Благодаря особому строению ректификационной колонны становится возможным практически полностью очистить конечный напиток от сивушных масел и примесей. В отличие от дистилляции качество самого сырья не имеет такой ключевой роли, поскольку органолептика в конечном напитке практически отсутствует. В результате получается спирт крепостью до 96,6% с бедной органолептикой, однако чистый. Использовать его можно для производства водки и различных настоек.

Рассмотрим принцип устройства ректификационной колонны, и из каких частей она состоит.

Ректификационная колонна, чертеж

Ректификационная колонна, принцип работы

Ректификация - это разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счёт противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью. Части ректификационной колонны обеспечивают последовательный процесс:

1. Испарительный куб - хранение и нагрев кубовой жидкости
2. Колонна - тепломассообмен внутри самой колонны за счет насадки
3. Дефлегматор - конденсация паров, образование флегмы
4. Узел отбора - отбор флегмы и ректификата

Рассмотрим работу каждой части в отдельности.

Испарительный куб

Это емкость, в которой хранится и нагревается брага или дистиллят. Также ее называют кубовой жидкостью. Нагреваясь, жидкость испаряется, и пар поднимается вверх по колонне, где разделяется на фракции. Одновременно куб служит основанием для колонны. Куб можно нагревать на обычной или . На индукционной - быстрее и безопаснее.

Также в качестве источника тепла в некоторых моделях используется .

Обычно сначала перегоняется брага, чтобы получить спирт-сырец. Колонну надо перевести в режим дистиллятора, то есть максимально открыть кран отбора. После этого спирт сырец перегоняется еще раз, на этот раз медленно и с отбором пищевой фракции.

На кубе расположен термометр, чтобы контролировать температуру кубовой жидкости. При достижении в кубе 60-70°С необходимо подать охлаждающую жидкость, чтобы пары могли конденсироваться. При достижении 70°С, мощность нагревательного элемента надо уменьшить и оставить при таком значении до завершения ректификации.

Царга

Царга - это тело колонны, ее центральная часть. Тепломассообмен, который составляет принцип действия ректификационной колонны, протекает именно здесь. Именно она делает процесс ректификации возможным:

1. Жидкость в кубе испаряется, и по колонне пар поднимается наверх
2. Наверху расположен дефлегматор (холодильник), в котором пар конденсируется
3. Дистиллят стекает вниз по дефлегматору и по стенкам колонны
4. Жидкость контактирует с паром на стенках насадки, которой заполнена колонна
5. В результате тепломассообмена в верхней части колонны скапливается наиболее легкокипящая фракция
6. Легкокипящая фракция конденсируется в холодильнике и поступает в канал отбора.

Колонна может собираться из нескольких царг. Чем выше колонна, тем интенсивнее проходит тепломассообмен, и тем чище разделяется жидкость на фракции. Внутри колонна заполнена насадкой: СПН или РПН. Без насадки тепломассообмен невозможен.

Чтобы ускорить процесс ректификации, можно использовать . Стенки колонны подогреваются, поэтому флегма, которая не контактирует с насадкой, испаряется со стенок. В результате процесс ускоряется, а степень очистки повышается.

Дополнительно с колонной могут использоваться . На её поверхности также происходит тепло-массо-обмен между горячим паром и холодной флегмой. Степень очистки растёт.

Насадка ректификационная

Ректификационная насадка - это универсальный инструмент, который состоит из узла отбора и холодильника. В холодильнике происходит конденсация паров спирта, которые возвращаются вниз в виде флегмы. Узел отбора позволяет контролировать количество спирта, которое выходит из колонны. Контролируя этот объем, можно изменять качество спирта, то есть степень его очистки. Чем медленнее идет процесс, тем чище получается спирт.

Насадку можно купить в готовом виде или по отдельности.

Узел отбора спирта

Используется, чтобы повысить качество очистки

Автоматика для ректификационной колонны

Ректификация требует постоянного контроля, чтобы головная и хвостовая фракции не попали в пищевую часть. Этот процесс можно облегчить, используя БУР - блок управления ректификацией. Блок будет ограничивать отбор ректификата в соответствии с заданной программой, чтобы хвостовая часть не смешалась с пищевой. Так вы можете отойти от колонны, не боясь, что хвосты попадут в чистый ректификат.

