Тарельчатая колонна для дистилляции своими руками

Тарельчатая колонна для дистилляции своими руками

Существует довольно много устройств и приспособлений для переработки продуктов брожения посредством дистилляции. Одним из таких устройств, получивших повсеместное распространение, является обычный самогонный аппарат. Примитивный агрегат обладает довольно простой конструкцией и состоит из бака и сухопарника. Однако некоторые умельцы, предпочитающие натуральный продукт высокого качества, для переработки браги также используют такие устройства, как дистилляционные колонны. Что это такое и зачем они нужны, вы узнаете далее.

Общая информация

Обычный ректификационный самогонный аппарат, обладающий примитивной конструкцией, который использует большинство обывателей, не позволит получить высококачественный самогон. Для этого нужны модернизированные приборы, которые по своим конструктивным особенностям и принципу работы аналогичны промышленным агрегатам, используемым на спиртовых заводах. Однако вся проблема заключается в том, что они не только довольно сложны в использовании, но и требуют определенных знаний и приспособлений для изготовления в домашних условиях.

Основное отличие промышленного оборудования от любительских самогонных аппаратов заключается в том, что в них предусмотрены дистилляционные колонны. Сделать их может каждый человек, у которого есть хоть какой-то опыт работы с электрическими инструментами, а все необходимые детали без особого труда можно приобрести в магазине. При этом следует учитывать размеры самогонного аппарата и колонны. Все дело в том, что они должны быть определенных пропорций. Если их не соблюсти, то у вас получится не модернизированный самогонный аппарат промышленного типа, а обычный дистиллятор.

Предназначение колпачковой колонны

Колпачковые колонны обладают более простой конструкцией, в связи с чем они получили более широкое распространение. Поэтому процесс модернизации самогонного аппарата мы рассмотрим именно на ее примере. Однако перед тем, как поговорить о том, как ее сделать, необходимо разобраться в предназначении и принципе работы.

Колпачковая колонна для дистилляции выполняет функцию тепломассобмена между паром и жидкостью. Они могут обладать различным количеством колпачков, чем больше которых будет, тем больше в устройстве точек преобразования пара в жидкость, и тем большее количество готового продукта будет на выходе.

Принцип работы

Как уже упоминалось ранее, колонна может иметь различное количество колпачков. В процессе переработки браги колпачки нагреваются, а их температура возрастает сверху вниз. Каждый колпачок имеет несколько отверстий, сквозь которые стекает флегма и попадает на колпачок, расположенный ниже. Таким образом, происходит несколько процессов повторного испарения, в результате чего на выходе получается вода с более высокой температурой кипения. Благодаря этому получается спирт с большим градусом.

Чтобы было понятнее, стоит рассмотреть это на конкретном примере. Давайте представим, что у нас есть колпачковая колонна для дистилляции высотой 50 см и с десятью колпачками. За один цикл переработки браги она обеспечивает до 40 повторных процессов испарения, благодаря чему на выходе получается чистый спирт, кратность чистоты которого соответствует общему количеству испарений.

Особенности использования колонн при перегонке спирта

Если ректификационный самогонный аппарат оснащен колонной колпачкового типа, то при переработке браги в домашних условиях следует отсекать хвосты. Все дело в том, что именно в самом первом самогоне, выходящем в начале перегонки, содержатся вредные и опасные для организма вещества, такие как эфиры, метиловый спирт, ацетон и альдегиды, употребление которых может быть опасно для жизни. Поэтому чтобы получить чистый, качественный и безопасный самогон, рекомендуется использовать дробную перегонку.

Что касается оптимальной температуры, то в процессе первой перегонки она должна быть в районе 73 градусов, а при повторной ее следует увеличить до 78 градусов. На объем чистого продукта на выходе это никак не скажется.

Как сделать колпачковую колонну своими руками?

Итак, мы рассмотрели принцип работы колпачковой колонны, поэтому самое время приступать к ее изготовлению. Первым делом вам необходимо купить в магазине колпачковые тарелки, которые являются главным компонентом этого приспособления. Если они у вас уже есть, то никаких проблем с производством колонны в домашних условиях не возникнет. Стоит отметить, что тарелки можно сделать и самому, однако процесс этот довольно сложный и хлопотный, поэтому лучше купить уже готовые.

