно купить 2-3 трубки и соединить их в одну. А можно сделать царгу нужной длины самостоятельно. Для этого понадобится нержавеющая труба.

Видео: как сделать царгу для ректификационной колоны самостоятельно Сверху и снизу нужно нарезать резьбу, чтобы нижнюю часть прикрепить к кубу, а к верхней присоединить дефлегматор.

Снизу нужно также прикрепить сетку, чтобы удерживать насадки, которыми будет заполнена царга. Некоторые домашние специалисты укутывают трубу утеплителем, например, поролоном.

Знаете ли вы? Насадка Панченкова была изобретена в СССР в 1981 году не для изготовления спирта, а чтобы улучшить очистку нефтяного сырья для авиатоплива .

Наполнение царги насадками является обязательным условием ректификации. Если труба полая, в ней возможен только процесс дистилляции, результатом которого будет самогон, но не чистый спирт. Цель наполнителя в том, чтобы увеличить поверхность, по которой стекает флегма.

Таким образом тяжёлые вредные компоненты осаждаются и не могут попасть в конечный продукт, а лёгкий пар чистого спирта отбирается. Начинка должна полностью заполнить трубу.

Насадкой может послужить любой наполнитель из инертного нержавеющего материала:

стеклянные или керамические шарики;
кухонные мочалки из нержавейки, мелко нарезанные (время от времени их нужно менять, так как материал портится);
насадка Панченкова (самый лучший вариант), которая по-особому сплетена из медной или нержавеющей стали. Её преимущества: хорошо осаждает флегму и не выходит со временем из строя.

Насадка Панченкова

Важно! Насадка-мочалка должна быть из нержавейки. Проверить её можно магнитом: нержавеющую сталь он притягивает .

Узел отбора представляет собой небольшой кусок трубы между царгой и дефлегматором. Его назначение состоит в том, чтобы собирать флегму: сначала идут «головы», то есть вредные спиртовые фракции, затем выходит «тело», или спирт без вкуса и неприятного запаха.
Самодельный узел отбора все делают по-разному, но по одному принципу. К примеру:

к внешней трубе, диаметр которой соответствует диаметру царги, изнутри приваривают трубку меньшего диаметра так, чтобы между ними по окружности образовался карман, куда будет собираться часть флегмы;
вместо трубки внутри приваривают нержавеющую пластинку , соответствующую внутреннему диаметру трубы, с круглым отверстием внутри: часть флегмы будет собираться на пластине, а часть попадёт через отверстие назад в царгу.

Видео: узел отбора своими руками Снаружи в трубе делают два отверстия для двух штуцеров: к одному прикрепляется кран для отвода флегмы, а в другой (поменьше) вставляется термометр для измерения температуры пара.

Верхушкой конструкции является дефлегматор. Здесь пар охлаждается, конденсируется и уже в виде капель направляется вниз.
Своими руками можно сделать несколько вариантов дефлегматоров:

Дефлегматор рубашечный или прямоточный изготавливается из двух труб разного диаметра. Между ними циркулирует проточная вода, а внутри меньшей трубы пар превращается в конденсат. Внешнюю трубу легко может заменить корпус термоса, горлышко которого прикручивается к узлу отбора. В донышке термоса обязательно нужно сделать отверстие для ТСА, то есть трубки связи с атмосферой, через которую будут выходить лёгкие ненужные пары.
Видео: принцип работы прямоточного дефлегматора
Дефлегматор Димрота более эффективный, чем предыдущая модель. Корпусом является труба того же диаметра, что и царга. Внутри неё находится тонкая трубка, скрученная спиралью, в которой движется холодная вода. Если диаметр царги 50 мм, то спираль нужно скрутить из трубки диаметром 6 мм и длиной 3 м. Тогда длина дефлегматора будет 25-35 см.
Видео: сборка ректификационной колонны с дефлегматором Димрота
Кожухотрубный дефлегматор состоит из нескольких труб: внутри большой крепятся маленькие, в которых и происходит конденсация пара. У этой модели несколько преимуществ: экономно расходуется вода и быстро охлаждается пар. К тому же эту конструкцию можно крепить к колонне под наклоном, что уменьшает её высоту.
Видео: принцип работы кожухотрубного дефлегматора

Холодильник

Маленький холодильник, или доохладитель, необходим, чтобы снизить температуру этилена, текущего из узла отбора. Он делается по принципу рубашечного дефлегматора, но из трубок меньшего диаметра.