БУР - это необязательная часть ректификационной колонны, однако работать с ним гораздо удобнее.

Что дальше

Полученный на выходе спирт-ректификат будет иметь жесктий вкус. Спирт надо разбавить, отфильтровать и дать настояться. Для очистки спирта можно использовать , это называется . В результате углевания спирт приобретает более мягкий вкус, уголь связывает остатки сивушных масел, которые в небольшом количстве проникают в напиток дяже при дробном отборе на ректификационной колонне. Именно так готовится классическая русская водка.

После сортировки (разбавления) и углевания спирту надо отдохнуть в стеклянной ёмкости несколько дней.

Подробнее об устройстве и работе ректификационной колонны читайте в соответствующей карточке товара.

Все больше моделей самогонных аппаратов на современном рынке позиционируются как ректификационные колонны. Кто-то из потребителей смело идет за технологиями, а кто-то неизменно остается верен старой доброй “классике”. Однако (рекомендуем выбрать аппарат марки ) сегодня можно у целого ряда производителей. Настолько ли они эффективны, как о них говорят, и каково назначение ректификационной колонны в бытовом дистилляторе? Об этом ниже и поговорим.

Для чего нужна ректификационная колонна

Для получения чистого спирта при помощи обычного классического дистиллятора теоретически требуется от восьми до десяти циклов перегонки. Каждая перегонка на выходе дает постепенное повышение крепости. Фактически же спиртосодержащие жидкости с концентрацией этанола свыше 30% объема перегонять в обычных условиях небезопасно и очень энергозатратно. Не зря ведь готовить дома, например, абсент, знающие умельцы не рекомендуют. — пожалуйста, но вот перегонять их после настаивания в неразбавленном виде небезопасно.

В ректификационной же колонне на специальных контактных элементах, расположенных внутри, все эти 8-10 перегонок проходят по всей высоте колонны одновременно. Здесь происходит многократные конденсация и испарение веществ, благодаря чему спиртовые пары очищаются и укрепляются, а ненужные примеси флегмой стекают обратно в перегонный куб. Иными словами, ректификационная колонна — это тот элемент самогонного аппарата, в котором происходит процесс дистилляции, очистки и укрепления.

При этом в Вашей власти получить тот напиток, который нужен именно Вам. Достаточно правильно отрегулировать температурный режим перегонки, и вне зависимости от можно получить как чистый спирт, так и дистиллят, сохраняющий вкусоароматические свойства исходного сырья. Любая ректификационная колонна требует внимательной подготовки и некоторых навыков работы с ней. В помощь начинающим винокурам в можно вычитать мелкие технологические нюансы, разведанные опытным путем.

Таким образом, становится понятно, зачем нужна ректификационная колонна в самогонном аппарате. Только с ее помощью возможно получение чистого спирта-ректификата. Ни классический аппарат с сухопарником, ни бражная (пленочная) колонна не дадут Вам спирта крепостью 96 градусов (максимально возможная крепость при нормальных условиях). А более подробно о том, какие процессы происходят в ректификационной колонне, Вы можете прочитать в .

Сегодня к получению хмельных напитков в домашних условиях люди относятся гораздо проще, чем каких-то пару десятилетий назад. Мы не видим в этом ничего зазорного, да и что уж там греха таить: многие из нас испытывают вполне обоснованный интерес к особенностям столь загадочного процесса. Именно поэтому мы решили посвятить своих читателей в «таинство», познав которое, можно гарантировать себе такое качество продукта, в котором никогда не будет уверенности у покупателей розничных торговых сетей.

viktor50 Пользователь FORUMHOUSE

Одно отравление суррогатом, на который можно нарваться в любом супермаркете, и на лечение может уйти значительно больше денег, чем на изготовление спиртовой колонны.

Дистилляция и ректификация: сущность процессов и отличия между ними

Дистилляция (distillatio) – в переводе с латыни – стекание по каплям. Физическая сущность процесса заключается в испарении жидкостей и последующей конденсации образовавшегося пара (большинство современных обывателей под дистилляцией понимают банальную перегонку, и они правы).

Ректификация (rectificatio) – в переводе с латыни – исправление. Суть процесса - в разделении многокомпонентных жидких смесей на составляющие. Подобная рассортировка возможна благодаря различной температуре кипения у разных компонентов (легкие фракции кипят при более низкой температуре, а тяжелые – при более высокой).