Как уже упоминалось ранее, очень важно соблюсти правильное соотношение прибора, поэтому первым делом следует выполнить расчет колпачковой ректификационной колонны. Диаметр шахты по отношению к ее высоте должен быть не менее 1 к 8. Если этого не сделать, то из спирта не будут полностью удаляться вредные примеси, что существенно снизит его качество.

Помимо колпачковых тарелок, также понадобится:

  • медная пластина;
  • стеклянная или медная трубка высотой 75 мм и диаметром 10 мм.

Первым делом из медной пластины нужно вырезать круги диаметром 10 мм и проделать в них четыре отверстия. Два из них должны находиться в центре диска, а два – по краям и иметь диаметр один миллиметр. В эти отверстия необходимо вставить медные трубки соответствующего диаметра, по которым будет осуществляться подача пара. Для обеспечения герметичности все отверстия рекомендуется пропаять.

Далее на десятимиллиметровые трубки насаживаются колпачковые тарелки таким образом, чтобы они соприкасались с дисками. Для фиксации колпачком можно использовать обычные саморезы по металлу. В верхней части трубки проделываются небольшие отверстия диаметром 1 мм. Чем больше будет отверстий, тем лучше выполнит свои функции тарельчатая колонна. Снизу трубки подрезаются на 2 миллиметра.

Таким образом, у вас будет готов один элемент колонны. Для одного самогонного аппарата их необходимо от 5 до 8. Для фиксации каждой тарелки на самогонном аппарате используют небольшие штыри, которые обеспечивают тарелкам хорошую устойчивость и позволяют без проблем снимать их для чистки.

При переработке браги, колпачковые колонны соединяются с холодильником при помощи двух термопар, которые находятся в нижней части прибора и на кубе. Пароотводящий патрубок должен находиться немного ниже резьбы, приблизительно на один сантиметр.

Как это работает?

В процессе перегонки горячий пар поступает по трубкам из резервуара с брагой, который стоит на огне, в пространство над первым колпачком, где он преобразовывается в жидкость, стекающую через отверстия на тарелку. Постепенно жидкости становится все больше. После того как уровень поднимется до определенной отметки, пар, проходя сквозь эту жидкость, вместе со спиртами поднимается до следующей тарелки, расположенной выше, где весь процесс повторяется. После того как уровень жидкости превысит срез, флегма стекает в куб.

По мере прохождения пара через колпачковые тарелки градусы спирта увеличиваются, а количество вредных примесей уменьшается. Аналогичным образом работают абсолютно все колпачковые колонны. Однако есть один важный нюанс. Если вы хотите получить спирт самого высокого качества, то рекомендуется делать двойной перегон. Для этого брага сперва перерабатывается на обычном самогонном аппарате, после чего сырец проходит повторный перегон через колонну. Это занимает довольно много времени, но только так можно получить кристально чистый спирт.

Тарельчатая и колпачковая колонна: в чем разница?

В нашей стране тарельчатая колонна пользуется огромной популярностью среди подавляющего большинства винокуров и имеет множество вариаций, которые позволяют получить самый разнообразный результат. Чтобы понимать, какая разновидность колонны лучше подойдет для вас, давайте разберемся в их основных отличиях.

Серия оборудования

Материалы

Современные колпачковые колонны могут быть изготовлены из металла или стекла. Если для вас более важна долговечность, то стоит отдать предпочтение первому варианту, однако металл дает небольшой привкус, избавиться от которого помогут только стеклянные колонны.

Конструктивные особенности

Различные вариации колонн обладают разной высотой и количеством тарелок. В большинстве случаев оборудование имеет размер 375 или 750 миллиметров. Количество тарелок может варьироваться в зависимости от того, какой крепости должен быть продукт на выходе. Чем больше колпачков, тем выше градус будет у дистиллята. При этом важно понимать, что количество тарелок можно регулировать вручную.