В нём тоже есть два прохода для воды: в нижний холодная жидкость входит, из верхнего она выходит и направляется по силиконовым трубкам вверх к дефлегматору для той же цели.

Скорость воды регулируется краном.

Видео: как сделать своими руками холодильник для ректификационной колоны

Царга пастеризации не является обязательным элементом колонны. С одной стороны, она усложняет основную конструкцию. Но с другой стороны, она совершенствует её, так как более тщательно очищает спирт от головных фракций в течение всей ректификации.

Это царга меньшего размера (30 см) с дополнительным узлом отбора. Она дополняет основную царгу. «Головы», как обычно, выходят из дефлегматора, но не только вначале, а постоянно.

Спирт же собирается из нижнего отбора маленькой царги. Это обеспечивает максимальную чистоту спирта.

Автоматика

Долгий процесс ректификации может длиться часами. При этом его нужно постоянно контролировать, чтобы «головы» и «хвосты» случайно не смешались с «телом». Это будет не так утомительно, если установить хорошую автоматику для контроля ректификации. Для этой цели предназначен БУР (блок управления ректификацией). Блок может сделать следующее:

включить воду для охлаждения при определённой температуре;
уменьшить мощность во время отбора флегмы;
прекратить отбор в конце процесса;
выключить воду и нагрев после окончания отбора хвостовой части.

Автоматизировать процесс можно, установив «старт-стоп» с клапаном: когда температура повышается, он останавливает отбор, когда она стабилизируется, он возобновляет отбор.

Без автоматики можно обойтись, но с ней намного легче.

Видео: автоматика для ректификационной колонны

Преимущества:

готовым продуктом является чистейший спирт 96% без вредных для здоровья примесей;
в режиме дистилляции можно изготовить самогон с нужной органолептикой;
этиловый спирт может стать основой любого спиртного напитка;
можно сконструировать прибор для этого самостоятельно.

Недостатки :

этилен не имеет органолептики исходного продукта;
процесс ректификации очень длительный: за час можно получить не больше 1 л дистиллята;
готовые конструкции стоят очень дорого.

Какой материал предпочтительней

Ректификация предназначена для максимальной очистки спирта от разных примесей. Детали, из которых состоит колонна, не должны влиять ни на качество, ни на вкус продукта. Поэтому материал должен быть химически инертным, не поддающимся ржавчине и не влияющим на вкус и запах дистиллята.

Лучше всего подходит пищевая нержавейка, то есть хромоникелевая нержавеющая сталь. Она химически нейтральна и никак не влияет на состав продукта.

Ректификационную колонну можно назвать самогонным аппаратом нового поколения, потому что она производит спирт лучшего качества. Сделать это устройство своими руками довольно сложно. Но если приложить усилия, то праздничный стол всегда будет возглавлять натуральный и вкусный спиртной напиток собственного приготовления.

Была ли эта статья полезна?

Спасибо за Ваше мнение!

Напишите в комментариях, на какие вопросы Вы не получили ответа, мы обязательно отреагируем!

Вы можете посоветовать статью своим друзьям!

36 раз уже
помогла

Ознакомившись с популярными сайтами и форумами ректификационной тематики я решил внести свой вклад в общее дело. Домашние мастера мучаются с колоннами, навешивают на них много автоматики. Датчики давления, старт-стоп системы срывающие весь процесс ректификации и т.д.

Основные проблемы кроются в малой высоте, в неверных расчетах установок, работа на газовой плите, ориентирование на давление в колонне, и просто банальное непонимание сути процесса ректификации. И что главное- все напрочь забывают, что правильной колонне автоматика не требуется . Автоматика- только помощник.

Приведенная схема ректификационной колонны является одним из шести вариантов решения выше обозначенных проблем. "Хитрость" в том, что ее можно сделать невысокой (сверхмалой) и получать вполне качественный спирт. Оговорюсь... работа на газовой плите опасна, малейшая ошибка может привести к непоправимым последствиям- вы предупреждены. Стабильность работы конкретного схемного решения кроется в т.н. накопительной емкости под смещенным в сторону дефлегматором, регулируя подачу мощности (нагрева) в кубе, охлаждение и возврат флегмы, можно добраться до стабильной спиртовой полки при высоте насадочной части всего 80см. В колонне полностью отсутствуют температурной пилы из-за невозможности попадания брызг на датчик термометра. Гидроуровень установленный в узел отбора позволяет наблюдать за уровнем накопленной флегмы, что позволяет более точно стабилизировать процесс в начале ректификации и исключает захлеб колонны при правильной эксплуатации. Накопительный "стакан" заимствован у известного и одноименного устройства (Экстрактора Сокслета).. Франц фон Сокслет (Franz von Soxhlet)

