закалочная колонна что это

Ректификационные колонны: принцип работы и рейтинг лучших моделей

При производстве спирта используют оборудование, в котором происходит нагрев браги или спирта-сырца, испарение и теплообмен между паром и жидкость. Колонна ректификационная – это как раз то приспособление, которое помогает получить достаточно чистый спирт.

Для промышленного производства применяют колонны высотой до 7–9 м. В домашних условиях такое оборудование просто некуда поместить, да и стоит оно дорого. Поэтому используют более низкие колонны. По сути, это те же самогонные аппараты, которые могут работать в режиме дистилляции и ректификации.

Принцип работы

Внешне колонна представляет собой длинную трубу. По ней пар из перегонного куба поднимается, охлаждается, частично конденсируется в виде флегмы. Наиболее легкие пары спирта проходят дальше, а жидкость стекает вниз. В этом и состоит принцип работы ректификационной колонны.

Она разделяет спиртосодержащую жидкость на разные по температуре кипения фракции, и на выходе получается 96–97% спирт без постороннего запаха и вкуса.

Чтобы процесс конденсации проходил эффективнее, внутри колонны помещают специальные металлические насадки или тарелки. Могут устанавливать дефлегматор, охлаждающий пар. Чем интенсивнее флегма будет контактировать с паром, тем крепче и чище получится напиток на выходе.

Как выбрать колонну

Преимущество первого варианта – есть комплект готового к работе оборудования.

Второй вариант позволяет постепенно выбирать оптимальные для пользования детали, из которых собирается аппарат.

Покупая колонну, надо учесть ее высоту, подготовить место для установки. Изучают характеристики изделия, продумывают способы нагрева емкости и подвода воды для охлаждения.

Среди параметров ректификационной колонны наиболее важны:

При любой покупке принимают во внимание цену. Если она не устраивает, то стоит задуматься. Может, лучше покупать части аппарата по отдельности, чем потратить деньги на недорогое, но малоэффективное изделие.

Обзор 10 самых популярных моделей

Вопрос, какая лучше ректификационная колонна, довольно сложный. Самым распространенным в домашних условиях считается царга 1,5 дюйма (38 мм). Более продвинутые винокуры предпочитают 2 дюйма и более. Аппарат с кламповыми соединениями можно совершенствовать, удлинять колонну дополнительной царгой, диоптрами.

Союз 1,5

Булат Богатырь

Крышка с биметаллическим термометром закрепляется винтовыми зажимами, предусмотрена заливная горловина. Высота в сборе 1,03 м. При объеме куба 21 л цена составляет от 16 000 р.

Добрый жар Маяк 20 л

Феникс Сириус Про

WEIN ReForm

Лидер 30 л, с диоптром

КОЛОННЫЙ ЛЮКС-4, Мастерская застолья

Brendimaster XO

Алковар УБК 60

ЧЗДА Горилыч 20/300/t

Под какие задачи подходят аппарат с колоннами

Практически все самогонные аппараты колонного типа можно использовать как дистилляторы и как ректификаторы. Тем, кто только начинает заниматься самогоноварением, лучше приобрести полный комплект оборудования, готового к работе. Можно остановить свой выбор ректификационной колонны для дома на модели типа Союз 1,5 и Феникс Сириус с царгой 1,5 дюйма. Надежным считаются аппараты марки ЧЗДА, WEIN.

Более опытным пользователям подойдут колонны с царгой на 2 дюйма. Можно подобрать колонну отдельно под конкретный бак – так предлагает Мастерская застолья. Или дооснастить необходимым оборудованием имеющийся самогонный аппарат. В этом случае даже в домашних условиях за 2 перегонки реально получить из браги спирт крепостью 96%.

Автор: Екатерина Листопадова,
специально для Tonnasamogona.ru

Полезное видео о принципах проведения ректификации

Источник

Теория ректификации спирта и принцип работы ректификационной колонны

Цель статьи – разобрать теоретические и некоторые практические аспекты работы домашней ректификационной колонны, нацеленной на получение этилового спирта, а также развеять самые распространенные в Интернете мифы и разъяснить моменты, о которых «умалчивают» продавцы оборудования.

