Устройство ректификационной колонны достаточно сложное, и смоделировать его в домашних условиях вряд ли удастся. Но на специализированных интернет-сайтах можно по вполне приемлемой цене купить рабочую установку, которая потребует только незначительного переоборудования вашего самогонного аппарата.
Переоборудование будет касаться только бака испарителя - необходимо установить фланец подходящего диаметра, чтобы можно было закрепить колонну строго вертикально. Если на баке не было термометра, то придется его установить. Без измерения температуры на испарителе контролировать работу колонны чрезвычайно сложно, да, в принципе, и невозможно вообще.
Как работает колонна
Колонна представляет собой тепломассообменник в котором происходят сложные физико-химические процессы. Базируются они на разнице температур кипения различных жидкостей и скрытой теплоемкости фазовых переходов. Это очень загадочно звучит, но на практике выглядит несколько проще.
Теория очень проста - пар, содержащий спирт и различные примеси, которые кипят при разных температурах, отличающихся на несколько градусов, поднимается вверх и конденсируется в верхней части колонны. Образовавшаяся жидкость стекает вниз, и встречают по пути новую порцию горячего пара. Те жидкости, температура кипения которых выше, повторно испаряются. А те, которым не хватило тепловой энергии, остаются в жидком состоянии.
Ректификационная колонна постоянно пребывает в состоянии динамического равновесия пара и жидкости, во многих случаях трудно разделить жидкую и газообразную фазы - все бурлит и кипит. Но по плотности, в зависимости от высоты, все вещества разделены очень четко - вверху легкие, затем более тяжелые и в самом низу - сивушные масла, остальные примеси с высокой температурой кипения, вода. Разделение по фракциям производится очень быстро, и такое состояние поддерживается практически бесконечно долго, при соблюдении температурного режима в колонне.
На высоте, соответствующей максимальному содержанию спиртовых паров, устанавливается заборный патрубок, сквозь который выделяется пар и поступает в конденсатор (холодильник), откуда спирт стекает в сборную емкость. Ректификационная колонна для самогонного аппарата работает очень медленно - отбор, как правило, производится капельно, но при этом обеспечивается высокий уровень очистки.
Колонна работает при атмосферном давлении, или чуть выше его. Для этого в верхней точке устанавливается атмосферный клапан или просто открытая трубка - не успевшие конденсироваться пары покидают колонну. Как правило - спирта в них практически нет.
Состояния парожидкостных компонентов на разных высотах колонны
На графике изображены фиксированные состояния парожидкостных компонентов на разных высотах колонны которые можно контролировать за температурой в данной точке. Горизонтальная часть графика соответствует максимальной концентрации вещества. Разделение не имеет четких границ - вертикальная линия соответствует смеси нижней и верхней фракций. Как видно, объем пограничных зон намного меньше фракционных, что дает определенный люфт температурного режима.
Устройство ректификационной колонны
Базой для колонны служит вертикальная труба из нержавеющей стали или меди. Другие металлы, особенно алюминий, для этой цели не подходят. Труба изолируется извне материалом низкой теплопроводности - утечка энергии может нарушить установившийся баланс и снизить эффективность теплообменных процессов.
В верхней части колонны монтируется предварительный холодильник дефлегматора. Как правило, он представляет собой встроенный или внешний змеевик, охлаждающий приблизительно 1/8-1/10 часть колонны по высоте. Найти в интернете можно и ректификационные колонны с водяной рубашкой или сложными шаровыми холодильниками. Кроме цены, они ни на что больше не влияют. Классический змеевик отлично справляется со своими задачами.
Колонна «Малютка»
Отношение количества отобранного конденсата к общему числу возвращающейся в бак флегмы называется флегмовым числом. Это характеристика отдельной модели колонны и описывает ее рабочие возможности.
Чем меньше флегмовое число, тем колонна производительнее. При Ф=1 колонна .
Промышленные установки обладают высокой разделительной фракционной способностью, поэтому их число равно 1,1-1,4. Для бытовой самогонной колонны оптимальным является Ф= 3-5.
Виды колонн
Ректификационная колонна для самогонного аппарата для увеличения точек соприкосновения пара и жидкости, где происходят теплообменные и диффузионные процессы, снабжается наполнителями, значительно увеличивающими площадь контакта. По типу внутренней конструкции колонны подразделяются на тарельчатые и насадочные. Классификация по производительности или высоте не показывает реальных возможностей.
Для увеличения площади контакта внутрь колонны помещается свитая в спираль мелкая сетка из нержавейки, насыпные мелкие шары, кольца Рашига, мелкие спиральки из проволоки. Они плотно укладываются или засыпаются на высоту до ¾ длины колонны, не достигая точки забора спирта.
Термометр должен находиться в свободной от насадок зоне, и показывать реальную температуру среды. Термометр выбирается электронный, как обладающий наименьшей инертностью. В некоторых моделях колонн роль играют десятые доли градуса. Для получения чистого спирта в зоне отбора температура должна поддерживаться в пределах 72,5-77 С.