Развивая идеи по конструкции можно поработать и с автоматикой. Вместо регулятора отбора можно поставить электронный клапан, подключив его через компаратор снимающий показания температуры. Таким образом колонна превращается в сверхмалую колонну переодического действия с дробным отбором. Компаратор программируется на открытие клапана при определенной температуре, клапан открывается, накопленная флегма сливается в приемную емкость после чего процесс в колонне сорвется и поднимется температура, а компаратор сработает на закрытие клапана. Можно конечно и руками открывать-закрывать, но процесс это утомительный. Таким образом, на колонне можно отобрать все вещества по очереди, немного подробней процесс описан

В последнее время довольно много людей не доверяют качеству алкоголя, предлагаемого магазинами, да и стоимость такой продукции высока. Поэтому зачастую на кухнях рядом с различными бытовыми приборами можно увидеть самогонный аппарат. Ведь домашние спиртосодержащие напитки экологически чистые и для здоровья в разумных количествах менее вредны. Однако перед всеми винокурами стоит проблема: очистка алкоголя от вредных примесей и неприятного запаха. Опытными и экономными хозяевами для этого применяется ректификационная колонна. Ну а новичкам, чтобы не отставать от более продвинутых винокуров, нужно узнать, что такое ректификационная колонна в самогонном аппарате.

Ректификационная колонна позволяет производить спиртосодержащие напитки, такие как водка, виски, наливки высокой очистки и высокой крепости (до 97 %). Устройство обычной ректификационной колонны следующее:

Испарительный куб.
Колонна со специальной насадкой, в которой идут процессы тепломассообмена (царга).
Дефлегматор.
Узел сбора дистиллята.

Испарительный куб

Испарительный куб представляет собой емкость, в которой нагревается брага. В процессе этого она испаряется, и пар поднимается по колонне. Вверху ректификатора жидкость разделяется на отдельные фракции.

Испарительный куб нагревают на любом виде плит. А некоторые его модели предполагают наличие нагревательного прибора. Покупной куб обязательно оснащается термометром, который позволяет вести контроль за нагревом браги. Испарительный куб абсолютно герметичен. Во время кипения важно, чтобы жидкость и пар оставались внутри. Куб нельзя заполнять брагой больше чем на 2/3 его объема, иначе жидкость будет выплескиваться из емкости.

Царга

В этой части ректификационной колонны происходят следующие процессы:

Брага, находящаяся в кубе, под действием тепла испаряется и поднимается по колонне. Там установлен холодильник.
Дефлегматор обеспечивает конденсацию паров спирта и получение дистиллята.
Дистиллят опускается по спиртовой колонне. В этот момент происходит столкновение его с паром - тепломассообмен.
В результате этого процесса испаряемая часть фракции идет вверх колонны. Здесь она конденсируется, а затем уходит в канал отбора.

Не стоит забывать, что если увеличить высоту колонны, то тепломассобмен проходит активнее. Это приводит к тому, что на выходе получается более ректификованный спирт.

Ректификационная насадка

Ректификационная насадка имеет две части:

Узел отбора спирта. В промышленной ректификационной колонне эта деталь снабжена смотровым стеклом, которое позволяет определить скорость отбора спирта.
Дефлегматор. Иногда эта часть называется холодильником. Дефлегматор расположен вверху ректификационной колонны. Он нужен для сбора самогонных паров и превращения их во флегму, которая отпускается вниз. Здесь происходит ее обогащение парами спирта. После того как флегма попадет в узел отбора, испаряемая часть выходит наружу.

Ректификационная колонна устроена просто, поэтому принцип ее работы поддается несложному объяснению. Этот механизм выполняет функцию фильтра, в котором оседают сивушные масла. В нем происходит постоянное взаимодействие спиртовых паров и жидкости, другими словами, ректификация. После того как брага прогреется до 70 градусов в испарительном кубе, спирт начинает испаряться. Он поднимается по трубе и оказывается в дефлегматоре. В этой части с паром происходит повторная конденсация при охлаждении водой. Конденсат (флегма) стекает и снова встречается с горячим паром. Происходит обмен между двумя составляющими - процесс насыщения флегмы паром, а пара - жидкостью, которая имеет низкую температуру кипения.