Выделить из «созревшей» браги продукт, пригодный к употреблению, можно посредством банальной дистилляции. Но в образовавшейся субстанции, представляющей собой спирт-сырец (самогон), будет содержаться огромное количество посторонних примесей, не лучшим образом влияющих на вкусовые качества напитка.

Глеваховод Пользователь FORUMHOUSE

Если просто дедовским методом сконденсировать пары в холодильнике (в охлаждаемом змеевике), то получим конденсат (дистиллят) всего того, что было в паре – самогон (мутный и с неприятным запахом).

Поэтому некоторые рано или поздно приходят к необходимости использовать более совершенные методы получения спиртосодержащих продуктов из домашнего сырья. Речь идет о ректификации.

Petrovich69 Пользователь FORUMHOUSE

Мы все проходили через этапы опыта и понимания: вначале возьмешь дистиллятор (универсальный и с укреплением), потом докупишь укрепляющие царги или тарельчатую колонну и только тогда начнешь получать качественный продукт. А так – одно баловство, трата времени и денег, не говоря о здоровье.

Создание ректификационной колонны себя оправдает – о наличии ядовитых соединений в конечном продукте можно будет не беспокоиться.

Канцерогенные примеси делятся на две разновидности:

1. Легкие – эфиры, ацетон, высшие спирты и т. д. Легкие соединения еще называют «головами» - возможно, потому, что они обладают низкой температурой кипения (от 65°С) и покидают перегонную емкость первыми.
2. Тяжелые – вода, сивушные масла и т. д. Тяжелые соединения называются «хвостами». Они покидают кипящую субстанцию последними (при более высокой температуре – от 85°С). При этом «хвосты» также нежелательно употреблять ввиду высокого содержания ядовитых примесей, но их вполне можно использовать в процессе последующей перегонки.

«Телом» называется продукт, из-за которого процесс ректификации, собственно, и затевается. Речь идет об этиловом спирте.

Температура кипения этилового спирта при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. составляет 78,39°С. Этот показатель напрямую зависит от процентного содержания этанола в растворе. Также он может снижаться или повышаться пропорционально изменению атмосферного давления.

Если вы научитесь правильно настраивать рабочие параметры ректификатора, то у вас всегда будет возможность получать на выходе максимально очищенный спиртовой раствор, крепость которого приближена к 96%.

Краткий словарь

Прежде, чем продолжить изучение темы, рассмотрим ее основные понятия.

1. Спиртовая колонна (СК) – устройство, позволяющее в домашних условиях получать этиловый спирт с высокой степенью очистки. Спиртовые колонны бывают двух типов: бражные колонны (БК) и ректификационные колонны (РК). Их принципиальное отличие состоит в качестве исходного сырья, предназначенного для перегонки. Так, бражная колонна, которую еще называют «пленочной», предназначена для прямой перегонки браги. В ее конструкции отсутствует специальный наполнитель (насадка), при этом она обладает ограниченной разделяющей способностью, не позволяющей получать продукт высокого качества. Более совершенной конструкцией обладает ректификационная колонна (РК), которую еще называют «насадочной». Благодаря специальному наполнителю (например, из нержавеющих металлических мочалок для мытья посуда), это устройство позволяет с высокой точностью отделять друг от друга имеющиеся фракции. В качестве сырья для ректификационной колонны используется спирт-сырец (обычный самогон), полученный методом дистилляции. Как показывает практика, только насадочная колонна позволяет получать продукт с максимальной степенью очистки. Поэтому, создавая устройство для получения этанола в домашних условиях, необходимо сосредоточиться на конструкции именно ректификационной (а не бражной) колонны.
2. Флегма (конденсат) – продукты, сопровождающие процесс ректификации и обладающие более высокой температурой кипения, в сравнении с фракцией, отделяемой в текущий момент времени. Например, «тело» по отношению к «головам» можно считать флегмой. Также флегмой являются и «хвосты» (по отношению к «телу»).
3. Перегонный куб – емкость ректификатора, в которой содержится перегоняемый спирт-сырец.
4. Царга – рабочая часть ректификационной колонны, в которой происходит разделение исходного раствора на составляющие фракции.
5. Недоректификат – продукт с высокой степенью очистки, получаемый путем перегона исходного сырья через спиртовую колонну.