Тип тарелок

На сегодняшний день в продаже можно найти множество вариантов тарелок, однако наиболее часто встречающимися являются колпачковые и провальные. Последние являются более доступными и позволяют получить качественный продукт при соблюдении правильного режима нагрева. Колпачковые обладают более высоким КПД и позволяют перерабатывать брагу в качественный дистиллят в любых условиях.

Читайте также:  Содовый раствор для ушей

Как оказалось, освоить принцип работы колпачковой колонны несложно. Кроме этого, сделать ее можно и в домашних условиях своими руками. Самое главное — в процессе изготовления придерживаться определенной инструкции и соблюдать технику безопасности. Не бойтесь экспериментировать! Не получается только у того, кто ничего не делает.

Тарельчатые колонны для дистилляции имеют небольшую укрепляющую способность и традиционно используются при производстве виски, коньяка и других благородных напитков. Небольшое количество тарелок позволяет сохранить органолептику сырья при высокой стабильности и производительности аппарата.

Материал

Медные тарельчатые колонны со смотровыми окнами из-за своей похожести называют флейтами, а изготовленные в корпусе из стекла – хрустальными. Понятно, что эти названия всего лишь маркетинговый ход и к самой конструкции не имеют отношения.

Медь – материал недешёвый, поэтому и подход к его обработке тщательный. Медная флейта от ведущих производителей – произведение искусства и предмет их гордости. Стоимость изделия может составлять абсолютно любую сумму, которую готов потратить покупатель.

Ненамного дешевле флейты в корпусе из нержавеющей стали, а самый бюджетный вариант – в корпусе из стекла.

Конструктивные особенности и виды тарельчатых колонн

Наибольшее распространение получили модульные конструкции колонн на базе тройников-отводов или цилиндров из боросиликатного стекла. Естественно, это большое количество лишних соединительных деталей и завышенная стоимость.

Более простой вариант представляет собой готовые блоки на 5-10 тарелок. Здесь выбор шире, а цена умеренней. Как правило, этот вариант изготавливают в стеклянных корпусах.

Есть и совсем бюджетные варианты – просто вставки для существующих царг.

Их можно набирать из комплектующих в любом требуемом количестве.

Конструкция может быть разной, но если такие тарельчатые колонны применять с металлическими колбами, теряется наглядность процесса. Намного труднее понять, в каком режиме работает колонна, а для работы с тарелками это очень важно.

Для герметизации каждого этажа применяют простые силиконовые диски.

Естественно, это менее надежно, чем уплотнительные прокладки в модульных конструкциях, но в целом работают неплохо.

Как альтернатива существует упрощенная модульная конструкция, где каждый этаж собирается из простых и недорогих деталей, а вся конструкция стягивается воедино шпильками.

Преимуществом модульных колонн является в первую очередь их ремонтопригодность и открытость для модификаций. Например, легко дополнить колонну на нужном уровне узлом промежуточного отбора фракций и штуцером под термометр. Стоит всего лишь поменять тарелку.

Более дешевым вариантом являются колонны с ситчатыми тарелками. Это не означает, что качество продукта с их использованием будет хуже. Но они требуют более точного управления.

Еще более дешевы провальные тарелки, но их рабочий диапазон очень узок, поэтому нужно быть готовым к точному управлению нагревом источниками со стабилизированной мощностью. В основном провальные тарелки используют на НБК.

Наиболее распространенный материал для изготовления тарелок – медь, нержавейка и фторопласт. Возможно их любое сочетание. Медь и нержавейка материалы привычные, фторопласт – один из самых инертных материалов, сравнимый с платиной. Но вот его смачиваемость плохая.

Если сравнивать фторопластовую тарелку с нержавеющей, то она будет намного быстрее затапливаться.

Количество тарелок в колонне как правило ограничивают 5 для получения дистиллятов крепостью 88-92% и 10 для очищенных дистиллятов с укреплением до 94-95%.

Модульные колонны позволяют сделать набор нужного количества тарелок из различного материала.

Разница между насадочной и тарельчатой колонной

«У меня есть насадочная колонна, нужна ли мне тарельчатая?» – этот вопрос рано или поздно становится перед каждым винокуром. Обе колонны реализуют технологию тепломассообмена, но в их работе есть существенные отличия.