Тарельчатая ректификационная колонна намного сложнее в изготовлении - конструкция колпачковых или ситчатых тарелок, представляющих собой горизонтальные перегородки внутри, сквозь которые жидкость протекает с некоторой задержкой. На каждой из тарелок создается зона барботирования, повышающая степень извлечения спиртовых паров из флегмы. Иногда ректификационные колонны называют укрепляющими - на них достигается почти стопроцентный выход спирта при минимуме посторонних добавок.
Работает колонна при атмосферном давлении, для связи с внешней средой колонна оборудуется специальным клапаном или открытой трубкой в верхней части конструкции. Этот факт определяет одну из особенностей ректификационной колонны для самогонного аппарата - при разном атмосферном давлении она работает по-разному. Температурный режим изменяется в пределах нескольких градусов (разница на термометре бака и колонны). Соотношение устанавливается экспериментально. По этой причине с колонной ТЭН.
Купив рабочую ректификационную колонну, или построив ее своими руками, вы сможете получить спирт высокой очистки без особых сложностей. Особенно эффективна колонна при перегонке самогона, полученного из обычного дистиллятора.
Для того, чтобы самогон получился чистым и без характерного сивушного запаха, его необходимо прогонять через аппарат как минимум дважды. За время перегонки оседает бОльшая часть сивушных масел, что и дает повод назвать готовый продукт чистым. Однако специалисты настаивают на том, что получить действительно чистый спиртосодержащий напиток в домашних условиях можно только при использовании ректификационной колонны.
Для того, чтобы понимать, как делается ректификационная колонна для самогонного аппарата своими руками и зачем она вообще нужна, попробуем разобраться в принципе ее работы. Здесь же мы рассмотрим, какие материалы понадобятся и целесообразно ли ее домашнее изготовление.
Как работает ректификационная колонна
При нагревании перегонного куба, куда залита брага, начинается постепенное закипание с интенсивным выделением спиртосодержащего пара. Эти пары, более легкие, чем жидкость, поднимаются вверх по ректификационной колонне, откуда попадают в охлаждаемый водой дефлегматор. Здесь в самой верхней точке начинается конденсация пара, и он снова в виде конденсата стекает в колонну. Та, в свою очередь, заполнена специальными элементами, сквозь которые и протекает жидкость. В это время продолжается кипение браги, и пары ее поднимаются вверх по колонне, встречаясь по пути с конденсатом. Именно этот непрерывный процесс обмена жидкости и пара именуется ректификацией.
Во время такого обмена жидкий конденсат (флегма) насыщается паром, а пар, наоборот, жидкостью с более низкой температурой кипения. Этот процесс происходит постоянно, пока кипит брага и образуется конденсат. В итоге в изголовье ректификационной колонны собирается самый легкий пар с максимально высокой концентрацией спирта, который и отводится в холодильник для финальной конденсации. Уже из холодильника в приемочную емкость спускается абсолютно чистый дистиллят - самогон.
Принцип работы ректификационной колонны показан на этом рисунке
За счет чего происходит непрерывная ректификация
Для того, чтобы пар и стекающая жидкость (флегма) контактировали наиболее эффективно, в ректификационной колонне используются специальные контактные элементы. В промышленных образцах эту функцию выполняют физические тарелки, в домашних - металлическая губка для мытья сковородок. Эти элементы за счет разрозненной структуры увеличивают площадь контакта флегмы и пара, и, соответственно, эффективность такого взаимодействия. Это становится возможным благодаря тому, что между двумя фазами (жидкой и парообразной) очень быстро достигается равновесие.
В процессе стекания флегмы вниз по колонне она минует целых слой металлических пружинок, встречаясь по пути с паром. В тот момент, когда пар преодолевает первый слой контактного элемента, наступает фаза физического равновесия. Для получения оптимальной высоты бытовой ректификационной колонны ее диаметр должен быть не менее 30 и не более 50 мм.
Изготовление ректификационной колонны
Вопрос приобретения такого оборудования для многих стоит очень остро. Если речь идет о промышленном производстве, то в большинстве образцов есть много недоработок. Все же потоковое производство дает о себе знать. Можно, как вариант, заказать ручную сборку, но тогда цена ее будет приблизительно такой же, как у «крыла» хорошего внедорожника. Поэтому самый оптимальный вариант - сделать ректификационную колонну своими руками. Безусловно, ее строение чуть более сложное, чем у самодельного самогонного аппарата, но все же не настолько, чтобы терять сознание от чертежа и инструкций.
В качестве материала для изготовления подходит нержавеющая сталь - химически инертный материал, не подвергающийся коррозии и не дающий посторонних примесей и запаха.
Это схема ректификационной колонны, по которой ее можно будет собрать
Теперь более подробно об основных элементах оборудования и о том, из чего их можно будет сделать.
- Тело — труба из нержавеющей стали диаметром 30-50 мм и суммарной длиной 1300-1400 мм. Допустимая толщина стенки трубы 2-3 мм, поскольку придется делать отверстия для резьбового соединения.