Слово «недоректификат» может и не внушает доверия, но на самом деле получение недоректификата – это и есть наша конечная цель.

Листо Пользователь FORUMHOUSE

С двух выгонов делаем из самогона ректификат – ставим нижнюю трубку, после чего долго и терпеливо получаем спирт (недоректификат, точнее). Крепость у него – 96°, а запах (для сахарной браги) – вполне нормальный. Ничего не чистим, продукт итак получается вполне достойный. После него водку промышленную пить даже не хочется (на утро – как огурчик).

Крепость недоректификата, зачастую, недотягивает до показателя в 96%, при этом в нем могут присутствовать запахи исходного сырья. Тем не менее, продукт обладает высокой степенью очистки и соответствующим качеством.

Чем РК лучше дистиллятора

Преимущества ректификационной колонны опираются на конструктивные особенности этого устройства. РК позволяет последовательно и с высокой степенью эффективности отделять «головы» от «тела», а «тело» от «хвостов». Принцип ее действия строится на физическом эффекте тепломассообмена, заключающимся в непрерывном смешивании восходящих паров и стекающей вниз флегмы.

Процесс тепломассообмена происходит в специальном элементе РК, который называется трубой ректификатора. Горячий пар забирает из флегмы те фракции, которые обладают более низкой температурой кипения (как правило, это спирты и другие легко испаряемые соединения). При этом стекающая вниз флегма забирает из пара все то, что обладает более высокой температурой кипения (вода, сивушные масла и т. д.).

Для того чтобы процесс протекал более интенсивно, ректификационная царга заполняется специальной насадкой (наполнителем), увеличивающим площадь контакта различных фракций. В итоге в любой момент времени в узел отбора дистиллята поступают лишь самые легкие химические соединения.

Глеваховод Пользователь FORUMHOUSE

Если производить отбор достаточно медленно, то вначале в дистилляте будут самые легкокипящие фракции: эфиры, ацетоны, высшие спирты. Это "головы", и пить их нельзя. Зато они идут в омыватель для стекол. Потом пойдет спирт – "сердце" продукта. Потом появятся: сивуха, вода и прочие тяжелокипящие фракции ("хвосты"). В них есть большая доля спирта. Их собирают и добавляют в брагу при следующем перегоне, чтобы выжать остатки спирта.

С помощью укрепляющей колонны невозможно получить чистый спирт. Сердце, так или иначе, будет содержать примеси. Это будет не спирт, а крепкий и очищенный самогон. Чем колонна лучше, тем самогон крепче и чище.

Что касается обычного дистиллятора: с его помощью практически невозможно достичь четкого разделения фракций. Но это устройство можно использовать для получения спирта-сырца, из которого впоследствии (методом перегона через насадочную колонну) можно получать качественный и очищенный продукт. Так будет гораздо практичнее, и многие пользователи нашего портала давно освоили подобный способ получения недоректификата.

Глеваховод

Назначение моей колонки на скороварке несколько другое, нежели перегонка браги (не те масштабы). Она нужна для укрепления дистиллята при перегонке джина и самбуки.

Прямая перегонка браги с помощью РК, конечно, возможна. Но процесс этот будет медленный, хлопотный и постоянно грозящий засорением насадки кипящей брагой. К тому же, в случае прямой перегонки есть опасность получения недоректификата, который будет сверх нормы «обогащен» альдегидами. Именно поэтому для получения качественного продукта предпочтительнее прибегнуть к двойному перегону, используя для первого перегона дистиллятор.

Это была теория. О конструкции и об особенностях работы с этим устройством мы поговорим во второй части настоящей статьи, содержание которой основано на рекомендациях наших пользователей - следите за обновлениями на портале!

Если вы уже сейчас желаете ознакомиться с опытом пользователей FORUMHOUSE, сумевших добиться успехов в создании всевозможных , вам нужно посетить соответствующий раздел нашего портала. Также загляните в раздел - уже скоро они пригодятся для праздничного застолья, как и заготовки , о которых расскажет наше видео.