Количество ступеней укрепления

Насадочная колонна работает в режиме максимального разделения на предзахлебной мощности. Регулируя флегмовое число, можно менять количество теоретических тарелок в широком диапазоне: от нуля до бесконечности (при полностью отключенном дефлегматоре и работе колонны на себя).

Тарельчатой колонне характерно конструктивно заданное количество ступеней разделения. Одна физическая тарелка имеет КПД от 40 до 70 %. Другими словами, две физические тарелки дают одну ступень разделения (укрепления, теоретическую тарелку). В зависимости от режима работы КПД меняется не на столько, чтобы существенно повилять на количество ступеней.

Удерживающая способность

Насадочная колонна со своей малой удерживающей способностью позволяет хорошо очищать дистиллят от головной фракции и как-то сдерживать хвостовую.

Тарельчатая колонна имеет на порядок большую удерживающую способность. Это мешает ей сделать такую жесткую очистку от «голов», но позволяет прекрасно сдержать хвосты. То есть выровнять дистиллят по химическому составу. При этом чем больше нужно очистить дистиллят от примесей, тем больше тарелок требуется поставить. Простая задача, решаемая практически. Один раз нашел для себя оптимальное количество тарелок и больше не думаешь об этом.

Чувствительность к управляющим воздействиям

Насадочная колонна очень чувствительна к перепаду давления воды в дефлегматоре или изменению мощности нагрева. Небольшое их изменение приводит к изменению количества ступеней укрепления в разы или даже в десятки раз.

КПД тарелок может поменяться максимум в 1,5 раза, да и то при очень большом и целевом изменении этих параметров. Можно считать, что настроенная тарельчатая колонна, с точки зрения разделяющей способности, практически не будет реагировать на обычные небольшие перепады давления воды или напряжения.

Производительность

Производительность насадочной колонны в основном зависит от её диаметра. Оптимальным диаметром для современных насадок является 40-50 мм, при дальнейшем увеличении диаметра стабильность процессов падает. Начинают проявлять себя пристеночные эффекты и каналообразование. Тарельчатые колонны такими слабостями не страдают. Их диаметр и производительность можно увеличивать до любого необходимого значения. Лишь бы хватило мощности нагрева.

Технологические особенности получения ароматных дистиллятов

При использовании насадочных колонн для ограничения степени укрепления мы вынуждены применять более короткие царги и более крупную насадку. Иначе эфиры, дающие основную вкусоароматику дистилляту, создадут с примесями головной фракции азеотропы, затем быстро вылетят из куба. Отбор «голов» производим коротко, «тело» — на повышенной скорости. Что касается «хвостов», то малое количество насадки и короткая царга не дает полностью сдержать сивуху. К отбору хвостовых фракций приходится переходить раньше или работать с малыми кубовыми навалками.

Тарельчатая колонна имеет сравнительно большую удерживающую способность, поэтому с удержанием сивухи вопросов нет. Для отбора «голов» и «тела» 5-10 физических тарелок дают 3-5 ступеней укрепления. Это позволяет проводить перегон по правилам обычной дистилляции. Спокойно, без риска лишить дистиллят аромата, отбирать «головы», а при сборе «тела» не задумываться о преждевременном подходе «хвостов». Запотевание на нижних тарелках в конце отбора наглядно даст знать о необходимости поменять тару. Степень очистки можно задать, изменяя количество тарелок.

Пяти или десяти тарелок недостаточно, чтобы по степени очистки приблизиться к спирту, но попасть в требования ГОСТ по дистилляту реально.

Использование тарельчатых колонн при перегонке фруктового или зернового сырья особенно для дальнейшей выдержки в бочках значительно упрощает жизнь винокуру.

Основы выбора конструктивных размеров тарелок для колонны

Рассмотрим конструкции самых распространенных для бытовых целей тарелок.

Провальная тарелка

По своей сути это просто пластина с отверстиями, которые могут быть круглыми, прямоугольными, и т.д.