Ректификация спирта – разделение многокомпонентной спиртосодержащей смеси на чистые фракции (этиловый и метиловый спирты, воду, сивушные масла, альдегиды и другие), имеющие разную температуру кипения, путем многократного испарения жидкости и конденсации пара на контактных устройствах (тарелках или насадках) в специальных противоточных башенных аппаратах.

С физической точки зрения ректификация возможна, поскольку изначально концентрация отдельных компонентов смеси в паровой и жидкой фазах отличается, но система стремится к равновесию – одинаковому давлению, температуре и концентрации всех веществ в каждой фазе. При контакте с жидкостью пар обогащается легколетучими (низкокипящими) компонентами, в свою очередь, жидкость – труднолетучими (высококипящими). Одновременно с обогащением происходит обмен теплом.

Схема ректификации

Момент контакта (взаимодействия потоков) пара и жидкости называется процессом тепломассообмена.

Благодаря разной направленности движений (пар поднимается вверх, а жидкость стекает вниз), после достижения системой равновесия в верхней части ректификационной колонны можно по отдельности отобрать практически чистые компоненты, входившие в состав смеси. Сначала выходят вещества с более низкой температурой кипения (альдегиды, эфиры и спирты), потом – с высокой (сивушные масла).

Состояние равновесия. Появляется на самой границе разделения фаз. Достигается только при одновременном соблюдении двух условий:

Чем чаще система приходит в равновесие, тем эффективнее тепломасообмен и разделение смеси на отдельные составляющие.

Разница между дистилляцией и ректификацией

Как видно на графике, из 10% спиртового раствора (браги) можно получить самогон 40%, а при второй перегонке этой смеси выйдет 60-градусный дистиллят, при третьей – 70%. Возможны следующие интервалы: 10-40; 40-60; 60-70; 70-75 и так далее до максимума – 96%.

Теоретически, чтобы получить чистый спирт, требуется 9-10 последовательных дистилляций на самогонном аппарате. На практике перегонять спиртосодержащие жидкости концентрацией выше 20-30% взрывоопасно, к тому же из-за больших затрат энергии и времени экономически невыгодно.

С этой точки зрения, ректификация спирта – это минимум 9-10 одновременных, ступенчатых дистилляций, которые происходят на разных контактных элементах колонны (насадках или тарелках) по всей высоте.

Работа ректификационной колонны

Ректификационная колонна – устройство, предназначенное для разделения многокомпонентной жидкой смеси на отдельные фракции по температуре кипения. Представляет собой цилиндр постоянного или переменного сечения, внутри которого находятся контактные элементы – тарелки или насадки.

Также почти каждая колонна имеет вспомогательные узлы для подвода исходной смеси (спирта-сырца), контроля процесса ректификации (термометры, автоматика) и отбора дистиллята – модуль, в котором конденсируется, а затем принимается наружу извлеченный из системы пар определенного вещества.

Одна из самых распространенных домашних конструкции

Спирт-сырец – продукт перегонки браги методом классической дистилляции, который можно «заливать» в ректификационную колонну. Фактически это самогон крепостью 35-45 градусов.

Флегма – сконденсировавшийся в дефлегматоре пар, стекающий по стенкам колонны вниз.

Флегмовое число – отношение количества флегмы к массе отбираемого дистиллята. В спиртовой ректификационной колонне находятся три потока: пар, флегма и дистиллят (конечная цель). В начале процесса дистиллят не отбирают, чтобы в колонне появилась достаточно флегмы для тепломассообмена. Потом часть паров спирта конденсируют и отбирают из колонны, а оставшиеся спиртовые пары и дальше создают поток флегмы, обеспечивая нормальную работу.

