Устройство и работа ректификационной колонны. Устройство, схема и принцип работы ректификационной колонны

Рано или поздно почти каждый любитель самодельного алкоголя задумывается о приобретении или изготовлении ректификационной колонны (РК) – устройства для получения чистого спирта. Начинать нужно с комплексного расчета базовых параметров: мощности, высоты, диаметра царги, объема куба и т.д. Эта информация будет полезна как желающим сделать все элементы своими руками, так и собравшимся купить готовую ректификационную колонну (поможет определиться с выбором и проверить продавца). Не затрагивая конструктивных особенностей отдельных узлов, мы рассмотрим общие принципы построения сбалансированной системы для ректификации в домашних условиях.

Характеристики трубы (царги) и насадки

Материал. Труба во многом определяет параметры ректификационной колонны и требования ко всем узлам аппарата. Материалом для изготовления царги является хромоникелевая нержавеющая сталь – «пищевая» нержавейка.

Благодаря химической нейтральности пищевая нержавеющая сталь не оказывает воздействия на состав продукта, что и требуется. На спирт перегоняют сырец из сахарной браги или отходы дистилляции («головы» и «хвосты»), поэтому главной целью ректификации является максимальная очистка выхода от примесей, а не изменение органолептических свойств спирта в ту или иную сторону. Использовать медь в классических ректификационных колоннах неуместно, поскольку этот материал слегка изменяет химический состав напитка и подходит для производства дистиллятора (обычного самогонного аппарата) или бражной колонны (частный случай ректификации).

Толщина. Царгу делают из нержавеющей трубы с толщиной стенки 1-1,5 мм. Более толстая стенка не нужна, так как это приведет к удорожанию и утяжелению конструкции без получения каких-либо преимуществ.

Параметры насадки. Говорить о характеристиках колонны без привязки к насадке не корректно. При ректификации в домашних условиях используют насадки с площадью контактной поверхности от 1,5 до 4 кв. м/литр. С увеличением площади контактной поверхности возрастает и разделяющая способность, но падает производительность. Уменьшение площади приводит к снижению разделяющей и укрепляющей способности.

Производительность колонны вначале растет, но потом для поддержания крепости выхода оператор вынужден понижать скорость отбора. Это значит, что существует некий оптимальный размер насадки, который зависит от диаметра колонны и позволят достичь наилучшего сочетания параметров.

Размеры спирально-призматической насадки (СПН) должны быть меньше внутреннего диаметра колонны примерно в 12-15 раз. Для диаметра трубы 50 мм – 3.5х3.5х0.25 мм, для 40 – 3х3х0.25 мм, а для 32 и 28 – 2х2х0.25 мм.

В зависимости от поставленных задач целесообразно использовать разные насадки. Например, при получении укрепленных дистиллятов часто применяют медные кольца диаметром и высотой 10 мм. Понятно, что в этом случае целью является не разделяющая и укрепляющая возможность системы, а совершенно другой критерий – каталитическая способность меди устранять из спирта сернистые соединения.

Не стоит ограничивать арсенал одной, пусть даже самой лучшей насадкой, таких просто нет. Есть наиболее подходящие для решения каждой конкретной задачи.

Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра. Обращайте на это внимание при выборе царги, всегда считайте внутренний диаметр и по нему сравнивайте варианты.

Зависимость мощности от диаметра трубы

Высота трубы. Для обеспечения хорошей удерживающей и разделительной способности, не зависимо от диаметра, высота ректификационной колонны должна быть от 1 до 1,5 м. Если меньше – не хватит места для накопленных в ходе работы сивушных масел, в результате сивуха начнет прорываться в отбор. Еще один недостаток – головы будут нечетко разделяться на фракции. Если высота трубы больше – это не приведет к существенному улучшению разделяющей и сдерживающей способности системы, но увеличит время перегона, а также количество «голов» и «подголовников».Другими словами, с увеличением высоты трубы прибавка к разделяющей способности ректификационной колонны на каждый дополнительный сантиметр снижается. Эффект от увеличения трубы с 50 см до 60 см на порядок выше, чем со 140 см до 150 см.

Объем куба для ректификационной колонны

Чтобы повысить выход качественного спирта, но не допустить переполнения сивухой колонны, навалку (наполнение) спирта-сырца в кубе ограничивают в диапазоне 10-20 объемов насадки. Для колонн высотой в 1,5 м и диаметром 50 мм – 30-60 л, 40 мм – 17-34 л, 32 мм – 10-20 л, 28 мм – 7-14 л.

С учетом заполнения куба на 2/3 объема, для колонны внутренним диаметром царги 50 мм подойдет 40-80 литровая емкость, для 40 мм – 30-50 литровая, для 32 мм – 20-30 литровый куб, а для 28 мм – скороварка.

При использовании куба объемом ближе к нижней границе рекомендованного диапазона можно смело убрать одну царгу и уменьшить высоту до 1-1,2 метра. В результате сивухи будет относительно мало для прорыва в отбор, а вот объем «подголовников» заметно уменьшится.

Источник и мощность нагрева колонны

Тип плиты. Самогонное прошлое не дает покоя многим новичкам, которые считают, что если раньше использовали для нагрева самогонного аппарата газовую, индукционную или обычную электрическую плиту, то можно оставить этот источник и для колонны.

Процесс ректификации существенно отличается от дистилляции, всё намного сложнее и костер не подойдет. Нужно обеспечить плавную регулировку и стабильность подаваемой мощности нагрева.

Электроплитки, работающие по терморегулятору в режиме старт-стоп, не используются, потому что как только произойдет кратковременное отключение питания, пар перестанет идти в колонну, а флегма рухнет в куб. В таком случае придется начать ректификацию заново – с работы колонны на себя и отбора «голов».

Индукционная плита – крайне грубый аппарат со ступенчатым изменением мощности по 100 -200 Вт, а при ректификации нужно менять мощность плавно, буквально по 5-10 Вт. Да и стабилизировать нагрев независимо от колебания напряжения на входе вряд ли получится.

Газовая плита при залитом в куб 40-процентном спирте-сырце и 96-градусоном продукте на выходе представляет смертельную опасность, не говоря уже о колебании температуры нагрева.

Оптимальное решение – врезать в куб колонны тэн нужной мощности, а для регулировки использовать реле со стабилизацией выходного напряжения, например, РМ-2 16А. Можно взять и аналоги. Главное получить на выходе стабилизированное напряжение и возможность плавно менять температуру нагрева по 5-10 Вт.

Подаваемая мощность. Чтобы нагреть куб за приемлемое время, нужно исходить из мощности 1 кВт на 10 литров спирта-сырца. Значит, для 50 л куба, заполненного на 40 литров, требуется минимум 4 кВт, 40 л – 3 Квт, 30 л – 2-2.5 кВт, 20 л – 1.5 кВт.

При одном и том же объеме кубы могут быть низкими и широкими, узкими и высокими. Выбирая подходящую емкость, нужно учитывать, что зачастую куб используется не только для ректификации, но и при дистилляции, поэтому исходят из самых жестких условий, чтобы подводимая мощность не приводила к бурному пенообразованию с выбросами брызг из куба в паропровод.

Опытным путем установлено, что при глубине размещения тэна около 40-50 см нормальное кипение происходит в случае, если на 1 кв. см зеркала навалки приходится не более 4-5 Вт мощности. При уменьшении глубины допустимая мощность увеличивается, а при увеличении – уменьшается.

Есть и другие факторы, влияющие на характер кипения: плотность, вязкость и поверхностное натяжение жидкости. Бывает, что выбросы происходят в конце перегонки браги, когда увеличивается плотность. Поэтому вести процесс ректификации на границе дозволенного диапазона всегда чревато неприятностями.

Распространенные цилиндрические кубы имеют диаметр 26, 32, 40 см. Исходя и допустимой мощности на площадь поверхности зеркала кубовой навалки 26 см куб, будет нормально работать при мощности нагрева до 2,5 кВт, для 30 см – 3.5 кВт, 40 см – 5 кВт.

Третьим фактором, определяющим мощность нагрева, является использование одной из царг колонны без насадки в качестве сухопарника для борьбы с брызгоуносом. Для этого нужно, чтобы скорость пара в трубе не превышала 1 м/с, при 2-3 м/с защитный эффект ослабевает, а при больших значениях пар будет гнать флегму вверх по трубе и забрасывать в отбор.

Формула для расчета скорости пара:

V = N * 750 / S (м/сек),

• N – мощность, кВт;
• 750 – парообразование (куб. см/сек кВт);
• S – площадь поперечного сечения колонны (кв. мм).

Труба диаметром 50 мм справится с брызгоуносом при нагреве до 4 кВт, 40-42 мм – до 3 кВт, 38 – до 2 кВт, 32 – до 1,5 кВт.

Исходя из вышеперечисленных соображений, выбираем объем, размеры куба, мощность нагрева и дистилляции. Все эти параметры согласованы с диаметром и высотой колонны.

Расчет параметров дефлегматора ректификационной колонны

Мощность дефлегматора определяется в зависимости от типа ректификационной колонны. Если строим колонну с жидкостным отбором или паровым ниже дефлегматора, то необходимая мощность должна быть не меньше номинальной мощности колонны. Обычно в этих случаях в качестве конденсатора применяют холодильник Димрота с утилизационной мощностью 4-5 Ватт на 1 кв. см поверхности.

Если колонна с отбором по пару выше дефлегматора, то расчетная мощность составляет 2/3 от номинальной. В этом случае можно применить Димрот или «рубашечник». Утилизационная мощность рубашечника ниже, чем у димрота и составляет около 2 Ватт на квадратный сантиметр.

Далее все просто: номинальную мощность делим на утилизационную. Например, для колонны с внутренним диаметром 50 мм: 1950 / 5= 390 кв. см площади Димрота или 975 кв. см «рубашечника». Значит, холодильник Димрот можно сделать из трубки 6х1 мм длинной 487 / (0.6 * 3.14) = 2.58 см для первого варианта, с учетом коэффициента запаса 3 метра. Для второго варианта умножаем на две трети: 258 * 2 / 3 = 172 см, с учетом коэффициента запаса 2 метра.

Рубашечник для колонны 52 х 1 – 975 / 5.2 / 3.14 = 59 см * 2/3 = 39 см. Но это для помещений с высокими потолками.

Расчет прямоточного холодильника

Если прямоточник применяется как доохладитель в ректификационной колонне с жидкостным отбором, то выбирают самый маленький и компактный вариант. Достаточно мощности в 30-40% от номинальной мощности колонны.

Изготавливают прямоточный холодильник без спирали в зазоре между рубашкой и внутренней трубой, потом запускают отбор в рубашку, а охлаждающую воду подают по центральной трубе. В этом случае рубашку наваривают на трубу подачи воды в дефлегматор. Это мелкий «карандашик» длинной около 30 см.

Но если один и тот же прямоточник используется как при дистилляции, так и при ректификации, являясь универсальным узлом, исходят не из потребности РК, а из максимальной мощности нагрева при дистилляции.

Для создания турбулентного потока пара в холодильнике, позволяющего обеспечить интенсивность теплопередачи не меньше 10 Ватт/кв. см, необходимо обеспечить скорость пара около 10-20 м/с.

Диапазон возможных диаметров достаточно широк. Минимальный диаметр определяется из условий не создания большого избыточного давления в кубе (не более 50 мм вод столба), а максимальный расчетом числа Рейнольдса, исходя из минимальной скорости и максимального коэффициента кинематической вязкости паров.

Чтобы не вдаваться в ненужные подробности, приведем самое распространенное определение: «Для того, чтобы в трубе поддерживался турбулентный режим движения пара, достаточно, чтобы внутренний диаметр (в миллиметрах) был не больше 6-кратной мощности нагрева (в киловаттах)».

Для предотвращения завоздушивания водяной рубашки необходимо поддерживать линейную скорость воды не ниже 11 см/с, но чрезмерное увеличение скорости потребует большого давления в водопроводе. Поэтому оптимальным считается диапазон от 12 до 20 см/с.

Чтобы сконденсировать пар и охладить конденсат до приемлемой температуры, нужно подавать воду при 20°C в объеме около 4.8 куб см/с (17 литров в час) на каждый киловатт подводимой мощности. При этом вода нагреется на 50 градусов – до 70°C. Естественно, зимой воды понадобится меньше, а при использовании автономных систем охлаждения, примерно в полтора раза больше.

На основании предыдущих данных можно рассчитать площадь поперечного сечения кольцевого зазора и внутренний диаметр рубашки. Нужно учитывать и доступный сортамент труб. Расчеты и практика показали, что зазор в 1-1.5 мм вполне достаточен для соблюдения всех необходимых условий. Этому соответствуют пары труб: 10х1 – 14х1, 12х1 – 16х1, 14х1 – 18х1, 16х1 – 20х1 и 20х1 – 25х1.5, которые перекрывают весь диапазон мощностей, применяемых в домашних условиях.

Есть еще одна немаловажная деталь прямоточника – спираль, навитая на паровую трубу. Делается такая спираль из проволоки диаметром, обеспечивающим зазор в 0.2-0.3 мм до внутренней поверхности рубашки. Навивается с шагом равным 2-3 диаметрам паровой трубы. Основное предназначение – центрирование паровой трубы, в которой при работе температура выше, чем в трубе рубашки. Это значит, что в следствии теплового расширения паровая труба удлиняется и изгибается, прислоняясь к рубашке, возникают мертвые зоны, не омываемые водой охлаждения, в результате эффективность холодильника резко падает. Дополнительными плюсами навивки спирали являются удлинение пути и создание турбулентности охлаждающего потока воды.

Грамотно выполненный прямоточник может утилизировать до 15 Ватт /кв. см площади теплообмена, что подтверждено опытным путем. Для определения длины охлаждаемой части прямоточника воспользуемся номинальной мощностью в 10 Вт /кв. см (100 кв. см/кВт).

Необходимая площадь теплообмена равна мощности нагрева в киловаттах, умноженной на 100:

S = P * 100 (кв. см).

Длина внешней окружности паровой трубы:

Lокр = 3.14 * D.

Высота рубашки охлаждения:

H = S / Lокр.

Общая формула расчета:

H = 3183 * P / D (мощность в кВт, высота и внешний диаметр паровой трубы в миллиметрах).

Пример расчета прямоточника

Мощность нагрева – 2 кВт.

Возможно применение труб 12х1 и 14х1.

Площади сечения – 78,5 и 113 кв. мм.

Объем пара – 750 * 2=1500 куб. см /с.

Скорости пара в трубах: 19,1 и 13,2 м/с.

Труба 14х1 выглядит предпочтительней, так как позволяет иметь запас по мощности, оставаясь в рекомендованном диапазоне скорости пара.

Парная труба для рубашки – 18х1, кольцевой зазор составит 1 мм.

Скорость подачи воды: 4,8 * 2= 9.6 см3/с.

Площадь кольцевого зазора – 3.14 / 4 * (16 * 16 – 14 * 14) = 47.1 кв. мм = 0,471 кв. см.

Линейная скорость – 9.6 / 0.471 = 20 см/с – значение остается в рекомендованных пределах.

Если бы кольцевой зазор был 1,5 мм – 13 см/с. Если 2 мм, то линейная скорость упала бы до 9.6 см/с и пришлось бы подавать воду выше номинального объема, исключительно для того, чтобы не завоздушивался холодильник, – бессмысленная трата денег.

Высота рубашки – 3183 * 2 / 14 = 454 мм или 45 см. Коэффициент запаса не нужен, все учтено.

Итог: 14х1-18х1 с высотой охлаждаемой части 45 см, номинальный расход воды – 9.6 куб. см/с или 34.5 литра в час.

При номинальной мощности 2 кВт нагрева холодильник будет выдавать 4 литра спирта в час с хорошим запасом.

Эффективный и сбалансированный прямоточник при дистилляции должен иметь соотношения скорости отбора к мощности нагрева и расходу воды на охлаждение 1 литр/час – 0,5 кВт – 10 литров/час. Если мощность выше, будут большие теплопотери, малая – полезная мощность нагрева снизится. Если расход воды выше, прямоточник имеет неэффективную конструкцию.

Ректификационную колонну можно использовать в качестве бражной. Оборудование для бражных колонн имеет свои особенности, но вторая перегонка отличается в основном технологией. Для первой перегонки особенностей больше и отдельные узлы могут оказаться не применимыми, но это тема для отдельного разговора.

Исходя из реальных домашних потребностей и существующего асортимента труб, рассчитаем по приведенной методике типовые варианты ректификационной колонны.

P.S. Выражаем благодарность за систематизацию материала и помощь в подготовке статьи пользователю нашего форума .

Конструкция ректификационной колонны имеет более сложное строение, чем у обычного самогонного аппарата. Более того, в отличие от аппарата, например, с сухопарником, работа с колонной подразумевает своеобразный “подготовительный” режим перед началом непосредственно перегонки. Если Вам посчастливилось (рекомендуем выбрать аппарат марки ), то наверняка в комплекте к ней Вы обнаружите инструкцию. Обязательно изучите этот важный документ, поскольку там будут даны все указания по работе именно с этой моделью. На деле использование ректификационной колонны — дело несложное, главное, точно понимать, что и для чего делается.

Как пользоваться ректификационной колонной

Для начала нужно отметить, что перегонять брагу сразу в режиме ректификации не совсем корректно. При этом значения не имеет. Вы рискуете насадкой, которая за очень короткое время “забьется”, что сделает процесс очистки спиртовых паров невозможным. Однако практически любая бытовая ректификационная колонна способна работать в режиме дистилляции, что позволит на первом этапе получить спирт-сырец. А вот его уже можно подвергать ректификации.

Подготовительным этапом считается режим работы колонны “на себя” в течение 15-20 минут. Это необходимо для ее прогрева, благодаря чему Вы избежите потерь по спирту. В этом режиме отбора фракций не происходит, на дефлегматор подается максимальное охлаждение, все пары конденсируются в нем и так называемая “дикая флегма” в полном объеме стекает вниз к перегонному кубу.

Всегда помните о том, что регулировка температуры путем добавления/уменьшения нагрева или охлаждения должна производиться плавно и постепенно, потому что система является инерционной, и установление нового стабильного температурного режима внутри колонны происходит не сразу, а в течение 20-30 секунд.

В в начале работы ректификационной колонны “на себя” Вы можете услышать легкий “вздох”, и это нормально. Это выходит воздух, находившийся в колонне до того, как туда попали пары. В момент выхода колонны на рабочий режим (начало процесса обмена фаз жидкость-пар массой и теплом) колонна может начать издавать незначительный шум, что тоже является нормой.

Когда колонна прогрелась, начинается непосредственно этап ректификации. Получить чистый этиловый спирт без посторонних примесей может помочь только ректификационная колонна.

Как пользоваться ректификационной колонной в “рабочем режиме”?

Вот краткая инструкция:

1. Температуру в верхней части колонны устанавливают таким образом (путем регулировки охлаждения дефлегматора и нагрева куба), чтобы начали испаряться головные фракции. Как правило, это 65-68°С. В можно встретить информацию, что показания термометра могут давать незначительную “гребенку”. Но главное, чтобы она была в узких пределах и в целом температурный режим оставался стабильным.
2. Головы отбираются со скоростью не выше одной капли в секунду. В остальном критерии те же, что и при перегонке на обычном дистилляторе (объем голов можно рассчитать, или же ориентироваться по запаху).
3. После отбора голов температуру в колонне поднимают до 77-78°С. Скорость отбора здесь можно слегка увеличить. Слегка увеличьте охлаждение и добавьте нагрев.
4. Как только температура в колонне при отборе “тела” начала ползти вверх — пришло время менять приемную емкость и отбирать хвосты, если Вы в них заинтересованы, конечно.

В целом видно, что работать с ректификационной колонной не так уж и сложно, важно за раз-другой приноровиться к регулировке температурного режима, ведь от него в большей степени и зависит качество отбираемых фракций. Что касается применения полученного напитка — тут уже каждый хозяин решает сам: будут это , или же чистый этанол будет применен в медицинских или технических целях.

Ректификация – это способ разделения компонентов смеси, основанный на свойстве компонентов данной смеси выкипать при различных температурах.

Ректификация представляет собой процесс разделения бинарных, многокомпонентных или непрерывных смесей на практически чистые компоненты или их смеси (фракции), отличающиеся температурами кипения (для бинарных и многокомпонентных смесей) или интервалами выкипания (для непрерывных смесей).

Анализ и нефтепродуктов на содержание в них индивидуальных углеводородов и их классов показывает, что нефть и ее фракции представляют собой сложную многокомпонентную смесь. Количество компонентов в нефти превышает 2000. Из-за большого количества компонентов нефть принято считать непрерывной смесью и выражать ее состав кривой истинных температур кипения (ИТК), имеющей плавный, непрерывный характер.

Поэтому процесс ректификации представляет собой массообмен, протекающий в обе стороны между 2-мя фазами смеси, одна из которых – жидкость, а другая – пар. Иными словами, это многократно повторяющееся контактное взаимодействие неравновесных фаз в виде жидкой нефти, а также пара.

Процесс ректификации осуществляется в результате контакта потоков пара и жидкости. При этом непременным условием является перемещение пара и жидкости навстречу друг другу по высоте (длине) ректификационного аппарата. Движущей силой тепло- и массообмена между паром и жидкостью в аппарате является разница температур по высоте (длине) аппарата.

Типы ректификационных тарелок

Ректификационная колонна является одним из центральных аппаратов технологической установки по первичной переработке нефти или нефтепродуктов. Применение данного аппарата вызвано необходимостью реализации простого способа разделения нефти или ее продуктов на фракции в зависимости от их температур кипения. Такой способ получил название ректификации, а аппарат для проведения данного процесса – ректификационной колонной.

Но одна ректификационная колонна не может справиться с задачами по разделению фракций. На нефтеперерабатывающих предприятиях колонна тесно связана со множеством другого оборудования – насосного, теплообменного, печного, сепарационного.

Наиболее удобно иллюстрировать принцип действия ректификационного аппарата на примере колонны с колпачковыми тарелками.

Ректификационные колонны

Тепломассообмен между противоточно движущимися неравновесными паровой и жидкой фазами в ректификационных осуществляется на контактных устройствах (КУ), которые часто называются “тарелками”.

В ректификационных колоннах поток парового орошения создается нагревательными элементами (печь, ввод перегретого водяного пара), а жидкого – конденсационными устройствами ( , холодные циркуляционные орошения).

В результате взаимодействия между паровой и жидкой фазами на КУ в соответствии с законами термодинамического парожидкостного равновесия паровая фаза обогащается легкокипящими, а жидкая – тяжелокипящими компонентами. Поэтому именно КУ и определяют в значительной мере общую эффективность процесса разделения.

Для нефтяных колонн вообще и для колонн АВТ, в частности, можно выделить ряд присущих им характерных особенностей:

• очень высокая производительность по сырью (до 1000 м 3 /ч для атмосферной колонны);
• подвод тепла в разделительную систему осуществляется огневым нагревом сырья в трубчатой печи (основная и вакуумная колонны АВТ), вводом перегретого водяного пара (практически все колонны) и циркуляцией «горячей струи» (отбензиневающая колонна АТ);
• последнее обстоятельство предполагает применение специальных сепарационных зон для разделения паровой и жидкой фаз;
• в схеме ректификации присутствуют выносные отпарные секции, а также циркуляционные орошения, что предполагает возможность организации на КУ боковых отборов жидкой фазы и подводов как паровой, так и жидкой фаз в нескольких точках по высоте колонны.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Вакуумная колонна

Эти особенности должны учитываться при выборе конструкций контактных устройств в задачах проектирования блоков разделения нефти.

Принцип работы ректификационной колонны

Конструкция ректификационной колонны представляет собой вертикальную емкость цилиндрической формы различного или постоянного сечения, которая используется для физического разделения смеси углеводородов и получения требуемых нефтепродуктов заданного качества в результате ректификации.

В колонне пары перемещаются вверх от тарелки к тарелке за счет разности давлений в эвапорационном пространстве и вверху колонны. Жидкость стекает вниз по тарелкам и сливным устройствам под действием силы тяжести.

Ректификационную колонну можно разделить на 3 функциональные части:

1. Концентрационная секция – расположена выше точки ввода сырья в аппарат
2. Секция питания – в центре колонны, подается сырье на тарелку питания
3. Отгонная секция – находится ниже точки ввода сырья

Для возможности протекания процесса ректификации температура нефти должна быть ниже температуры подаваемого пара. Данное следствие исходит из свойств равновесной системы. Если температура нефти была бы равна или ниже температуры пара процесс ректификации был бы невозможен.

Процесс ректификации может проводиться только для смесей с различными температурами кипения для возможности осуществления диффузионного процесса разделения. Для этого жидкость двигается сверху вниз, а пар – снизу вверх, чтобы обеспечить наилучший контакт и взаимодействие фаз.

Классификация ректификационных колон

Колонные аппараты можно разделить в зависимости от технологического процесса:

• Атмосферная и вакуумная перегонка (нефти и мазута);
• Вторичная перегонка бензина;
• Стабилизация нефти, газоконденсатов, нестабильных бензинов;
• Фракционирование нефтезаводских, нефтяных и природных газов;
• Отгонка растворителей при процессах очистки масел;
• Разделение продуктов термодеструктивных и каталитических процессов переработки нефтяного сырья и газов и т. д.;

Кстати, прочтите эту статью тоже: Перекрестноточные насадки (ПТН)

Типы контактных устройств ректификационных колон

Для осуществления процесса ректификации в колонных аппаратах обязательно используют контактные устройства:

• Насадочные;
• Тарельчатые ;
• Роторные.

Роторные колонны не получили большого распространения, к то время как тарельчатые и насадочные имеют большую популярность.

Видео: устройство и работа ректификационной колонны

ВАМ БУДЕТ ИНТЕРЕСНО:

На Атырауском НПЗ дан старт пусковым работам на Комплексе глубокой переработки нефти На НПЗ «Газпром нефти» в Москве установлена колонна вакуумной перегонки нефти установки «Евро+» Атырауский НПЗ в 2017 году переработал 4 723 647 т нефти и перевыполнил план на 1,6% Государства ОПЕК пришли к соглашению, касающегося добычи нефти в этом году

Для домашнего производства крепких напитков необходима современная аппаратура, сделанная из качественного материала. В магазинах производители предлагают модели, которые делятся на дистилляторы и ректификаторы. Многих начинающих винокуров мучает вопрос: что лучше для домашнего самогоноварения - колонна или самогонный аппарат.

Принцип действия мало чем отличается, а вот конечный продукт у ректификационной колонны получается лучше и чище, а по крепости ему нет равных, т. к. это практически чистый спирт. Чтобы узнать, чем же отличаются эти аппараты, какие у них технические параметры, индивидуальные нюансы, имеются ли недостатки, надо прочитать эту статью.

Вся процедура перегонки состоит в теплообмене, который происходит в изделии, в процессе охлаждения сырец отделяется, а очищенная субстанция появляется на выходе из устройства. При разной температуре нагрева вы получаете разные вещества:

• t=+56 C - получим ацетон;
• t=+65 C - можно выделить метиловый спирт;
• и только при t=+78 C получается спирт-ректификат;
• если продолжать нагревание до температуры кипения воды и выше, например, до 100 градусов, то на выходе получим воду, приправленную сивушными маслами и всякими примесями.

Основа всего происходящего в колонне процесса - контакт жидкого и парообразного состояния различных веществ, в результате чего выделяются различные пары, которые оседают в дефлегматоре, и только спиртосодержащие проходят дальше.

В испарителе происходит дополнительный нагрев, но только до +78 градусов, поэтому все вредные примеси и вода конденсируются и остаются в устройстве. На разных участках изделия происходит индивидуальное взаимодействие паров и конденсата, а фракции различного температурного уровня выпадают в конденсат и стекают в нижнюю часть.

Колонна - это устройство, имеющее определенную высоту, с вытянутой по всей длине емкостью, поэтому получается различная температура: до самого верха доходят только спиртосодержащие пары, все остальные фракции выпадают в конденсат, т. к. температура меньше, чем нужно для их кипения. Вкус и крепость конечного продукта существенно отличается в лучшую сторону от самогона, пропущенного через стандартный дистиллятор.

Современные модели колонн отличаются весьма высокой производительностью, а спирт, появляющийся в результате ректификации, не имеет сивушного запаха и посторонних примесей.

Чем отличается самогонный аппарат от ректификационной колонны

Самое главное отличие: стандартный аппарат для домашнего самогоноварения состоит из перегонного куба и змеевика-холодильника, где происходит конденсация спиртосодержащих паров. В некоторых моделях присутствует сухопарник, где происходит качественное отделение примесей и ароматизация паров для получения элитного алкоголя в виде бренди или виски.

Колонна же - довольно сложное устройство, она в основном предназначена для очистки уже полученного самогона, чтобы устранить все мельчайшие посторонние вкрапления и получить чистый спирт. Конструкция выполняется из нержавеющей стали, меди или латуни, т. к. внутри происходят весьма сложные высокотемпературные процессы и стойкость к коррозии должна быть довольно высокой.
Нижняя часть колонны называется царгой, а верхняя - охладителем или дефлегматор, потому что именно там происходит окончательное отделение различных флегм. В его крышке имеется трубка для связи с окружающей средой, чтобы внутреннее давление не превысило допустимого значения. Все нюансы работы мы уже обсуждали, поэтому опускаем.

Изделие устанавливается на перегонный бак или куб, а все соединения должны быть идеально герметичны. В самой верхней части находится отводная трубка для паров спирта, лучший вариант, когда и она имеет дополнительный холодильник. Высота изделия приличная, некоторые образцы до 2 м, поэтому такая конструкция может не поместиться в помещении: 2м + бак + плита. Лучший вариант — нагревать бак на специальной плите для самогоноварения: она имеет малые габариты, как настольная электроплита.

Брагу перегонять через колонну не рекомендуют, хотя сегодня производители уже освоили выпуск усовершенствованных образцов, которые справляются и с таким применением. Вердикт прост: самогонные аппараты предназначены для перегонки спирта-сырца, а колонна может очистить его практически полностью от запаха и вредных примесей.

Помните! Ректификационную колонну используют для получения чистого спирта, а если вы хотите делать ракию, бренди, где нужен аромат и специфический привкус исходного продукта, то используйте только самогонный аппарат.

Типы самогонных аппаратов и ректификационных колонн

Всего в мире существуют два основных типа устройств для практического самогоноварения:

1. Спиртосодержащие пары отводятся в сторону для охлаждения - сразу в змеевик или через сухопарник.
2. Пары отводятся вверх в ректификационное устройство, где происходит отделение примесей, полная очистка от запахов и последующее охлаждение.

Классические устройства подразделяют по системе охлаждения: при помощи змеевика или прямоточные, где охлаждающим элементом является корпус холодильника.

Колонны делят по количеству получаемого конечного продукта:

• простые, обеспечивающие разделение исходного сырья на два конечных продукта - ректификат и осадок;
• сложные - они обеспечивают разделение более, чем на два продукта, колонны с отбором дополнительных фракций в виде боковых погонов и из специальных отпарных стриппингов.

Существует также разделение по назначению, величине давления, принципу действия или организации контакта внутри конструкции.

Кроме этого, колонны делятся на полные и неполные. Неполные изделия делятся еще на два вида:

1. Бражная или отгонная колонна, которая действует по такому принципу: на верхнюю тарелку попадает спиртосодержащий пар, а из куба выходит чистая вода. Конденсат выпадает в холодильнике, а дефлегматор не устанавливается.
2. В спиртовых колоннах все происходит зеркально: под нижнюю тарелку подается пар. Из верхней части отводится спирт, а снизу - остаток с водой, дефлегматор выполняет функцию питания жидкой средой. Такие колонны устанавливаются на аламбики.

Первые не предназначены для получения чистого спирта, а второй вариант не применяется для получения чистой воды.

Характеристики обоих устройств

Всем известно, что основное назначение самогонного аппарата - это получение спиртосодержащей жидкости из браги путем ее перегонки и последующей очистки. Основными техническими параметрами являются:

Объем

Именно он влияет на масштаб производства в домашних условиях, поэтому выбор изделия основан на этом параметре: чем больше браги, тем больше литров спирта-сырца, который очищают различными методами или осуществляют повторную перегонку.

Материал

В основном все детали современных моделей выполнены из пищевой или медицинской нержавеющей стали. В производстве используются такие марки:

• AISI 304 благодаря довольно высоким очищающим свойствам применяется в медицине, на молочных фермах и аналогичных заводах;
• сталь марки 430 имеет низкое качество, но зато изделия из нее можно нагревать на индукционных плитах;
• сплавы с медью и комбинации сталей разных марок встречаются у многих моделей самогонных аппаратов отечественного и зарубежного производства.

В самодельных устройствах пока еще используется алюминий, но он уже практически вытесняется более надежными материалами. Змеевики изготавливают из меди или латуни, только элитные аппараты под названием аламбики, которые применяются для производства домашнего элитного алкоголя, выполнены полностью из меди.

Дополнительные устройства

К ним относятся термометр, спиртометр, сухопарник, дефлегматор и другие, помогающие контролировать процесс перегонки. Повторное очищение дает хороший результат, но его не проводят в том случае, когда надо получить ароматный напиток с запахом.

Технические характеристики универсальных ректификационных колонн для наглядности лучше представить в виде небольшой таблицы:

Все уплотнительные соединения в колонне выполнены из высокотемпературного пищевого силикона с гарантийным сроком эксплуатации не менее 10-20 лет, температура допускается до +150°С.

Преимущества и недостатки

Стандартный аппарат для производства самогона имеет следующие плюсы:

1. Простейшая конструкция, принцип действия понятен всем пользователям, можно изготовить самостоятельно без больших финансовых затрат.
2. Большое количество рецептов, которое идет в комплекте с готовой моделью, но можно значительно расширить их, изучив рецептуру в интернете.
3. Высокая надежность конструкции и всех материалов.
4. Низкая стоимость, которая особенно влияет на широкую доступность для всех слоев населения.

Ректификационные колонны имеют свои преимущества:

1. Получение чистого продукта без запаха и посторонних примесей.
2. Крепость конечного продукта намного выше, чем у простого аппарата.
3. Применяется для выделения спиртосодержащей жидкости из браги на основе сахара, т. к. именно там много посторонних примесей и запаха.

В сравнении классический аппарат имеет больше негативных особенностей:

• невысокая производительность;
• низкий процент содержания спирта - не более 70%;
• малая степень очистки при первичной перегонке;
• опасность при несоблюдении мер безопасности.

У ректификационных колонн только один недостаток - большая высота конструкции.

Что лучше выбрать

Если сравнивать конструкцию классического изделия для самогоноварения и ректификационную колонну, то разница ощутимая, да и используют их для разных целей. Поэтому ваш выбор будет напрямую зависеть от целей, а также от того, что вы собираетесь перегонять:

1. Для винной браги, а также на основе ягод и фруктов лучше использовать самогонный аппарат.
2. Для браги из сахара лучше применять колонну, т. к. конечный продукт получается чистый и без запаха.

Сегодня в продаже имеются модели универсальных изделий, которые могут работать в качестве простого дистиллятора или как мощная ректификационная колонна.

Особым спросом у опытных винокуров пользуются устройства, сделанные немецкими производителями, имеющими дополнительную царгу, которая вкручивается в дистиллятор. Например, колонна и аппарат имеют одинаковую производительность 2 л/ч, но вот продукт получается довольно разный:

• плотность или крепость у классического изделия всего 60%, а у колонны - 96%;
• уровень очистки у дистиллятора в 60 раз ниже, чем у колонны.

Самогонные аппараты практичнее из-за своих габаритов, а колонны намного выше - самая компактная будет около метра в высоту.

Если сравнивать производительность разных изделий, то классика выдает 2 л в час спирта-сырца, а колонна - 2 л чистого спирта 96,6% или в пересчете на 60% самогон - 6-7 л. Поэтому при покупке надо определиться, что для вас важнее - чистота конечного продукта или простое использование изделия в любом месте. Финансовые возможности также играют важную роль.

Выводы

Если говорить о чистоте конечного продукта, то ректификационные колонны на голову выше простого самогонного аппарата, но большое значение имеет финансовая сторона. Каждый пользователь выбирает для себя необходимую модель, мы же бесстрастно констатируем, что классика жанра все-таки проигрывает техническому прогрессу в лице более продуктивной ректификационной колонны по основным техническим показателям.

Ректификационная колонна, которая еще 20 лет назад была только на спиртзаводах, теперь используется и в быту для производства высококачественного спирта – ректификата, что для обычного самогонного аппарата задача невыполнимая.

И чтобы лучше понять, что это такое, каково устройство и принцип действия ректификационной колонны, а также как изготовить агрегат своими руками, стоит ознакомиться с вопросом более детально.

Ректификационная колонна – это сложное устройство, состоящее из нескольких узлов: —царги—, узла отбора и —термометра—, – необходимых для протекания полноценной ректификации. Этот процесс позволяет разделить многокомпонентную смесь, состоящую из веществ с близкой температурой кипения/испарения.

Главное отличие ректификации от обычной дистилляции в том, что при ней испарение и конденсация веществ – это не единичное явление, а постоянный цикличный процесс. В результате —самогонный аппарат— колонного типа производит спирт высочайшего качества – ректификат.

Устройство и принцип работы ректификационной колонны

Царга

Находится в основании колонны и является одной из основных ее частей. Внутри нее протекает газо-жидкостный массообмен – одно из основных явлений в процессе ректификации. Происходит это следующим образом:

• Жидкость, закипая в —перегонном кубе—, испаряется и в газообразной форме проходит через царгу.
• Пар, дойдя до дефлегматора, охлаждается и конденсируется на его стенках.
• Конденсат стекает сначала по стенкам дефлегматора, а потом и по стенкам царги обратно в куб.
• В этот момент между стекающим конденсатом и восходящим паром происходит газо-жидкостный массообмен. Он заключается в передаче тепла и некоторого количества испаренных веществ от пара к конденсату. Под таким воздействием часть флегмы – ее легкокипящие составляющие: спирт и небольшая доля воды вновь испаряются, не доходя до перегонного куба, а более труднокипящие: сивушные масла и другие примеси продолжают стекать в перегонный куб.

Таким образом в верхней части колоны скапливается в основном спирт, а примеси в основном циркулируют в нижней части агрегата. Как следствие, на выходе получается ректификат с крепостью около 95%.

В ректификационной колоне может быть как одна царга, так и несколько. При этом чем выше колонна, тем больше площадь, на которой проходит массообмен между флегмой и паром, что в свою очередь улучшает качество получаемого продукта.

Внутри царги находятся насадки, на поверхности которых и происходит основной массообмен. Изделия из нержавейки хорошо подходят для сахарной и зерновой, а медные – —для фруктовой браги—.

Кроме насадок внутри царги могут размещаться тарелки, которые еще больше увеличивают площадь, на которой проходит газо-жидкостный массообмен, что сказывается на качестве получаемого ректификата.

Стенки царги могут иметь дополнительный подогрев, усиливающий испарение флегмы, не попавшей на насадки и тарелки. Такое дополнение также улучшает качество конечного продукта.

Дефлегматор

Верхняя часть ректификационной колонны, отвечающая за сбор и охлаждение восходящих паров до флегмы. Отсюда конденсировавшаяся жидкость стекает вниз в царгу.

Дефлегматор может быть выполнен по нескольким принципиальным схемам, самой простой является пленочный вариант, а одной из самых популярных – холодильник Димрота,

Узел отбора

Отвечает за сбор части конденсировавшейся флегмы и ее вывод наружу в тару для сбора. В зависимости от настроек узла отбора варьируется и количество отбираемого конденсата. Чем меньше его отбор, тем выше качество ректификата.

Термометр

В ректификационной колонне, в отличие от стандартного самогонного аппарата, является обязательной составной частью системы. Дело в том, что ректификация – это очень тонкий процесс, сильно зависящий от поддержания правильной температуры.

Перегонный куб с ТЭНами

Хотя ректификационная колонна может использоваться и с обычным кубом на газовой, электро- или , значительно лучше оборудовать ее ТЭНовым агрегатом.

Такая особенность, как и термометр, связана с необходимостью точной и тонкой регуляции температуры внутри системы, а значит и с регуляцией мощности устройства, нагревающего брагу.

Газовые вентили требуют большого мастерства, индукционные плитки имеют фиксированный шаг от 100 до 300 Вт, а вот регуляторы ТЭНов позволяют изменять мощность по 3-5 Вт.

Что лучше, классический самогонный аппарат или ректификационная колонна?

Чтобы понять преимущества ректификации перед дистилляцией, стоит провести наглядное сравнение этих технологий.

Чтобы посредством дистилляции получить продукт такого же качества, как при ректификации, нужно провести около 10 последовательных перегонок. При этом нужно учитывать, что перегонять спиртосодержащий продукт крепче 20-30% взрывоопасно (самогоноварение взрывоопасно по умолчанию, но в этом случае риск значительно увеличивается).

Как сделать ректификационную колонну своими руками по подробной схеме

Агрегат выполняется по простой конструкции.

Расчет и сборка ректификационной колоны своими руками проводятся следующим образом:

Вместо послесловия

Спирт, полученный посредством ректификации, значительно качественней дистиллята из классического самогонного аппарата.

Но вместе с положительными сторонами приходят и недостатки : требования к оборудованию значительно выше, а его изготовление затратнее, кроме того, эксплуатация также требует высокого мастерства.

Поэтому однозначно определить, что лучше, хороший самогонный аппарат или ректификационная колонна, не так легко, но, конечно, существует промежуточное решение – бражная колонна. Она дает дистиллят, но не ректификат, очень высокого качества, и пользоваться ей проще, тут все дело в приоритетах.