Флегма стекает в относительно крупные отверстия навстречу пару, что определяет главный недостаток провальных тарелок – необходимость точного регулирования заданного режима.

Небольшое уменьшение мощности нагрева приводит к тому, что вся флегма проваливается в куб, а увеличение мощности запирает флегму на тарелке и приводит к захлебу. Эти тарелки могут удовлетворительно работать в сравнительно узком диапазоне изменения нагрузок, где они вполне конкурентоспособны.

Простота конструкции и высокая производительность провальных тарелок, наряду с привычным в домашнем винокурении нагревом ТЭНами со стабилизированным по напряжению источником питания, привела к их широкому применению для непрерывных бражных колонн (НБК), что в сочетании с корпусом из боросиликатного или кварцевого стекла, делает настройку колонны простой и наглядной.

Для расчета количества и диаметра отверстий исходят из условия обеспечения барботажа. Экспериментально определено, что суммарная площадь отверстий должна быть равной 15-30% от площади тарелки (сечения трубы). В общем случае для БК периодического действия базовый диаметр отверстий порядка 9-10% от диаметра колонны позволяет попасть в рабочую зону.

Читайте также:  Тип плода у березы

Диаметр отверстий провальных тарелок для НБК подбирают, исходя из свойств сырья. Если при перегонке сахарной браги и вина достаточно отверстий диаметром 5-6 мм, то при перегонке мучных заторов диаметр отверстий 7-8 мм предпочтительнее. Впрочем, тарелки для НБК имеют свои особенности расчета, поскольку плотность паров по высоте колонны значительно меняется, то размеры необходимо просчитывать для каждой тарелки отдельно, иначе их работа будет далека от оптимальной.

Ситчатая тарелка с переливом

Если диаметры отверстий провальной тарелки сделать менее 3 мм, то уже при относительно небольшой мощности флегма будет запираться на тарелке и без дополнительных устройств перелива будет происходить её затопление. Но оборудованная такими устройствами ситчатая тарелка существенно расширяет свой рабочий диапазон.

Схема устройства ситчатой колонны:
1 – корпус; 2 – ситчатая тарелка; 3 – переливная трубка; 4- стакан

С помощью переливных устройств на этих тарелках задается максимальный уровень флегмы, что позволяет избежать раннего затопления и более уверенно работать с высокой нагрузкой по пару. Это не мешает флегме при выключении нагрева полностью слиться в куб и перезапускать колонну придется с нуля, как и обычно для всех провальных тарелок.

При упрощенном расчете таких тарелок исходят из следующих соотношений:

  • суммарная площадь отверстий 7-15% от площади сечения трубы;
  • соотношение между диаметрами отверстий и шагом между ними около 3,5;
  • диаметр сливных трубок примерно 20% от диаметра тарелки.

В сливных отверстиях обязательно ставятся гидрозатворы, чтобы избежать прорыва пара. Ситчатые тарелки нужно устанавливать строго горизонтально для прохождения пара сквозь все отверстия и во избежание стекания флегмы сквозь них.

Колпачковые тарелки

Если вместо отверстий в тарелках сделать паропроводные трубки высотой больше, чем сливные трубки, и накрыть их колпачками с прорезями, то получим совершенно новое качество. Эти тарелки при отключении нагрева не сольют флегму. Разделенная по фракциям флегма останется на тарелках. Поэтому для продолжения работы достаточно будет включить нагрев.

Кроме того, такие тарелки имеют конструктивно закрепленный слой флегмы на поверхности, они работают в более широком диапазоне мощностей нагрева (нагрузок по пару) и изменениях флегмового числа (от полного отсутствия до полного возврата флегмы).

Немаловажно и то, что колпачковые тарелки имеют относительно высокий КПД – порядка 0,6-0,7. Все это, наряду с эстетичностью процесса, и определяет популярность колпачковых тарелок.

При расчете конструктива исходят из следующих пропорций:

  • площадь паровых трубок -порядка 10% от сечения колонны;
  • площадь прорезей – 70-80% от площади паровых трубок;
  • площадь слива 1/3 от суммарной площади паровых трубок (диаметр примерно 18-20% от диаметра сечения трубы);
  • нижние тарелки проектируют с большим уровнем флегмы и большим сечением прорезей для того, чтобы они работали как удерживающие;
  • верхние тарелки изготавливают с меньшим уровнем флегмы и сечением прорезей для того, чтобы они работали как разделяющие.