Вполне возможно получить домашний самогон отличного качества. Конечно, если у вас дома имеется самогонный аппарат, который позволяет его изготовить. Для того чтобы качество было именно высоким, потребуется тщательная очистка, несколько перегонок. Но добиться всего этого можно быстрее и проще, для чего требуется своими руками.

Принцип работы ректификационной колонны

В первую очередь стоит разобраться с термином ректификации спирта. Ректификация представляет собой разделение многокомпонентного вещества на фракции. То есть отдельно метиловый, этиловый спирт, альдегиды, сивушные масла и другое. Происходит это благодаря выпариванию жидкостей и конденсированию пара много раз.

Схема ректификационной колонны

Ректификация, или барботаж, возможен благодаря тому, что концентрация компонентов в разных фазах отличается, а система при этом стремится к равновесию. Жидкая и паровая фазы обмениваются компонентами: жидкость получает труднолетучие, а пар легколетучие. В это же время между двумя разными фазами происходит и теплообмен.

Благодаря разной направленности движения жидкости и пара после достижения системой равновесия вверху ректификационной колонны можно отбирать чистые компоненты. При этом, как в самогонном аппарате, сначала отбираются жидкости с низкой температурой кипения, потом - с высокой.

Барботажная колонна: устройство

Ректификационная колонна - это приспособление для разделения жидкости по составляющим с разной температурой кипения. Она выполняется в виде цилиндра, сечение которого может быть как переменным, так и постоянным, и содержит специальные элементы - контактные тарелки, которые располагаются внутри цилиндра. Кроме того, большинство таких колонн имеет специальные узлы для подвода спирта-сырца и отбора чистых фракций.

Ректификационная колонна обладает такими основными параметрами:

• Материалы и размер. Как правило, все элементы делают из нержавейки или другого сплава, который равномерно расширяется при температуре, например, меди. Размеры колонки - от 120 см в длину, с диаметром не менее 30 мм.
• Система нагрева. Процесс требует четкого контроля и возможности быстрого увеличения мощности, поэтому система снабжается нагревательными тэнами, которые монтируются в нижнюю часть куба аппарата. Не рекомендуется использовать нагрев от газовой плиты из-за высокой инертности системы.
• Контроль процесса. Очень сложно контролировать процесс ректификации без двух приспособлений - термометра и барометра.
• Производительность. Более качественная очистка происходит при большей колонке и большем количестве тарелок внутри. А также на производительность будет влиять такой параметр, как мощность нагрева, но при этом он не должен быть слишком большим, чтобы система не захлебывалась.
• Давление. Для успешной ректификации необходимо, чтобы давление вверху колонки было практически атмосферным. В противном случае при меньшем давлении плотность паров снижается, и система захлебывается; при более высоком давлении скорость испарения уменьшается, и эффективность системы падает. Для поддержания правильного давления колонка должна быть оборудована трубкой связи с атмосферой.

Насколько реально собрать колонку своими руками? Такое устройство, как ректификационная колонна, не является слишком сложным. На практике реализуется многими умельцами и довольно успешно. Однако это сопряжено с некоторыми опасностями. В первую очередь человек, который захочет сделать такую колонну своими руками, должен обладать знаниями в области физики и хотя бы на каком-то более продвинутом уровне понимать, как она должна работать. Необходимо рассчитать все узлы конструкции, подобрать материалы, все изготовить и собрать, чтобы это было безопасно.

Заводские колонны проходят испытания, имеют сертификаты качества, поставляются с инструкцией. Опасность самодельного аппарата заключается в возникновении взрыва или возгорания при наличии ошибок в конструкции.

Ректификационная колонна своими руками

В сборке ректификационной колонны имеются и свои плюсы. Вы не так зависите от средств и при некоторой сноровке можете сделать что-то качественное, при этом сэкономив. В два-три раза дешевле обойдется колонна для самогонного аппарата, изготовленная своими руками.

Итак, для того чтобы изготовить ректификационную колонку, в первую очередь нам понадобится труба из нержавейки длиной более 120 см. Лучше, чтобы ее диаметр составлял около 45 мм. Для дефлегматора лучше всего подходит термос с объемом менее одного литра. Кроме того, понадобятся переходники для стыковки труб, емкости агрегата и дефлегматор. В идеальном варианте все эти детали должны быть выполнены из нержавеющей стали.