Для работы большинства установок флегмовое число должно быть не меньше 3, то есть 25% дистиллята отбирают, остальной – нужен в колонне для орошения контактных элементов. Общее правило: чем медленнее отбирать спирт, тем выше качество.

Контактные устройства ректификационной колонны (тарелки и насадки)

Отвечают за многократное и одновременное разделение смеси на жидкость и пар с последующей конденсацией пара в жидкость – достижение в колонне состояния равновесия. При прочих равных условиях, чем больше в конструкции контактных устройств, тем эффективнее ректификация в плане очистки спирта, поскольку увеличивается поверхность взаимодействия фаз, что интенсифицирует весь тепломасообмен.

Теоретическая тарелка – один цикл выхода из равновесного состояния с повторным его достижением. Для получения качественного спирта требуется минимум 25-30 теоретических тарелок.

Физическая тарелка – реально работающее устройство. Пар проходит сквозь слой жидкости в тарелке в виде множества пузырьков, создающих обширную поверхность контакта. В классической конструкции физическая тарелка обеспечивает примерно половину условий для достижения одного равновесного состояния. Следовательно, для нормальной работы ректификационной колонны требуется в два раза больше физических тарелок, чем теоретических (расчетных) минимум – 50-60 штук.

Насадки. Зачастую тарелки ставят только на промышленные установки. В лабораторных и домашних ректификационных колоннах в качестве контактных элементов используются насадки – скрученная специальным образом медная (либо стальная) проволока или сетки для мытья посуды. В этом случае флегма стекает тонкой струйкой по всей поверхности насадки, обеспечивая максимальную площадь контакта с паром.

Насадки из мочалок самые практичные

Конструкций очень много. Недостаток самодельных проволочных насадок – возможная порча материала (почернение, ржавчина), заводские аналоги лишены подобных проблем.

Свойства ректификационной колонны

Материал и размеры. Цилиндр колонны, насадки, куб и дистилляторы обязательно делают из пищевого, нержавеющего, безопасного при нагревании (равномерно расширяется) сплава. В самодельных конструкциях в качестве куба чаще всего используются бидоны и скороварки.

Минимальная длина трубы домашней ректификационной колонны – 120-150 см, диаметр – 30-40 мм.

Система нагрева. В процессе ректификации очень важно контролировать и быстро регулировать мощность нагрева. Поэтому самым удачным решением является нагрев с помощью ТЭНов, вмонтированных в нижнюю часть куба. Подвод тепла через газовую плиту не рекомендуется, поскольку не позволяет быстро менять температурный диапазон (высокая инертность системы).

Контроль процесса. Во время ректификации важно следовать инструкции производителя колонны, в которой обязательно указываются особенности эксплуатации, мощность нагрева, флегмовое число и производительность модели.

Термометр позволяет точно контролировать процесс отбора фракций

Очень сложно контролировать процесс ректификации без двух простейших приспособлений – термометра (помогает определить правильную степень нагрева) и спиртометра (измеряет крепость полученного спирта).

Производительность. Не зависит от размеров колонны, поскольку, чем выше царга (труба), тем больше физических тарелок находится внутри, следовательно, качественнее очистка. На производительность влияет мощность нагрева, которая определяет скорость движения потоков пара и флегмы. Но при переизбытке подаваемой мощности колонна захлебывается (перестает работать).

Средние значения производительности домашних ректификационных колон – 1 литр в час при мощности нагрева 1 кВт.

Влияние давления. Температура кипения жидкостей зависит от давления. Для успешной ректификации спирта давление вверху колонны должно быть приближено к атмосферному – 720-780 мм.рт.ст. В противном случае при уменьшении давления снизится плотность паров и увеличится скорость испарения, что может стать причиной захлебывания колонны. При слишком высоком давлении падает скорость испарения, делая работу устройства неэффективной (нет разделения смеси на фракции). Для поддержания правильного давления каждая колонна для ректификации спирта оборудована трубкой связи с атмосферой.

О возможности самодельной сборки. Теоретически, ректификационная колонна не является очень сложным устройством. Конструкции успешно реализуются умельцами в домашних условиях.

Но на практике без понимания физических основ процесса ректификации, правильных расчетов параметров оборудования, подбора материалов и качественной сборки узлов, использование самодельной ректификационной колоны превращается опасное занятие. Даже одна ошибка может привести к пожару, взрыву или ожогам.

В плане безопасности прошедшие испытания (имеют подтверждающую документацию) заводские колонны надежнее, к тому же поставляются с инструкцией (должна быть подробной). Риск возникновения критической ситуации сводится только к двум факторам – правильной сборке и эксплуатации согласно инструкции, но это проблема почти всех бытовых приборов, а не только колонн или самогонных аппаратов.

Принцип работы ректификационной колонны

Куб наполняют максимум на 2/3 объема. Перед включением установки обязательно проверяют герметичность соединений и сборки, перекрывают узел отбора дистиллята и подают охлаждающую воду. Только после этого можно начать нагрев куба.

Оптимальная крепость подаваемой в колонну спиртосодержащей смеси – 35-45%. То есть в любом случае перед ректификацией требуется дистилляция браги. Полученный продукт (спирт-сырец) потом перерабатывают на колонне, получая почти чистый спирт.

Это значит, что домашняя ректификационная колонна не является полной заменой классического самогонного аппарата (дистиллятора) и может рассматриваться лишь как дополнительная ступень очистки, более качественно заменяющая повторную дистилляцию (вторую перегонку), но нивелирующая органолептические свойства напитка.

Справедливости ради отмечу, что большинство современных моделей ректификационных колон предполагают работу в режиме самогонного аппарата. Для перехода к дистилляции нужно лишь перекрыть штуцер соединения с атмосферой и открыть узел отбора дистиллята.

Если одновременно перекрыть оба штуцера, то нагретая колонна может взорваться из-за избыточного давления! Не допускайте подобных ошибок!

На промышленных установках непрерывного действия зачастую брагу перегоняют сразу, но это возможно благодаря гигантским размерам и особенностям конструкции. Например, стандартом считается труба 80 метров высоты и 6 метров диаметра, в которой установлено в разы больше контактных элементов, чем на ректификационных колоннах для дома.

Размер имеет значение. Возможности спиртзаводов в плане очистки куда больше, чем при домашней ректификации

После включения жидкость в кубе доводится нагревателем до кипения. Образовавшийся пар поднимается вверх по колонне, затем попадает в дефлегматор, где конденсируется (появляется флегма) и по стенкам трубы возвращается в жидком виде в нижнюю часть колонны, на обратном пути контактируя с поднимающимся паром на тарелках или насадках. Под действием нагревателя флегма снова становится паром, а пар вверху опять конденсируется дефлегматором. Процесс становится циклическим, оба потока непрерывно контактируют друг с другом.

После стабилизации (пара и флегмы достаточно для равновесного состояния) в верхней части колонны скапливаются чистые (разделенные) фракции с самой низкой температурой кипения (метиловый спирт, уксусный альдегид, эфиры, этиловый спирт), внизу – с самой высокой (сивушные масла). По мере отбора нижние фракции постепенно поднимаются вверх по колонне.

В большинстве случаев стабильной (можно начинать отбор) считается колонна, в которой температура не меняется на протяжении 10 минут (общее время прогрева – 20-60 минут). До этого момента устройство работает «само на себя», создавая потоки пара и флегмы, которые стремятся к равновесию. После стабилизации начинается отбор головной фракции, содержащей вредные вещества: эфиры, альдегиды и метиловый спирт.

Ректификационная колонна не избавляет от необходимости разделять выход на фракции. Как и в случае с обычным самогонным аппаратом приходится собирать «голову», «тело» и «хвост». Разница только в чистоте выхода. При ректификации фракции не «смазываются» – вещества с близкой, но хотя бы на десятую долю градуса разной температурой кипения не пересекаются, поэтому при отборе «тела» получается почти чистый спирт. Во время обычной дистилляции разделить выход на фракции, состоящие только из одного вещества, невозможно физически какая бы конструкция не использовалась.

Если колонна выведена на оптимальный режим работы, то при отборе «тела» трудностей не возникает, так как температура всё время стабильна.

Нижние фракции («хвосты») при ректификации отбирают, ориентируясь по температуре или по запаху, но в отличие от дистилляции эти вещества не содержат спирта.

Возвращение спирту органолептических свойств. Зачастую «хвосты» требуются, чтобы вернуть спирту-ректификату «душу» – аромат и вкус исходного сырья, например, яблока или винограда. После завершения процесса в чистый спирт добавляют некоторое количество собранных хвостовых фракций. Концентрацию рассчитывают эмпирическим путем, экспериментируя на небольшом количестве продукта.

Преимущество ректификации в возможности добыть практически весь содержащийся в жидкости спирт без потери его качества. Это значит, что «головы» и «хвосты», полученные на самогонном аппарате, можно переработать на ректификационной колонне и получить безопасный для здоровья этиловый спирт.

Захлебывание ректификационной колонны

Каждая конструкция имеет предельную скорость движения пара, после которой течение флегмы в кубе сначала замедляется, а потом и вовсе прекращается. Жидкость накапливается в ректификационной части колонны и происходит «захлебывание» – прекращение тепломассообменного процесса. Внутри происходит резкий перепад давления, появляется посторонний шум или бульканье.

Причины захлебывания ректификационной колонны:

Источник

Принцип работы бражной колонны в самогонном аппарате

Традиции самогоноварения настолько древние, что уже никто не помнит, как впервые начали из перебродившего сырья дистиллировать спирт. На сегодняшний день в продаже множество разновидностей приспособлений для получения самогона, одним из которых является самогонный аппарат колонного типа. Они чаще всего используются в регионах, где очень много фруктов. Фактически это разновидность дистиллятора с некоторыми элементами ректификационной колонны.

Описание и конструкция бражной колонны

Внешне устройство напоминает прямоточный дистиллятор. На практике, это действительно так, но с небольшим отличием – на трубе, которая отходит вверх от куба присутствует еще один холодильник. Его называют парциальный конденсатор или дефлегматор. По сути это что-то среднее между дистиллятором и ректификационной колонной.

Бражная колонна состоит из двух частей:

Сама колонна устанавливается на перегонный куб и обязательно вертикально, этот процесс обычно описывается в инструкции.

Важно! Любая самогонная колонна должна иметь хотя бы один термометр, установленный выше змеевика. В идеале, второй должен быть установлен на кубе.

Принцип работы

Колонна устанавливается непосредственно на перегонный куб. В процессе работы, нагретые пары браги попадают в конденсатор, где часть из них оседает на стенах устройства, а другая передвигается дальше. Пары, которые остались на стенках называют еще флегмой. В ней содержатся тяжелокипящие вредные примеси и представлены в виде пленки. Она возвращается назад в перегонный куб. По этой причине устройство и получило другое название – пленочная колонна.

В процессе восхождения пара по царге, он постоянно взаимодействует с флегмой. Это приводит к тому, что 2 вещества взаимодействуют и между ними происходит тепломассообмен, в результате которого сивушные масла возвращаются в перегонный куб, а низкокипящие вещества идут в чистый самогон. Отсюда и получается самогон с 90 градусов крепости.

Важно! На колонне термометр должен быть обязательно откалиброван, чтобы была возможность контролировать температурный режим.

Перегонка на «колонне» несложная задача и называется еще дробный процесс. Пошаговый процесс выглядит следующим образом:

Важно! В дефлегматоре должно быть столько воды, чтобы пар не проникал во второе охлаждающей устройство.

Если нет опыта, то понять, что уже пошли хвосты можно по увеличившейся температуре на градуснике куба. Когда она достигнет отметки в 93 градуса, подставьте новую емкость для забора хвостов и отключить подачу воды в дефлегматор.

Материалы изготовления колонны

Колонна для самогонного аппарата является простым приспособлением, которое можно сделать даже своими руками. Но ко всем деталям прибора выдвигаются четкие требования по используемому материалу:

Для соединения колонны и бака потребуется хомут кламп. Укреплять прибор на куб можно при помощи резьбового штуцера.

Недостатки и преимущества

Перегонная колонна, как и все другие приспособления для перегонки браги имеет свои положительные и отрицательные стороны. В колонне получается крепкий напиток, но все же привкус и запах не исчезает полностью, так как получается фактически недоректификат.

К плюсам использования колонны относят:

К отрицательным сторонам относят:

Еще один минус, который важен для многих самогонщиков, колонна стоит дороже, чем самый обыкновенный самогонный аппарат. Но зато качество конечного продукта намного выше.

Виды бражной колонны

Выделяют только два вида бражных колонн: обычная (пленочная) и непрерывного брожения. Последний тип предназначен для промышленного производства.

Наличие дополнительных насадок и приспособлений у колонны не делают ее модернизированной и вообще бражной. Любые наполнения к бражной колонне делают ее ректификационной.

Пленочная

Пленочный тип – это обыкновенная бражная колонна, которую используют в домашних условиях для перегонки самогона. Отличается от самогонного аппарата только дополнительным холодильником, который еще называют парциальный конденсатор. Но именно конструкция колонны позволяет получить напиток высокой крепости, вплоть до 90о.

Непрерывная

Модели непрерывного типа предназначены для изготовления напитков в промышленных масштабах, от 100 л. При использовании этого аппарата выдвигаются жесткие требования к сырью, сырец не долженсодержать мелких частиц и в тоже время не быть густым. Брага должна иметь однородный состав, не образовывать пену.

В таком аппарате сырье в колонне поднимается вверх буквально за 12-15 секунд, а процесс теплообмена происходит в контактных тарелках.

Изготовление своими руками

Бражная колонна вполне может быть собрана своими руками. Для этого потребуется изготовить или приобрести следующие комплектующие и части:

Самодельный аппарат для перегона также должен иметь 2 термометра. Первый монтируется на баке, а второй выше предохладителя. В качестве соединительных элементов потребуются гайки, уплотнители из силикона, муфты, трубки и переходники.

При сборке следует руководствоваться чертежом (приводится ниже). В целом описать весь процесс можно следующим образом:

На последнем этапе монтируется холодильник. Некоторые умельцы делают даже дополнительную перемычку с краником, между вертикальными трубами. Но эта часть работ и усовершенствований не является обязательной.

Важно!Бражная колонна не требует дополнительного утепления, главное чтобы всегда стабильно поступала вода.

Популярные модели бражной колонны

Основное отличие бражной колонны от других самогонных аппаратов, она имеет дефлегматор, на ней возможна вторая перегонка на колонне. Если охладитель на колонне отсутствует, то это уже не колонна. Некоторые продавцы выдают вертикальный сухопарник за колонну. Колонна должна иметь обязательно 2 термометра, на кубе и наверху, либо должно присутствовать место под их установку.

Среди самогонщиков множество споров относительно лучшей модели «колонны», но все же можно выделить 3 модели, которые пользуются особой популярностью:

В целом все эти аппараты имеют схожие характеристики и технические тонкости, отличия только в количестве режимов.

Перед покупкой необходимо все же провести небольшое маркетинговое исследование, правильный выбор может базироваться только на личных потребностях покупателя. Обязательно ознакомьтесь с отзывами о понравившихся моделях, а если есть возможность, то можно даже сделать собственными руками «колонну».

Бражная колонна – это усовершенствованный самогонный аппарат, с холодильником и дефлегматором. Дистиллятор позволяет получить качественные напитки в домашних условиях, с высокой крепостью.

Источник