Исходя из графиков, приведенных у Стабникова, видим, что при слое флегмы в 12 мм (2 кривая) максимальный КПД достигается при скорости пара порядка 0,3-0,4 м/с.

Для колонны в 2” с внутренним диаметром 48 мм необходимая полезная мощность нагрева составит:

N = V * S / 750;

  • V – скорость пара в м/с;
  • N – мощность в кВт, S – площадь сечения колонны в мм².

N = 0,3 * 1808 / 750 = 0,72 кВт.

Можно подумать, что 0,72 кВт определяют небольшую производительность. Возможно, с учетом доступной мощности стоит увеличить диаметр колонны? Наверно, это правильно. Распространенные диаметры кварцевых стёкол для диоптров – 80, 108 мм. Возьмем 80 мм с толщиной стенки 4 мм, внутренний диаметр 72 мм, площадь сечения 4069 мм². Пересчитаем мощность – получим 1,62 кВт. Ну уже получше, для домашней газовой плиты подходит.

Выбрав диаметр колонны и расчетную мощность, определим высоту переливной трубочки и расстояние между тарелками. Для этого воспользуемся следующим уравнением:

V = (0,305 * H / (60 + 0,05 * H)) — 0,012 * Z (м/с);

  • H – расстояние между тарелками;
  • Z – высота трубочки перелива (т.е. толщина слоя флегмы на тарелке).

Скорость пара 0,3 м/с, высота тарелки не должна быть меньше её диаметра. Для нижних тарелок высота слоя флегмы побольше. Для верхних поменьше.

Рассчитаем наиболее близкие варианты сочетаний высот тарелок и перелива, мм: 90-11; 100-14; 110-18; 120-21. С учетом того, что стандартное стекло имеет высоту 100 мм, для модульной конструкции выбираем пару 100-14 мм. Естественно, это всего лишь наш выбор. Можно взять и больше, тогда лучше будет защита от брызгоуноса с увеличением мощности.

Если конструкция не модульная, то простора для творчества больше. Можно сделать нижние тарелки с большей удерживающей способностью 100-14, а верхнюю с большей разделительной – 90-11.

Колпачки выбираем из стандартных и доступных размеров. Например, заглушки для медной трубы 28 мм, паровые трубы – труба 22 мм. Высота паровой трубки должна быть больше, чем у переливной, скажем 17 мм. Зазоры для прохода пара между колпачком и паровой трубой должны иметь большую площадь сечения, чем у паровой трубы.

Прорези для прохождения пара в каждом колпачке обязательно площадью сечения порядка 0,75 от площади паровой трубы. Форма прорезей особой роли не играет, но их лучше выполнять максимально узкими, чтобы пар разбивался на более мелкие пузырьки. Это увеличивает площадь соприкосновения фаз. Увеличение количества колпачков так же идет на пользу процессу.

Режимы работы колонны тарельчатого типа

Любые барботажные колонны могут работать в нескольких режимах. При малых скоростях пара (малой мощности нагрева) возникает пузырьковый режим. Пар в виде пузырьков движется сквозь слой флегмы. Поверхность контакта фаз минимальна. При повышении скорости пара (мощности нагрева) отдельные пузырьки на выходе из прорезей сливаются в сплошную струю, а через небольшие расстояния из-за сопротивления барботажного слоя, струя распадается на множество мелких пузырьков. Образуется обильный пенный слой. Зона контакта – максимальна. Это пенный режим.

Если продолжить повышать скорость подачи пара, то длинна струй пара увеличивается, и они выходят на поверхность барботажного слоя не разрушаясь, образуя большое количество брызг. Площадь контакта снижается, эффективность тарелки падает. Это струйный или инжекционный режим.