Окончательная конденсация пара идет в холодильнике. На выходе получается очищенный спирт, который стекает в емкость для приема. Вверху ректификационной колонны расположен атмосферный клапан. Он нужен для того, чтобы пары, не имеющие в своем составе спирта и не подверженные конденсации, покидали механизм.

Непрерывная ректификация идет за счет специальных контактных элементов - физических тарелок в покупных ректификационных колоннах и металлических губок или стеклянных шариков в образцах, изготовленных своими руками. Эти части нужны для увеличения эффективности взаимодействия пара и флегмы.

Виды колонн

Существуют следующие виды ректификационных колонн:

Тарельчатого типа. Такие агрегаты имеют внутри тарелки, которые установлены на определенном расстоянии. На них и осуществляется тепломассообмен. Ректификационные колонны такого вида стоят дорого и довольно громоздки. Но обладают главным достоинством - фракции отделяются точно.
Насадочного типа. Механизм имеет медную насадку двух видов. Первый - это заполняющая колонну россыпь мелких элементов из нержавеющей стали. Неравномерное размещение их затрудняет проход паров и отток флегмы. Второй тип - насадка Панченкова, которая совершает эффективный тепломассообмен.

Можно ли сделать полноценную ректификационную колонну своими руками?

В продаже есть удобные и качественные самогонные аппараты с ректификационной колонной. Но их стоимость высока. Поэтому мужчины, которые умеют работать с металлами, могут самостоятельно изготовить агрегат. Для создания колонны применяют материалы, не вступающие в химические реакции со спиртом и не выделяющие со временем различных элементов, вредных для здоровья человека. Для создания агрегата потребуются:

Емкость нужного объема в качестве перегонного куба. Это может быть любой медный или эмалированный сосуд. Подойдет и нержавеющая сталь. Если будет небольшой выход алкоголя, то используют и скороварку.
Корпус колонны в виде царги или трубы. На прилавках магазинов можно быстро найти уже готовую 15-сантиметровую царгу. Приобретают несколько штук и соединяют их. А можно без проблем сделать эту деталь из нержавеющей трубы диаметром 0,5 сантиметра и толщиной стенок 1,5–2 миллиметра. На ней с обеих сторон делают резьбу: низ присоединяют к кубу, а верх - к дефлегматору. Царга должна быть не менее одного метра в высоту, иначе вредные фракции не будут удаляться, и сивушные масла окажутся в дистилляте. В результате получится продукт низкого качества. Если делать трубу длиннее 1,5 метра, то увеличится время на ректификацию, а эффективность останется прежней.
Дефлегматор для охлаждения и конденсации пара. Он может быть рубашечным или прямоточным. Изготовляют из двух труб, между которыми движется вода. Дефлегматор Димрота считается более эффективным. Корпусом становится труба, внутри которой есть тонкая трубка в виде спирали. В ней и циркулирует холодная вода. Кожухотрубный дефлегматор - из нескольких труб. В самой большой крепят маленькие. В них пар конденсируется.
Насадки для царги. Они увеличивают поверхности, по которым течет флегма. Значит, вредные примеси осаждаются и не попадают в домашний алкоголь. Насадки в виде керамических шариков или нарезанных кухонных мочалок из нержавейки должны полностью заполнять царгу. Используют и насадку Панченкова. Она является самым лучшим вариантом.
Узел для отбора дистиллята.
Холодильник. Эта деталь изготовляется таким же образом, как и рубашечный дефлегматор. Но берутся трубки с меньшим диаметром. В холодильнике есть проходы для воды. В нижнее отверстие она входит, из верхнего жидкость направляется по трубкам к дефлегматору.
Мелкие детали, чтобы соединить части.
Термометр.

Метод ректификации имеет и сторонников, и противников. Он может похвастаться следующими положительными сторонами:

На выходе получается крепкий спирт высокого качества, который не содержит вредных для здоровья человека примесей. Он станет прекрасной основой для любого алкогольного напитка.
Можно приготовить самогон с нужной органолептикой.
Прибор довольно просто сконструировать самостоятельно.

Винокуры отмечают недостатки:

Весь процесс ректификации длится долго. В час получается всего один литр дистиллята.
Производственные конструкции стоят дорого.

Однако, учитывая несомненную пользу колонны, ее все-таки стоит приобрести. И тогда к качеству самогона претензий не будет.