Для хорошей теплоизоляции всего устройства следует купить утеплитель. Опорные укрепляющие шайбы изготавливаются из листовой стали. Из фторопласта сделаем втулки термометра, а для отвода воды применяют медные трубки диаметром около 5 мм. Перед тем как конструировать аппарат, необходимо будет также выполнить чертеж на бумаге для того, чтобы видеть, с чем мы имеем дело.

Кроме того, прежде чем начать непосредственно изготовление, стоит обзавестись некоторым необходимым оборудованием. Некоторые инструменты можно найти дома, остальные же придется докупить или занять у кого-то:

• Гибкую трубку длиной более 100 мм, лучше всего из силикона. Он не деформируется и устойчив к температурам.
• Термометр.
• Переходники для кранов.
• Паяльник, не менее 100 ватт.
• Припой и флюс.
• Наждачный станок.
• Дрель.
• Плоскогубцы.
• Напильник.
• Молоток.
• Горелку.

Все эти инструменты являются минимально необходимыми для создания колонки. Без них сделать ее не получится.

Создание устройства.

После того как все чертежи начертаны, а инструменты приобретены, приступаем к работе. Стоит заранее отметить, что она будет сложной и ответственной, кроме того, требующей определенных навыков работы с некоторыми инструментами, в частности, с паяльником.

Для начала отрезаем кусок трубы, снимаем фаски и торцуем края. Далее изготавливаем переходник, он будет соединять трубу и узел отбора. С одной стороны он должен максимально плотно входит в трубу, а с другой - иметь резьбу около 2–2,5 мм. Таким образом, мы получим автоматику на стадии конденсации паров.

После этого приступаем к созданию шайб. Размер шайб должен быть не более 4 мм, а диаметр таким, чтобы они впоследствии уверенно поместились в трубу. В одну ее часть вставляется труба, а в другую часть припаивается переходник. Это место будет соединять элемент с перегонной емкостью.

После этого труба вставляется в переходник, и место стыка нагревается горелкой. Переходим к изготовлению наполнителя для ректификатора. Засыпаем его в трубу и сильно ее встряхиваем, чтобы он равномерно по ней распределился. При этом стоит проследить за тем, чтобы наполнитель заполнял колонку полностью.

Другим концом труба вставляется в шайбу, предназначенную для крепления насадки. В нее же с другой стороны помещается торец медной трубки для отбора спирта, его необходимо предварительно залудить. Все детали на том этапе составляют одну конструкцию, внешняя сторона трубы теплоизолируется.

Следующий этап - процесс создания дефлегматора. Берем термос и обрабатываем наждачной бумагой его дно. Делаем скобу из жести и петли из стальной проволоки, которые заводятся в скобы и скручиваются с помощью плоскогубцев.

Свободный конец проволоки зажимается тисками и прикрепляется к стенке термоса. Последний сильно встряхивается, так, чтобы днище его отпало. Шов, соединяющий крышку термоса и колбу, обтачивается, делается это до тех пор, пока на его месте не появится небольшой зазор. Внутренние кольца вынимаются из оболочки.

Чтобы изготовить дефлегматор, необходимо от термоса отделить дно и вакуумную крышку. Для того чтобы внутрь дефлегматора поступал воздух, проделываем отверстие по задней стороне внутренней колбы. Обрабатываем его с помощью наждачной бумаги и просовываем трубку, отверстие которой запаиваем. В днище термоса проделываем еще одно отверстие и надеваем колбу на дно емкости. Пропаиваем место соединения колбы и дна термоса. Вставляем трубку отбора в горловину и припаиваем.

С помощью дрели проделываем отверстия в верхней и нижней части колбы. В них вставляются трубки для отвода воды. Далее просверливаем отверстие в узле для отбора дистиллята и помещаем туда втулку термометра. Он может быть любым, но желательно тарельчатой формы, потому что при таких условиях проще следить за скачками температуры.

С помощью этого несложного алгоритма получается создать неплохую ректификационную колонку. Конечно, такая самодельная ректификационная колонна далека по качеству до производственной, и для того чтобы ее сделать, приходится постараться, однако это уже что-то. Еще потребуется самогонный аппарат. Вместе они дадут возможность получать высококачественный продукт у себя дома без особых усилий.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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 .