Переход от одного режима к другому не имеет четких границ. Поэтому даже при расчете промышленных колонн определяют только скорости пара по нижнему и верхнему пределу работы. Рабочую же скорость (мощность нагрева) просто выбирают в этом диапазоне. Для домашних же колонн проводится упрощенный расчет на некую среднюю мощность нагрева, чтобы осталась возможность для регулировок в процессе работы.

Желающим провести более точные расчеты можно порекомендовать книгу А.Г. Касаткина «Основные процессы и аппараты химической промышленности».

P.S. Вышеизложенное не является полноценной методикой, позволяющей рассчитать оптимальные размеры каждой тарелки применительно к любому конкретному случаю и не претендует на точность или наукообразность. Но всё же этого достаточно, чтобы сделать рабочую тарельчатую колонну своими руками или разобраться в достоинствах и недостатках колонн, предлагаемых на рынке.

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.

Принцип работы ректификационной колонны

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.

Читайте также:  Черри миднайт f1 отзывы

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.

Составные части для изготовления самодельной ректификационной колонны

Для сборки камеры ректификации своими руками нам потребуются несколько узлов.

  1. Корпус ректификационной камеры. В качестве корпуса воспользуемся обычной трубой из материала, не вступающего в химическую реакцию с этиловым спиртом, такого как медь или нержавейка. Также подойдет керамическая труба, но найти такую трубу будет весьма проблематично. Категорически противопоказано использование алюминия, так как при соединение с этиловым спиртом он окисляется, и выделяет ядовитые вещества. Так что трубы от старых пылесосов в топку. Длина трубы 1,2 – 1,5 метра, диаметр 3-5 см., толщина стенки 3-5 мм.
  2. Дефлегматор. Это устройство, предназначение которого конденсация нагретого пара и отделение компонентов, обладающих более низкой температурой кипения от самого конденсата, который стекает вниз к перегонному баку. Этот конденсат еще называют флегмой. Проще говоря, это устройство отбора спиртовых паров, их охлаждения и вывода в емкость в виде готового желаемого продукта. На рисунке приведена схема простейшего дефлегматора.
  3. Между стенками трубок дефлегматора проходит змеевик охлаждения, по которому, в свою очередь поступает проточная вода.
  4. Перегонный куб или испарительный резервуар. Для этих целей потребуется емкость в 50 литров объема, может подойти большая скороварка или пивная кега из нержавеющей стали. Испарительный куб должен быть оборудован нагревательным элементом, вставленным внутрь, типа ТЭН. Роль ТЭНа может выполнять электрическая плитка с переменным резистором для изменения интенсивности нагрева. Также желательно контролировать температуру рабочей жидкости в резервуаре, поэтому рекомендуем вмонтировать термометр.
  5. Насадка. Это очень важный элемент ректификационной колонны, она увеличивает контакт паров и жидкости внутри устройства. Насадка это своего рода радиатор, нагретые пары проходя через насадку, конденсируются и сивушные масса стекают вниз, а спирт вновь испаряется. Насадки бывают нескольких видов и их можно приобрести в интернет магазинах. Это пожалуй единственное, что придется купить. Также в строительных магазинах и также в интернете можно найти латунные или медные тарелочки нужного диаметра и насверлить в них отверстий самостоятельно.
  6. Пастеризационная царга. Ее функциональное предназначение – это разбивка головных фракций, которые образуются в ходе непрерывного процесса ректификации. Установка пастеризационной царги усложняет конструкцию, но напрямую влияет на качество конечного продукта.
  7. Холодильник. Он представляет из себя резервуар с водой и помещенный в него змеевик. Задача холодильника – охлаждение всей конструкции ректификационной колонны.
  8. Гайки, фитинги с резьбовым соединением, термометр электронный или обычный, медные трубки, трубки ПВХ, теплоизоляция, паранитовые прокладки.
  9. Электрическая дрель и сверла разных диаметров к ней.
  10. Электрическая болгарка с наждачными дисками.
  11. Слесарный ручной инструмент.
  12. Электрический паяльник 2 кВт.
  13. Бензиновая горелка.

Чертеж колонный ректификации

Порядок сборки

Корпус колонны

Начнем с самого большого элемента системы – корпуса или тела колонны.