- Водяной корпус (дефлегматор) — чаще всего изготавливается из обычного термоса. Буквально 10-15 минут, и этот элемент идеально заменит промышленный образец. В некоторых случаях дефлегматор изготавливают из медной трубы. Самый экзотический и неэффективный вариант - змеевик, изготовленный из медной трубки. Его наматывают по верху колонны и пускают по нему холодную воду. По опыту, даже расплющенная трубка не обеспечивает необходимой потери тепла за счет малого пятна контакта.
- Холодильник - емкость с погруженным змеевиком и холодной водой. Бак и трубки изготавливают из меди. Можно также приобрести в магазине химреактивов готовый лабораторный холодильник.
- Контактный элемент - несколько металлических губок-сеток, которыми обычно домохозяйки снимают с кастрюль и сковород накипь и пригоревшую пищу.
Помимо этого необходимы также силиконовые соединительные и медные трубки, упорные шайбы, резьбовые гайки, переходники.
В колонне предусмотрено 2 места состыковки - точка обора и соединение с перегонным кубом. Обычно для соединения используют резьбовые элементы, но опасность здесь в протекании. Можно также надевать один элемент на другой, при этом состыковывать максимально плотно, чтобы не допускать пропускания пара и просачивания флегмы. Можно, конечно, обработать края герметиком и состыковать конструкцию навечно, но тогда вы ее не сможете разбирать и чистить.
Как собрать ректификационную колонну
- Берем медную трубу высотой 1300-1400 мм и диаметром 30-50 мм. Разрезаем ее на 2 части, они могут быть как равной длины, так и с небольшими отклонениями - это не принципиально. Края у обоих частей зачищаете, торцуете, обязательно снимаете фаску и состыковываете друг с другом резьбовыми соединениями или посредством переходника. Напоминаем! Соединение должно быть герметичным.
- На одной части трубы устанавливаете сетку и упорные шайбы, чтобы исключить выпадение контактного элемента. Это нижняя часть колонны, которая будет надеваться на перегонный куб. Сюда засыпаются металлические пружинки.
В качестве такого контактного элемента могут использоваться не только пружинки, но и небольшие стеклянные шарики, хотя это довольно дорогое удовольствие. Совершенно не уступают по площади контакта и качеству теплообмена обычные металлические губки. Изготовленные из нержавеющей стали, они абсолютно инертны к спиртовой массе и не подвержены коррозии.
Перед тем, как купить такую губку, проверьте магнитом, действительно ли она изготовлена из нержавейки. Если используется другой металл, со временем пружинки начнут ржаветь, что сведет на нет качество очистки самогона.
- Покупаете 30-40 металлических мочалок и разрезаете их на небольшие фрагменты до 5 мм.
- В нижнюю часть трубы, где установлена металлическая сетка-фиксатор, засыпаете контактный элемент, периодически постукивая о стол. Не надо заталкивать его принудительно, чтобы пружинки по возможности не переплетались, а компактно утрамбовывались. Вот так, встряхивая и постукивая, заполняете весь отрезок трубы, после чего закрываете сеткой и фиксируете упорной шайбой.
Уже установленную на перегонный куб эту часть трубы следует утеплить любым изолятором, подойдет даже поролон толщиной 3-5 мм.
- На вторую часть трубы припаиваете паяльником водяной корпус (дефлектор) с двумя патрубками - один на вход воды, другой на вывод.
- Сверху трубу закрываете крышкой или запаиваете, сделав отверстие для трубки.
- В 15-20 мм от стыка с нижней частью трубы делаете отверстие под патрубок для вывода дистиллята, а под ним небольшую пластинку для сбора конденсата - флегмы.
- Соединяете колонну и холодильник силиконовым шлангом, на который установлен зажим от капельницы - это очень удобный инструмент для регулировки движения жидкости.
На этом собственноручное изготовление ректификационной колонны закончено, можно приступать к перегонке.
Если у вас остались вопросы, на видео вы посмотрите, как правильно делать колонну и в какой последовательности.
Если проанализировать абсолютно все самогонные аппараты, что существуют в природе, ректификационная колонна — самая сложная система. Это проявляется как ее созданием, так и обслуживанием. Она представляет собой специальное оборудование для изготовления спирта. Основная его цель — разделить жидкость, которая имеет высокий температурный режим. Довольно часто используют этот аппарат в промышленности.
Бывает и такое, что самогонный аппарат или ректификационная колонна изготавливаются собственноручно, для личного применения. Чаще всего ее используют для приготовления самогона. Основная суть работы основывается на том, чтобы с основной жидкости собрать спирт или самогон. Конечно же у нее есть функция нагрева и охлаждения, что тоже невероятно важно. С ректификационной колонной у вас есть возможность самостоятельно сделать спирт, не опасаясь за его качество.
Принцип работы ректификационной колонны
По линии спиртового пара, от браги до холодильника, находится узел. Он имеет название ректификационной колонны – это своеобразная длинная труба, диаметр которой намного больше длины, примерно в 40 раз или выше. Эти размеры являются самыми оптимальными для достижения основной цели аппарата. Горячий пар поднимается по трубе на поверхность, по пути постепенно теряет температуру, и стекает к низу назад в емкость.
Во время движения, с самого верха и к низу, вступает в связь с паром и обратно повышается температура, тогда все компоненты снова образуют пар. Абсолютно во всех элементах в составе присутствует этиловый спирт – на нем основывается принцип работы ректификационной колонны. Если подобрать определенную систему действий колонны таким способом, чтобы спиртовые испарения конденсировались вверху, где поставлен специальный штуцер – в охлаждающий механизм попадает чистейший спирт. Он не будет содержать всяких вредных химических элементов.
Через определенный промежуток времени, внутри колонны формируется система динамического баланса, вследствие разной температуры водянистой и пароводяной фазы. Помимо этого, паровой раствор делится на элементы согласно химической формуле, которая необходима для образования пара. Вверху скапливаются испарения нестойких примесей - альдегидов, ацетона и других токсичных элементов. При температуре в градуснике колонны примерно 70˚С, они просто вылетают в воздух - колонна связана с окружающей средой патрубком либо клапаном, и функционирует фактически под природными силами.
Приблизительно в высоте 3/4 от длины колоны, должен образоваться спирт, который и нужно собрать. Пониже - масляные и другие элементы, температура кипения каковых больше спирта. В области выделения спиртовой массы необходимо держать температуру примерно 76˚С. Для того чтобы это получилось, потребуется существенная длина колонны – чем масштабней область различных деталей, тем проще разделять один элемент от второго.
Стандартный метод сборки
Ректификационная колонна своими руками производится исходя из схемы. Схема нужна для того, чтобы не сделать ошибки. Она содержит не большие объемы, если сравнивать с другими устройствами, которые достигают 19 метров. Изготовленная дома ректификационная колонна, ее конструкция и сам механизм невозможно охарактеризовать легким – он складывается со множества компонентов. Первоначально, следует купить металлическую трубку – ее длина в идеале примерно 119-149 см.
Вместо дефлегматора допускается пользоваться обычным термосом. Кроме того, понадобятся:
- переходники, что станут объединять трубку с бачками;
- Утеплитель и лист из нержавейки для производства основных шайбок;
- Маленькая укрепляющая трубка, применяемая с целью отводить воду;
- Охлаждающий механизм.
С приборов потребуется молот, дрелька со сверлом, пассатижи, напильник, жесткая бумага, паяльник с припоем либо флюсом, переходной прибор в краник, резиновая трубочка маленьких параметров и указатель температурного режима.
Самодельный аппарат производится согласно установленной схемы. Трубка обязана иметь нужную длину, а ее кончики обязаны быть отшлифованные. С целью компоновки трубочки и узла дистиллята применяется евро переходник. Объединение трубы и куба следует запаять, а часть пайки в дальнейшем требует зачистки.
Затем необходимо сделать металлические насадки, что заполняют трубу вплоть под самую верхушку. Сейчас в трубу вводится основная шайбочка, в нее внедряется небольшой торец отбора. Участок соединительных точек спаивается. Последующим этапом станет термическое изолирование трубы.
Термос, что будет применяться как дефлегматор, необходимо рассмотреть и изъять низ. Внутреннюю пробирку необходимо вынуть с наружной стороны и убрать вакуумную покрышку термоса. В пробирке следует проделать проход, в центральной части самого низа детали и основном месте ее заднего края.
Через верхний проход нужно вмонтировать трубу и заделать ее там. Затем основание ставится на колбочку.
В наружной колбе, кроме того, проделывают дыры ради трубочек поступления и вывода воды. Расположены они вверху и внизу пробирки. Зоны в обязательном порядке закрепить. В узле отбора дистиллята необходимо сделать проход с целью втулки указателя температуры. Ректификационная колонна создается с особенной осторожностью, чтобы не навредить своему здоровью.
В наше поколение, достаточно актуальна маленькая ректификационная колонна. Приспособление это общедоступно абсолютно всем, и для аппарата требуется немножко места. Чертеж индустриального изготовления ректификационной колонны – это немного сложновато для обыкновенных людей. Тем не менее изготовление спирта в бытовых условиях происходит достаточно часто, и многие люди это практикуют.
Модель ректификационной колонны, нуждается в большом количестве тарелочек, с целью получения продукта высочайшего качества. Это сильно затрудняет ход установки. Чтобы сделать такого рода аппарат, как ректификационная колонна, собственными руками в бытовых условиях, понадобятся некоторые детали. Охладительный механизм изготавливают с красновато-желтой трубки. С целью этого, необходимо обернуть ею колонну ректификатора.
Железные мочалки изготовляют из нержавейки. Срок действия и их резерв пользования в ректификационной колонне достаточно длительный. В существующие 9,8 см трубы необходимо брать по 1 мочалке. Хорошая идея, использовать медицинский зажим с капельницы, можно взять вместо краника. Схему ректификационной колонны, как правило, завершают трубкой, с целью взаимосвязи с окружающей средой.
Суть работы колонны
Если кратко обсудить систему выработки спирта и ректификации, то это, на самом деле, неоднократный перегон бражки, что происходит в специальных тарелках. Вместо их, как правило, используют всевозможные компоненты. С целью производства спирта дома, ректификационной колонны с диаметром с 3 вплоть до 5 см, как соединительный компонент можно использовать железную мочалку. Именно через нее ректификационная колонна для самогонного аппарата будет заполняться.
Во время процесса действия ректификационной колонны, плавно к низу спускается дистиллят, а кверху подымаются испарения. Ректификатор нужен для того, чтобы повышать градусы. Отдельные модификации этого приспособления, подразумевают применение кипятильника и текучей прохладной струи, с целью охладить. Все элементы устройства, вполне могут объединиться друг с другом, с помощью обыкновенного паяльного инструмента. Незначительные отличия объемов в производстве столь нужного в хозяйстве агрегата, не особо повлияют на качество продукта.
Тем не менее с целью увеличения количества спирта, необходимо повысить значительно объемы ректификационного устройства, 1,5 м трубка колонны, гарантирует вплоть до 28 л спиртового элемента, примерно за два дня. По завершении производства аппарата, необходимо промазать все соединения моющим веществом. Подобным способом, допускается осмотреть лишние отверстия, если они есть появляются пузырьки. Когда пароводяной охладитель соединен с трубкой, через которую поступает вода и устанавливают есть ли отверстия во время работы – это система колонного типа.
Все вышеупомянутое дает возможность осознать, что же это за самодельный аппарат и зачем он вообще нужен людям. С ректификационной колонной у вас есть возможность получить чистый спирт. Кроме этого, можно сделать такой вывод, что совсем не сложно создать аппарат своими руками – нужно лишь внимательно прочитать инструкцию. Достаточно также иметь сильное желание, и необходимые детали для его создания. Каждый сам решает что лучше – покупать спирт или делать в домашних условиях, ведь в таком самогоне не будет никаких вредных добавок, а его качество зависит исключительно от перегонной конструкции.
Внимание, только СЕГОДНЯ!
Спирты плотно вошли в нашу жизнь. И это не только алкоголь. Получают его путем брожения с последующей перегонкой. И часто люди ошибочно думают, что ректификация - это перегонка второй раз. На самом деле это многократная прогонка спиртосодержащих жидкостей в специальных колоннах. В результате встречи двух потоков - жидкости и пара - получается чистый спирт. Давайте разберёмся, что такое ректификация, более подробно.
Спирт и его свойства
Но для начала разберемся, что же такое спирт. Слово было заимствовано из латинского языка и означает «дух». Если выдержаны все нормальные условия, то это будет бесцветная, прозрачная жидкость с резким вкусом и характерным ароматом. Чистый спирт будет крепким в диапазоне от 95,6 до 100%.
Со спиртными напитками человечество знакомо давно, как с перебродившим соком натуральных ягод и фруктов. Тогда это были напитки с низким содержанием спирта. Но с развитием химических знаний люди получали все более и более крепкие напитки. Но только в самом конце XVIII столетия смогли получить 100% спирт ректификат. Автором изобретения был русский химик Ловиц Т. Е.
Что такое ректификация
Слово пришло в наш язык из латинского языка и означает исправление, выправление. Это один из способов, который используют в промышленности, лабораториях или в домашних условиях, чтобы разделить смешанные между собой жидкости.
Основан процесс ректификации на разнице в распределении смешанных компонентов между фракциями пара и жидкости. При этом процессе поток пара двигается навстречу потоку жидкости, они контактируют друг с другом, обмениваясь теплом и массой до наступления равновесия в системе. Все это происходит в специальном приборе, который называется ректификационный колонный аппарат.
В процессе встречи потоков восходящий паровой поток вбирает в себя все летучие компоненты, а стекающая жидкость - менее летучие. Как и в процессе дистилляции — еще одного процесса получения спирта, — затраты энергии при ректификации одинаковы, но извлечение нужного компонента (в нашем случае спирта) гораздо эффективнее. Вот что такое ректификация.
Для того чтобы жидкость и пар взаимодействовали более успешно, в установках используются контактные элементы — тарелки или насадки. Они увеличивают эффективность и площадь взаимодействия двух встречных потоков. Принцип их работы следующий: пар, идущий вверх, проходит через контактный элемент и скопившуюся на нем жидкость, более интенсивно обмениваясь массой и теплом. Чем больше будет установлено в конструкции элементов, тем быстрее будет достигаться равновесие между паром и жидкой фракцией.
Чем ректификация отличается от процесса дистилляции, рассмотрим в нижеследующей таблице.
Отличие ректификации от дистилляции
| Отличие | Дистилляция | Ректификация спирта |
| Получаемая крепость напитка | Зависит от количества перегонок и качества аппарата, может варьироваться от 40 до 65 об. | Может достигать 96 об. |
| Качество напитка | Аромат и послевкусие использованного сырья сохраняется. | Спирт-ректификат, без других примесей. |
| Получение чистых фракций | Чрезвычайно слабое качество разделения, вещества перемешиваются, и исправить это возможности нет. | Если содержатся вещества, закипающие при разной температуре, то на выходе они будут чистыми. |
| Удаление вредных для здоровья веществ | Для качественного удаления сивушных масел требуется минимум две перегонки. | Если соблюдены все технологии, убираются полностью. |
| Спиртовые потери | Даже если следовать всем правилам, только 80% от общего количества будет извлечено. | Практически без потерь. Всего от 1 до 3% может потеряться. |
| Взрыво- и пожароопасность | Прибор достаточно прост, но риск всё-таки есть. | Оборудование достаточно сложное, и если будет допущена ошибка, то возможен взрыв. |
Оборудование для ректификации
Для данного процесса могут использоваться два типа оборудования: установка с непрерывным и периодическим действием. Первый тип используется в промышленности, так как для регулировки работы используется автоматика — дорогая и сложная. Для лабораторий используется второй, более простой и дешевый тип оборудования. В нем установлены элементарные средства регулировки отбора — градусник и манометрический измеритель изменения давления на колонне.
Строение ректификационной колонны
Классическая схема выглядит следующим образом. На испарительном кубе устанавливается вертикальная колонна (еще ее называют царга) и дефлегматор с концевиком. Такая установка не требует сложных механизмов, только кран для отбора, смотровое стекло, термометр, и иногда регулятор мощности.
Следует помнить, что чем больше высота колонны, тем интенсивнее будет массо - и теплообмен двух потоков . А ректификация спирта будет лучше.
Принцип работы колонны
Наполняется куб максимально на две трети его объема спиртосодержащей смесью, проверяется герметичность стыков, закрывается кран отбора и подается охлаждающий элемент (чаще всего вода). Только сейчас можно включать нагревание.
Важно знать: никогда нельзя закрывать два штуцера (отбора ректификата и подачи воды) одновременно, от этого колонна может просто взорваться под действием образовавшегося избыточного давления!
Нагревателем жидкость, залитая в куб, доводится до кипения, и полученный пар поднимается. Затем, попав в дефлегматор, конденсируется и стекает по стенкам, снова контактируя с поднимающимся вверх новым паром. Снова попадает на нагреватель, становится паром, и процесс повторяется.
Через какое-то время пар и жидкость приходят в равновесие, а в верхней части скапливается фракция с низкой температурой кипения (метанол). В нижней — с высокой (сивушные масла). Теперь их можно отбирать.
Равновесие определяется по сохранению температуры в течение 10 минут. До этого момента устройство трогать не надо.
Узел отбора колонны
Что из себя представляет узел отбора? Чаще всего это небольшой бортик, который тормозит, не давая стекать, флегму (сконденсированную из пара жидкость). Если открыть кран узла отбора, то задержанная флегма стекает в холодильник, превращаясь в спирт-ректификат.
Та же жидкость, которая не задержалась на бортике, стекает дальше вниз, чтобы снова повторить цикл. В промышленных установках можно устанавливать соотношение между ректификатом и флегмой, которая возвращается (флегмово число) с помощью крана. От этого числа зависит чистота и процентное содержание спирта. Чем оно выше, тем спирт чище.
Бывает, что происходит такое неприятное явление, как захлеб ректификационной колонны. Информацию о том, что это произошло, показывает сильный шум булькающего типа внутри самой конструкции. Причин, почему произошел захлеб, может быть несколько, рассмотрим их.
Когда колонна захлебывается
Максимальная скорость движения пара в каждой конструкции разная. Когда она достигается, флегма замедляет свое движение в кубе, а потом и вовсе может остановиться. Скопление ее в ректификационной части вызывает остановку процесса тепло- и массообмена. Результат — перепад давления (зачастую очень резкий) и появление посторонних шумов.
Причины «захлеба» :
- чаще всего это нагрев выше допустимого;
- переполнение куба или засорение его частицами спиртосодержащего состава;
- в высокогорье основной причиной является низкое атмосферное давление;
- скачок напряжения, из-за которого вырастает мощность ТЭНа;
- неисправности и ошибки в конструкции.
Теперь вы знаете, что такое ректификация. Полученный в результате этого процесса спирт имеет жесткий вкус (так называемый технический спирт). Его можно использовать для технических целей, но для пищевой промышленности его нужно будет еще дорабатывать — разбавлять, фильтровать и настаивать.
Для лучшего очищения полученное сырье подвергают процессу углевания (пропускание через активированный уголь). В результате этой процедуры спирт приобретет «мягкость» , а (небольшое их количество всегда попадает в спирт, даже если вы использовали процесс дробного отбора) будут связаны углем. На самом деле это классическая процедура приготовления известной русской водки.
После проведения процедур разбавления и углевания напитку нужно дать отдых. Просто оставьте его на несколько дней в стеклянной емкости. Водка будет идти мягче, а если не перебирать, то и похмелья не будет.
Пожарная безопасность процесса ректификации
Ректификация - это метод разделения смеси на чистые компоненты, осуществляемый путем многократного чередования процессов испарения жидкой фазы и конденсации паров.
Физическая сущность процесса заключается в двустороннем массо- и теплообмене между неравновесными потоками пара и жидкости при высокой турбулизации поверхности контактирующих фаз. В результате массообмена пар обогащается низкокипящими, а жидкость - высококипящими компонентами. При определенном числе контактов можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих компонентов и жидкость, состоящую в основном из высококипящих компонентов.
Процесс ректификации можно проводить, в простейшем случае, в многоступенчатой установке. В первой ступени такой установки испаряется исходная смесь. На вторую ступень поступает на испарение жидкость, оставшаяся после отделения паров первой ступени. В третьей ступени испаряется жидкость, поступившая из второй ступени (после отбора из последней паров). Аналогично может быть организован процесс многократной конденсации, при котором на каждую следующую ступень поступают для конденсации пары, оставшиеся после отделения от них жидкости (конденсата) в предыдущей ступени.
При достаточно большом числе ступеней таким путем можно получить жидкую или паровую фазу с достаточно высокой концентрацией компонента, которым она обогащается. Однако, выход этой фазы будет достаточно мал по отношению к ее количеству в исходной смеси. Кроме того, такие установки громоздки и их эксплуатация сопровождается большими потерями тепла в окружающую среду.
Значительно более экономичное, полное и четкое разделение смесей на компоненты достигается путем проведения процессов ректификации в более компактных аппаратах – ректификационных колоннах.
Работа ректификационных колонн основана на создании двух встречных потоков – поднимающихся паров и стекающих навстречу им жидкости. Контакт между ними происходит на горизонтальных тарелках, причем пар, подходящий к тарелкам, имеет температуру несколько более высокую, чем жидкость, находящаяся вних. Внутренний объем колонны условно разбивается на три части – эвапорационной, укрепляющей, исчерпывающей. В первом объеме происходит испарение подаваемой жидкости. Подача производится в среднюю часть колонны, так как в этой части состав флегмы примерно равен составу раствора подлежащего ректификации. Подогретая смесь поступает в питающую тарелку колонны и частично испаряется. Паровая фаза движется вверх, а неиспарившаяся смешивается с флегмой и стекает вниз. Часть колонны, расположенная выше ввода начальной смеси называется укрепляющей, так как в ней паровая фаза укрепляется легкими фракциями. Часть колонны, находящаяся ниже ввода начальной смеси называется исчерпывающей, так как в ней из стекающей вниз флегмы отгоняются (исчерпываются) оставшиеся легкие фракции.
Для обеспечения нормальной работы ректификационной колонны необходимо постоянное наличие восходящего потока пара и нисходящего потока флегмы. Для получения пара в нижней части колонны предусмотрена система обогрева. Процесс ректификации может осуществляться при атмосферном давлении, под вакуумом, под избыточным давлением при пониженной температуре. В основном процесс ректификации осуществляется при давлении близком к атмосферному. Вакуумной ректификации подвергают смеси веществ склонных к термическому распаду или полимеризации при высоких температурах. Низкотемпературная ректификация применяется для разделения растворов, имеющих низкую температуру кипения.
Рассмотрим принцип действия ректификационной колонны, входящей в состав ректификационной установки непрерывного действия, предназначенной для разделения бинарных смесей.
Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со сварным или сборным корпусом 1 . Исходная смесь предварительно нагревается в подогревателе 5 и подается в среднюю часть колонны. В нижней части колонны обеспечивается подогрев жидкости до температуры кипения. Образующиеся при этом пары поднимаются вверх по колонне и создают восходящий поток. В верхней части колонны пары отбираются и поступают в дефлегматор 3, где происходит их частичная конденсация. Смесь флегмы (жидкости, полученной в результате частичной конденсации пара) и несконденсировавшегося пара из дефлегматора подается в сепаратор 4 на разделение. Пар из сепаратора поступает в конденсатор-холодильник 6 на полную конденсацию и там же происходит охлаждение дистиллята (ректификата), а флегма направляется обратно в колонну и создает в ней нисходящий поток.
Таким образом, в ректификационной колонне создаются два встречных потока – поток поднимающихся вверх паров и поток стекающей навстречу им жидкости. Контакт между ними происходит на специальных тепломассообменных устройствах, расположенных по высоте колонны с определенным шагом. Такие устройства выполняются в виде горизонтальных тарелок или насадок.
Сущность теплообменных процессов. В колпачковой колонне каждая тарелка имеет несколько отверстий с невысокими патрубками 3, предназначенными для пропускания паров, поднимающихся снизу. На тарелках колонны всегда имеется слой флегмы. Сверху каждого парового патрубка монтируется колпачок 2 , нижние края которого погружены в жидкость. Колпачки у основания имеют зубчатые прорези для дробления пара на мелкие струйки. Тем самым увеличивается площадь контакта между парами и жидкостью. Так как флегма несколько холоднее паров, последние, барботируя через слой жидкости, охлаждаются и частично конденсируются. В процессе конденсации паров выделяется некоторое количество теплоты. Кроме того, дно каждой тарелки обогревается парами нижележащей тарелки. За счет этого тепла флегма нагревается и кипит. Уровень флегмы на каждой тарелке поддерживается с помощью переливных труб 4, которые связывают между собой все тарелки.
Таким образом, на тарелках происходит обогащение флегмы высококипящим компонентом (за счет частичной конденсации паров). А восходящие потоки пара обогащаются низкокипящим компонентом. Поскольку пары по мере продвижения снизу вверх все больше обогащаются низкокипящим компонентом, температура кипения жидкости на тарелках (снизу вверх) становится все ниже и ниже. При этом флегма, стекающая с тарелки на тарелку все больше обогащается высококипящим компонентом, и поэтому на нижних тарелках температура кипения максимальна. В результате многократного протекания процесса теплообмена пар, отводимый из верхней части колонны, представляет собой почти чистый низкокипящий компонент, а остаток в нижней части колонны – чистый высококипящий компонент.
Из вышесказанного следует, что для нормальной работы любой ректификационной колонны необходимо : чтобы исходный продукт был предварительно нагрет, непрерывно происходило орошение верхней части колонны, и подогрев нижней части.
Следует обратить внимание на то, что в промышленности чаще всего разделяют не бинарные, а многокомпонентные смеси. В этом случае для разделения смесей на три и более фракций применяют несколько последовательно работающих простых колонн или специальные сложные колонны, состоящие из нескольких простых.
В идеальном случае на каждой тарелке колонны паровая фаза и флегма находятся в состоянии фазового равновесия и, следовательно, каждой тарелке соответствует одна из точек, лежащей на кривой равновесия (рассматривали в начале лекции). В действительности полное равновесие фаз на тарелках ректификационной колонны не достигается. Это учитывается путем введения коэффициента полезного действия.
Для приближения к фазовому равновесию действительных концентраций жидкости и пара разработаны различные конструкции тарелок и насадок. Тарелки или насадки являются наиболее важным конструктивным элементом ректификационных колонн. Именно на них происходит процесс тепломассообмена между восходящим потоком пара и флегмой.
Ректификационные колонны в которых тепломассообменные устройства выполнены в виде тарелок называют барботажными , так как пар барботируется через слой флегмы. Если тепломассообменные устройства выполнены в виде различных насадок, то колонны называют насадочными .
Барботажные ректификационные колонны могут иметь тарелки со сливными устройствами или без них. Тарелки со сливными устройствами. К ним относятся колпачковые, ситчатые и клапанные.
Для разделения растворов используют колпачковые тарелки . Это связано с тем, что данный тип обеспечивает хороший контакт между паром и флегмой на тарелках. Смесь паров, поднимаясь, проходит патрубки (рис 3, методический материал) и, ударяясь о колпачки, барботирует сквозь слой флегмы на тарелках. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези для дробления пара на мелкие струи. Приток и отток жидкости регулируют с помощью переливных трубок.
Ситчатые тарелки , имеют большое количество мелких (от 0,8 до 3мм) отверстий. Пар, проходит сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. Важным требованием является постоянные скорость движения пара и его давление, достаточное для преодоления давления слоя жидкости на тарелке и предотвращающее ее стекание через отверстия.
Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонта. Но они чувствительны к наличию примесей, которые забивают отверстия тарелок и создают условия для образования повышенных давлений. В случае значительного снижения давления пара вся жидкость с ситчатых тарелок сливается вниз и для возобновления процесса приходится запускать колонну вновь. Указанное накладывает существенные ограничения на использование данного типа тарелок.
Клапанные тарелки. Имеют отверстия перекрывающиеся специальными клапанами, которые поднимаются в зависимости от величины давления пара. При подъеме клапана образуется зазор, через который проходит пар барботирующийся через слой жидкости. С изменением давления клапан закрывается под действием силы собственной тяжести. Высота подъема клапана не превышает 8 мм. Достоинством таких тарелок является сравнительно высокая пропускная способность по пару, высокая эффективность в широком интервале нагрузок. Недостаток – повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное весом клапана.
Тарелки без сливных устройств. Их особенностью является то, что пар и флегма проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелках одновременно с взаимодействием флегмы и пара путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку. Жидкость «проваливается». Выделяют дырчатые тарелки, решетчатые, трубчатые, волнистые.
Насадочные колонны. Тепломассообмен между паром и флегмой протекает в объеме насадок, выполненных из твердых тел различной формы (таблица с типами насадок). Принцип действия колонн. Пар из исчерпывающей части движется вверх по колонне навстречу стекающей жидкости. Распределяясь по большой поверхности насадочных тел пар интенсивно контактирует с жидкостью и теряет при этом часть высококипящего компонента и обогащается легкокипящим. Требования к насадкам – большая поверхность в единице объема, хорошая смачиваемость флегмой и равномерное ее распределение по всей насадке, малое гидравлическое сопротивление, химическая инертность, механическая прочность.