Для этого необходимо заготовленную трубу из нержавеющей стали распилить на три равные части, сторцевать их таким образом, чтобы все три части плотно прилегали друг к другу. К нижней части из труб припаиваем фланец, который послужит надежным креплением к перегонному резервуару. Важно сделать так, чтобы труба была установлена строго вертикально.

Все три части трубы соединяем друг с другом при помощи резьб и гаек, или можно воспользоваться соединением CLAMP. Главное добиться герметичности соединения.

Насадки

Две оставшиеся трубы будут использоваться для размещения в них насадок. Для насадок берем приготовленные заранее латунные тарелки, и сверлим в них множество отверстий по всей площади сверлом на 2-4 мм. По длине трубы должно быть установлено 10 таких тарелок, тарелки по диаметру должны совпадать с диаметром трубы.

В отверстиях при столкновении пара и жидкости будет происходить образование мелкопористой пенной массы и раздробление компонентов. Сами тарелочки в трубе можно закрепить при помощи отверстий в колонне, в которые вкручиваются болты-держатели, но также возможен вариант спайки при наличии навыка и длинного носа паяльника.

В интернете можно встретить советы по изготовлению насадок по мегабюджетной технологии, путем нарезания хозяйственной сетки для чистки кастрюль и сковородок типа «Чистюля» и помещение нарезанных кусочков в колонну. Это конечно сэкономит и время, так как сверление отверстий в латуни займет много времени и сил, и деньги, так как купить 10 латунных тарелок обойдется в 500-700 рублей. Но, материал сплава, из которого изготовлены хозяйственные сетки, неизвестен, поэтому велик риск попадание в конечный продукт ядовитых примесей.

Проточный холодильник

Последняя, третья часть нашей трубы будет служить дефлегматором, а для этого нам нужно добиться максимально резкого охлаждения в верхней половине трубы. Вариантов создать охлаждение много, один из самых простых – это медная трубка, обмотанная вокруг 50-ти % трубы. Через трубку пускается проточная холодная вода.

В верхней части трубы устанавливается воздушный клапан для вывода в атмосферу ядовитых летучих газов, холодильник должен обеспечить барьер на пути спиртосодержащих паров и вывести их в конденсат. Температура этого барьера 60 градусов Цельсия, если дефлегматор допускает до воздушного клапана пар температурой выше 60 градусов, то вместе с парами ацетона в трубу, а прямом и переносном смысле, будет улетучиваться вожделенное зелье Бахуса.

Вода, подводится к проточному змеевику трубкой из поливинилхлорида, а поток можно регулировать зажимом для капельницы или краном смесителя.

Отличным средством автоматизации нашего агрегата будет автоматический клапан срабатывающий от термодатчика. Опять же установка клапана повлечет удорожание, а его установка не является обязательной.

Теплоизоляция

Большое внимание нужно уделять теплоизоляции ректификационной колонны по все длине (ну, разумеется, до дефлегматора). Для этих целей отлично подойдет намотка шпагата в несколько сантиметров по всей длине. Сверху шпагат можно обернуть обычной пищевой фольгой как в термосе. Пенополиуретан – отличный материал защиты ректификационной колонны от потери тепла, применяют также базальто-фольгированные утеплители.

Термоизмерительные приборы

Важной частью процесса ректификации является контроль температуры. Он влияет не только на качество конечного продукта, но и на его количества. Термометр рекомендуется установить на высоте 25-30 сантиметров от основания колонны, то есть места, где колонна соединяется с перегонным кубом. Сделать это проще, при использовании медной трубы. В трубу вваривается гильза, в которую помещается температурный датчик, или приваривается штырь, на который устанавливается термометр.

Средства автоматического контроля ректификационной колонны

Процесс ректификации очень прихотлив и требует к себе большого пристального внимания. Контроль процесса вполне можно делегировать автоматической системе управления ректификацией. В интернете можно найти чертежи, используя которые любой, имеющий элементарные познания в электротехнике, сможет собрать блок автоматического управления ректификацией. И готовые решения продаются тоже на просторах глобальной сети, поэтому тем, кому лень возиться могут приобрести БУР уже в сборе.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector