Любители приготовления домашних спиртных напитков со временем приходят к необходимости повышения качества. Лучшим решением является получение чистого спирта и разбавление его по требуемому рецепту.
Получить чистый спирт поможет ректификационная колонна. Совсем недавно информация о домашней ректификации была недоступной, сегодня большое количество специализированных форумов и блогов подробно освещает процесс домашней ректификации и постройки соответствующего оборудования.
Ректификация — процесс очистки спирта от легких эфирных и тяжелых сивушных составляющих, избавление продукта от глюкозы, сахаров и кислот. Процесс ректификации позволяет получить чистый этиловый спирт до 96°.
Получившееся сырье применяется в технических, медицинских целях, а также для приготовления высококачественного спиртного.
Справка. Чтобы без ошибок сделать аппарат своими руками, нужно понимать физику и химию процессов ректификации.
Спирт-сырец или брага нагреваются в кубе. Пары поднимаются по царге, самые тяжелые части конденсируются в нижней части набивки и стекают в куб. Пары полегче поднимаются выше набивки, конденсируются и стекают в куб. Новая порция паров поднимается, нагревает уже стекающую флегму, из нее испаряются легкие фракции — вступает в силу основополагающий принцип тепломассообмена.
Самые легкие частицы достигают холодильника Димрота, где охлаждаются и стекают. Когда в ректификационной колонне пары «выстроились» по этажам в соответствии с плотностью, начинается отбор спирта в верхней части колонны. Начинающие ректификаторы допускают ошибку именно на этом этапе — или допускают «захлеб» — излишнее возникновение флегмы, или отбирают много продукта, тогда страдает «этажность» и получившийся спирт будет с примесями.
Сделать ректификационную колонну в домашний условиях довольно сложно. Серьезные производители подробно рассчитывают и испытывают свой товар, прилагают подробную инструкцию. Перед самодельщиком стоит выбор:
- Повторить задумку популярных производителей, скопировать уже существующий аппарат. При необходимости в проверенные схемы можно внести правки и доработки.
- Сконструировать свою схему, отличающуюся от прочих.
Из чего состоит ректификационная колонна, и ее чертеж?
Домашний мастер может изготовить царговую ректификационную колонну. Она прощает многие ошибки, и результат будет гарантирован.
Чертеж ректификационной колонны
Перегонный куб
Это емкость, куда встраиваются нагреватели, испаряется брага или спирт-сырец.
Характеристики емкости:
- Прочность. Вес ректификационной трубы будет приходиться на крышку, поэтому куб должен быть жестким.
- Химическая нейтральность к спирту. Идеальный материал — пищевая хромникелевая сталь (нержавейка).
- Удобность. Емкость нужно поднимать, перемещать, сливать из него барду (перегон). Объем емкости рассчитывается в зависимости от требуемой производительности аппарата, мощности нагревателей.
- Утепление. Теплопотери должны быть минимальны. поэтому и стенки, и дно должно быть «упаковано» в утеплитель без мостиков холода.
Царга для самогонного аппарата
Царга — это труба, которая устанавливается на куб. По сути, это и есть основной каркас ректификационной колонны. Существует тарельчатая царга, но она редко применяется в домашних условиях.
Характеристики:
- Прочность. Толщина стенки царги обычно принимается от 1 до 1.5 мм. Это создает достаточную прочность при небольшом весе.
- Химическая нейтральность.
- Утепление. Чтобы выстроить в колонне пары различных фракций «по этажам», царга должна быть хорошо утеплена. Отлично подойдет рукав из вспененного полипропилена или лотки из пенополистирола, применяемые в сантехнике.
- Разборность. Для удобства чистки и хранения царгу можно сделать разборной — из колен 30-40 см. Это позволит регулировать высоту аппарата, что влияет на скорость и качество продукции.
- Наличие смотровых стеклянных участков.
- Диаметр. Если это тонкая трубка (до 2 дюймов), набивка не нужна — все процессы происходят на стенках. Такая колонна называется пленочной. Диаметры выше требуют применения насадки — уплотнительной набивки для повышения площади тепломассообмена.
Набивка или насадка
Набивка нужна для осаждения флегмы, ее повторного испарения. Главная характеристика набивки — площадь. В качестве набивки применяют камни определенных пород, сито из нержавеющей стали, стружечные спирали из нержавейки.
В продаже есть много уже готовых решений, домашние мастера придумали различные недорогие варианты-заменители. Чаще всего для замены заводским набивкам используются металлические сеточки для мытья посуды или металлическая стружка.
От объема и плотности насадки зависит выстраивание паров по этажам. Если в колонне используется мелкая стружечная призматическая насадка, нужно сделать решетчатую опору, чтобы насадка не попадала в куб.
Охладитель Димрота
Вверху ректификационной колонны находится охладитель — трубка, свитая в спираль.
По ней циркулирует холодная вода. Он полностью охлаждает все легкие пары. Характеризуется плоскостью наклона, мощностью, длиной.
Узел отбора
Он служит для того, чтобы отобрать спирт из верхнего «этажа». Отбор осуществляется не полностью, большая часть флегмы возвращается в царгу. Соотношение забранного продукта к вернувшейся в царгу флегмы называется флегмовым числом.
Чам выше флегмовое число, тем меньше производительность аппарата, тем чище получается продукт.
Существуют три вида отбора:
- По браге. узел отбора находится выше холодильника Димрота, и улавливает прорвавшиеся пары. Они доохлаждаются в дополнительном проточном холодильнике.
- По жидкости. Охладившаяся флегма «верхних этажей», капая с холодильника, отбирается через наклонные плоскости или отстойник.
- По пару. Часть пара поднимается вверх, к Димроту, а часть устремляется к дополнительному холодильнику, где конденсируется. Обеспечивается стабильное флегмовое число, не изменяемое в течении всего времени перегонки.
Дополнительный холодильник
Несет вспомогательную функцию.
Что делает:
- доохлаждает получившийся продукт,
- осаждает случайно попавшие пары,
- охлаждает готовый продукт.
Подробнее о том, что из себя представляет ректификационная колонна, и каков принцип её работы, вы узнаете из этого видео:
Выбор конструкции
Размеры и конструкция аппарата зависит от ряда факторов:
- Требуемая производительность. при большей производительности царга с набивкой будет выше и шире — пара проходит больше. Охладитель и узел отбора также должны обеспечить достаточную эффективность. Минимальная длина царги — 1.5 метра, лучше сделать ее разборной из трех колен — 1 метр, 0.2 метра, 0.5 метра. это позволит использовать аппарат как для дистилляции, так и для ректификации.
- Возможные размеры. Часто домашние ректификационные колонны ограничены в размерах из-за высоты потолка. Сэкономить место поможет смещение холодильника димрота в верхней части аппарата, или размещение его перпендикулярно царге (молот Тора).
- Доступ к технологиям металлообработки. Аппарат из нержавеющей стали прослужит долго и не будет окислять спирт, но для соединения деталей потребуется аргоновая сварка или электроды по нержавейке. Варить нержавейку сложно. При возможности можно применять лабораторное термостойкое стекло, но оно слишком хрупкое. Отличный вариант для самодельщика — медь. Она легко паяется газовой горелкой, в продаже есть большое количество
- Объем заправляемого сырья. Чем больше применяемый куб, тем выше должна быть производительность. Испарение спирта происходит при 75 — 80 °С, снижение температуры снизит скорость процесса.
- Бюджет. При минимальном бюджете рассматривать надо простую, но эффективную конструкцию с механическими регулировками. Если бюджет не стеснен, аппарат дополняется точными игольчатыми кранами, дополнительными узлами и автоматикой управления.
Для домашнего дистиллирования наиболее простой будет колонна с кубом до 50 литров со встроенными ТЭНами мощностью 3 Квт. Диаметр колонны 32 мм, узел отбора по жидкости по мотивам конструкции Алекса Бокакобы, холодильник Димрота, вставленный выше узла отбора.
Дополнительный охладитель не нужен, вместо него отлично служит пластиковая трубка длиной 1.5 метра, охлаждаемая воздухом. В качестве насадки можно использовать насадку Панченко, СПН или металлические нержавеющие мочалки для посуды. Все соединения производятся на недорогие сантехнические резьбовые соединения.
Оптимальные расчеты
Расчет колонны начинается с определения следующих параметров:
- Возможная высота. Практика показывает, что для домашнего аппарата оптимальной будет высота в 1.5 — 2 метра. Если в роли нагревателя используется газовая плита, высота царги будет 1.2 — 1.5 метра. Диаметр зависит от высоты, среднее соотношение — 1/50. К примеру, царга 1.5 метра должна быть не больше 32 мм. (округляем до стандартных труб).
- Мощность ТЭНа или нагревателя. Царга 1.5 метра будет иметь производительность примерно 300 мл/час, что соответствует 300 ватт мощности ТЭНа. Мощность нагревателя должна быть достаточной для нагрева до 70 °С объема браги в течении 1 часа, а также иметь возможность оптимального регулирования.
- Объем куба. Это утепленная емкость с удобным размером, транспортабельная. Для экономии высоты помещения диаметр и высота должны быть примерно одинаковыми. От объема куба зависит количество нагретых паров. Для домашнего использования удобны кеги из-под пива 25, 30, 50 литров. Алюминиевые бидоны или бачки лучше не использовать — алюминий быстро корродирует.
- Мощность охладителей. Охладитель должен полностью справляться с конденсированием паров при минимальном протоке воды. Точной формулы расчета мощности охладителя не существует, количество витков и длина подбирается опытным путем. Для нашей конструкции вполне достаточно 30 сантиметров плотно навитой спирали из трубки 6 мм. Лучше изготовить холодильник с запасом мощности и регулировать скоростью подачи холодной воды.
Как сделать из фитинговой сантехники в домашних условиях?
Действия следующие:
- Закупаем материалы — 2 метра трубы 32 мм из меди; олово для пайки; 15 см медной трубки диаметром 8 мм, 2 метра трубки 6 мм; игольчатый кран, пластиковый шланг диаметром 8 мм. Приобретаем готовую насадку или заменитель — керамический гравий, металлическая мочалка. Наиболее простые соединители — клампы или латунная резьба.
- Делаем царгу. Делим трубу на отрезки 1 метр, 0.3 метра, 0.5 метра. Отрезок 10 сантиметров припаиваем к крышке куба, вставляем сеточку для задержки насадки. На каждый стык припаиваем кламповое соединение или сантехническую резьбу из меди или латуни.
- Собираем узел отбора по мотивам Алекса Бокакоба. На трубке длиной 0.3 метра ближе к нижнему краю делаем два угловых пропила под 30 — 40 градусов. В пропилы вставляем пластинки из меди, обрезаем и запаиваем. Сверлим отверстие для трубки отбора жидкости, отверстие должно находиться внизу «кармашка» нижней пластинки. На трубку отбора припаиваем резьбу для игольчатого крана, который будет регулировать отбор. Сбоку и чуть выше отверстия отбора вставляем трубку «прямотока». Он нужен, чтобы контролировать флегмовое число. Прямоток проводит флегму из «кармашка» отбора ниже, флегма капает в центр насадки. Средняя часть прямотока выполнена из прозрачной пластиковой трубки.
- Собираем охладитель , для чего плотно навиваем медную трубку, набитую песком на штырь диаметром 12 мм. Штырь извлекается, песок вытряхивается и выдувается. Получается спираль, один конец которой нужно продеть внутрь. Начало и конец трубки продевается в латунный «стаканчик» с резьбой и запаиваются — это пробка. Получившийся холодильник вставляется выше узла отбора, капающая флегма собирается наклонными плоскостями.
- Перед применением засыпаем насадку в царгу. Насадка не должна плотно закупоривать трубу, пар должен свободно проходить через нее.
- При желании можно сделать проточный доохладитель. Он состоит из двух трубок, диаметром 10 и 12 мм. Длина тонкой трубки на 3 см. короче, чем толстой. Трубки вставляются одна в другую и торцы запаиваются. К толстой трубке припаиваются вход и выход холодной воды.
Колонна собрана и готова к использованию. Перед применением детали лучше промыть слабым раствором уксусной кислоты при помощи ершика.
Посмотрите видео, в котором показано, как собрать ректификационную колонну своими руками:
Режимы работы
Режимы следующие:
- Нагрев браги до 72 -75 °С. Охладитель Димрота работает с минимальной мощностью.
- Прогрев колонны и выстраивание «этажей» конденсации флегмы. На протяжении всей колонны идет активный барботаж и паромассообмен. Важно не допустить перенасыщения колонны, иначе будет «захлеб» — флегма закупорит весь диаметр царги. Подбираем мощность нагревателей так, чтобы возле узла отбора температура была 71 — 75 °С.
- Начало отбора. При отборе по жидкости неизбежно нарушается стройная пирамида в царге, поэтому флегмовое число нужно будет корректировать. Плотность пара постепенно падает, инстенсивность отбора также. Первая отобранная жидкость — «головы» — содержат летучие эфирные составляющие. Объем голов доходит до 20 % от планируемого содержания спирта.
- Отбор основного товарного спирта идет до появления запаха сивушных масел.
- При желании вытянуть из сырья все возможное , вытягиваем «хвосты» — последнюю часть спиртсодержащих паров. В них большое количество сивушных масел, хвосты смешиваются в «головами» и применяются при дальнейших ректификациях.
- Завершение ректификации — выключение нагревателя, остывание труб.
Весь цикл в в зависимости от желаемого качества продукции может продолжаться сравнительно долго — от 8 часов до 2 суток.
Средняя производительность собранной нами колонны — 250-300 мл. 96° спирта в час.
Нужно ли проектировать оборудование?
Процесс расчета, сборки и испытаний самодельного оборудования приносит огромное удовольствие. Результат после правок и доработок будет гарантирован. Однако первые трудности или неудачи способны остудить пыл начинающих ректификаторов.
В итоге самостоятельного конструирования на результат влияют даже незначительные нюансы — плотность набивки, угол наклона, диаметр трубок Димрота… В случае, если нужен быстрый и гарантированный результат — лучше приобрести готовый аппарат от производителя. При покупке важно знать устройство, продуктивность и назначение аппарата, чтобы не купить подделку или неэффективный прибор.
Всем привет!
Пару недель назад мне в руки попало очень интересное оборудование для самогонщиков – бражная колонна . Ее еще называют пленочной колонной или дистиллятором с укреплением. Приобрел ее один мой знакомый винокур и любезно предложил протестировать сей агрегат.
Какой итог спросите вы? Мой коллега гонит превосходный 88-и градусный самогон, а я теперь знаю, что отвечать читателям, когда меня спрашивают “Как сделать крепкий самогон”. Заинтересовал?
И так, в сегодняшней статье я расскажу, что такое бражная колонна, принцип ее работы и как на ней правильно гнать самогон.
Что такое бражная (пленочная) колонна
Сейчас я кратко расскажу, для чего нужна бражная колонна, а в следующей главе разберу более подробно принцип ее работы.
Итак, пленочная колонна это оборудование, позволяющее получать очень крепкий и чистый самогон. Вплоть до 90 градусов! И при этом оборудование довольно простое по конструкции и использованию, а цена его относительно небольшая. Устанавливается оно прямо на перегонный куб.
С виду бражная колонна напоминает обычный прямоточный дистиллятор . По сути, так оно и есть, разница лишь в том, что на восходящей от куба трубе установлен еще один холодильник. Так называемый дефлегматор или парциальный конденсатор.
Вот в нем-то и кроется вся суть. Но об этом уже в следующей главе.
Принцип работы пленочной колонны
Чтобы было нагляднее, я нарисовал простенькую схему работы.
Итак, как я уже говорил, ставится колонна прямо на перегонный куб. Нагретые пары самогона из куба попадают в парциальный (по-русски — частичный) конденсатор. Там часть паров конденсируется и оседает на стенках охладителя, а другая часть идет дальше.
Поэтому первый охладитель и называют частичным, т.к. он конденсирует не весь пар.
Та жидкость, которая осела на стенках охладителя, называется флегмой . Отсюда и другое название парциального охладителя – дефлегматор .
Как вы помните, самогон состоит из различных примесей, которые условно разделены на три основные группы – “головы”, “тело” и ”хвосты”. Головы испаряются при более низкой температуре, чем остальные группы. Тело при более высокой, чем головы, а хвосты являются самой высококипящей фракцией. Пьем мы, как известно только тело, а все остальное отсекаем. Такая перегонка называется дробной
.
Так вот, охлаждая пары самогона в дефлегматоре, мы их разделяем и пропускаем дальше более низкокипящие компоненты, а все остальное конденсируется на стенках охладителя и пленкой стекает обратно в куб.
Отсюда и второе название колонны – пленочная .
При этом спиртосодержащий пар, восходящий в царге парциального конденсатора постоянно взаимодействует с стекающей ему на встречу флегмой. Происходит процесс тепломассообмена — пар выхватывает из флегмы низкокипящие составляющие и отдает ей высококипящие (сивушные масла и воду). Отсюда и такое бешеное укрепление – до 90 градусов конечного продукта!
Регулируя подачей воды температуру в дефлегматоре мы можем довольно качественно разделить самогон на фракции и отсечь ненужные его части. Для начала мы устанавливаем такую температуру, чтобы пропустить во второй охладитель только «головы», а спирт и все остальное возвращаем в куб. А затем повышаем температуру и выгоняем спирт, оставляя во флегме «хвосты».
Но чтобы четко отсечь головы с хвостами и получить чистый и крепкий самогон с колонной необходимо правильно работать. К счастью научиться этому довольно просто.
Как правильно работать на бражной колонне
- Первая перегонка.
Ну тут все просто. Наша колонна будет работать только как дистиллятор, дефлегматор не используется. Подаем воду только во второй холодильник и как можно быстрее перегоняем брагу на спирт-сырец. Для тех, кто не знает для чего это делается — читать статью двойная фракционная дистилляция .
- Вторая перегонка.
Отбор голов
Начинаем греть куб. Когда температура в кубе приближается к 75 градусам подаем воду в оба охладителя. Причем в дефлегматор необходимо подавать столько воды, чтобы пар в нем полностью конденсировался и не попадал во второй охладитель. Т.е. в приемную емкость течь ничего не должно.
Такой режим работы называется «работой на себя». Длиться он должен 25-30 минут. За это время в царге сконцентрируются головные фракции.
Теперь очень аккуратно начинаем снижать подачу воды в укрепляющий дистиллятор до тех пор пока из второго охладителя не начет капать самогон со скоростью 2-3 капли в секунду. Стоит заметить, что время отклика колонны на изменение подачи воды довольно велико.
Поэтому необходимо делать паузы между изменениями входящих параметров — чуть убавили воды и ждете 30 секунд. Затем смотрите на результат и если надо, убавляете еще. Или прибавили.
И так, на скорости 2-3 капли в секунду отбираем головы. Отбираются они на как правило на запах, но если ваш опыт самогоноварения пока еще не позволяет этого сделать, то пользуйтесь стандартной пропорцией — 50 мл на каждый килограмм сахара в браге.
Когда головы закончились — меняем емкость и начинаем отбор тела.
Отбор тела
Медленно уменьшаем подачу воды в дефлегматор. Самогон начинает выходить быстрее. Чем меньше подаете воды, тем быстрее начинает идти процесс. Но при этом крепость и чистота дистиллята падает.
Тут выбирайте сами — либо побыстрее в ущерб степени очистки и градусности, либо покрепче и чище, но подольше.
Компромиссным решением, на мой взгляд, является скорость, при которой самогон идет тонкой струйкой.
Теперь настала пора обратить внимание на термометр, установленный над пленочной колонной. В этот момент на нем должна зафиксироваться какая-то определенная температура. Какая именно у вас будет я сказать не могу, т.к. она зависит от крепости вашего спирта-сырца, залитого в аппарат.
Но вот что вам надо запомнить. Если вы выбрали правильный режим отбора, то температура должна держаться на этом уровне. Если же она растет, пусть даже очень медленно (на 1-1,5 градуса), но постоянно, значит мы подводим слишком много тепла и самогон идет ненадлежащего качества. Поэтому либо увеличиваем подачу воды, либо уменьшаем нагрев.
Теперь, когда мы отрегулировали колонну и из второго прямоточника течет струйкой крепкий самогон, а температура выходящего из колонны спиртосодержащего пара постоянна (колеблется в пределах 0,1-0,2 градусов), мы отбираем тело.
Но через какое-то время температура все же начинает увеличиваться — все потому, что спирта в кубе становится меньше. Тогда необходимо вновь немного увеличить количество подаваемой воды в дефлегматор. Температура вернется к прежнему значению, но количество выходящего самогона уменьшится.
Вот в таком режиме и отбираем тело до хвостов. Опытным самогонщикам их появление подскажет собственный нос. Начинающим же рекомендую переходить к отбору хвостов, когда температура в кубе (именно в кубе, а не над колонной!) поднимется до 93ºС.
Отбор хвостов
Если вы занимаетесь отбором хвостов, то просто отключаете подачу воды в дефлегматор и отжимаете остатки как при обычной дистилляции. На всякий случай напомню, что хвосты мы собираем в отдельную емкость.
Обновление: В феврале я приобрел собственную пленочную колонну ХД/4-2500 ПК производства «Самогон и водка». Она немного доработана по сравнению с заводской конструкцией — утеплен дефлегматор и поставлены игольчатые клапаны для регулировки подачи воды.
Общее впечатление и выводы
Работать на пленочной колонне мне понравилось. И получаемый продукт тоже пришелся по вкусу.
Перечислю пожалуй плюсы, которые я отметил
- Головы идут концентрированные, с резким запахом. Грань, когда они заканчиваются и начинается тело хорошо ощутима. То же самое и с хвостами. Следовательно можно четко разделить самогон на фракции и получить очень качественный продукт.
- Крепость дистиллята достигает 80-90%. Спирт конечно вы не получите, для этого необходимо оборудование посерьезнее, но и цель такую мы не ставили.
- Плодово-ягодные браги не теряют своего вкуса и аромата.
- Сахарный самогон получается более мягким и приятным на вкус
- Простота конструкции, сравнительно небольшая цена и легкость в использовании.
В общем для себя я выводы сделал — для сахарного самогона бражная колонна обязательна. И очень желательна для плодово-ягодного.
Такое оборудование позволяет изготовить продукт очень достойного качества. Лично я уже решил, что закажу себе такую колонну . Правда после Новогодних праздников, когда семейный бюджет восстановится.
Обновление: В феврале я все-таки купил колонну. Ее фото в предыдущем разделе.
Всем пока.
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.
Критерий | Дистилляция | Ректификация |
Вкусо-ароматические качества конечного продукта | Вкус и запах соответствуют сырью браги. | Очень чистый спирт без вкуса и запаха. |
Крепость напитка | В зависимости от конструкции аппарата и количества перегонок от 40 до 65%. | до 97, в среднем 93-95%. |
Степень отделения веществ с разной температурой кипения/испарения | Низкая, даже вещества имеющие большую разницу в температуре испарения после конденсации остаются вместе. | Очень высокая, при необходимости можно не только отделить спирт, но и разделить сивушные масла на составляющие. |
Степень отделения вредных веществ от спирта | От низкой до средней. Улучшить качество отделения можно только за счет увеличения количества перегонок. | |
Потеря спирта | Большая, в лучшем случае получится собрать до 80% продукта, содержащегося в браге. | Маленькая, потери на практике составляют от 1 до 3%, хотя при идеальных условиях их может и не быть. |
Сложность создания и использования агрегата на базе технологии | От низкой до средней, примитивные модели не имеют строгих размерных критериев, потенциал улучшения оборудования ограничен. Обращаться с технологией легко и просто. | Высокая. Для создания понадобится специализированное оборудование и строгий перечень материалов. Для эффективного использования нужны теоретические познания. |
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.
В 80-х годах XIX века, когда самогонное дело начало набирать популярность среди любителей алкоголя, никто и представить не мог, что ректификационные колонны, которые приносили огромное количество чистого спирта, при малых затратах, станут доступны рядовому любителю по вменяемой цене.
Для получения самогона, очистки браги, дистилляции, применяют ректификационной колонны . Тем не менее, конструкция этого устройства проста и его можно сделать своими руками, тем самым сведя затраты на аппаратуру к минимуму.
Рассмотрим, как сделать её своими руками, какие можно применять материалы, как сконструировать отдельные элементы и интегрировать в самогонный аппарат.
Для начала разберёмся, что такое ректификация:
- Это процесс, когда из смеси выделяется один компонент под действием давления и температуры.
- Нагревающий элемент испаряет брагу, которая проходит через фильтры.
- Часть её возвращается назад, а часть проходит дальше.
- Так происходит из-за жидкости, которая поступает на изгибе трубки.
- Она конденсирует часть раствора и возвращает назад.
- Более легкая летучая часть проходит дальше, в последний сегмент, где находится поток воды.
Конечный продукт осаждается в сосуде.
Медная
Стандартная структура, которая подразумевает медную конструкцию в качестве основы. Такой материал как медь обладает отличными характеристиками теплопроводности, сжатия-расширения.
Внимание! Медь не добавляет вредные примеси и осадки в раствор, что делает её эталонным материалом.
Тем не менее, у меди есть один весомый минус – как и любой металл, она окисляется и приобретает зеленоватый цвет.
Коррозионные процессы негативно влияют на качество и чистоту продукта. Так же окисляются металлические фильтры внутри трубки и вся конструкция становится непригодной.
Из полипропилена
Также распространённый вариант.
Полипропилен материал, используемый в сантехнике:
- Он стоит дешевле и доступен в любой строительном магазине.
- Он не портится в ходе множества циклов нагрева-охлаждения и не трескается от перепада температур.
- Из-за большого количества форм можно соорудить конструкцию с любым изгибом.
Минусом является попадание примесей в раствор, так как часть полипропилена испаряется в ходе нагревания.
Из фитингов сантехники
Бюджетный вариант для любителей конструкторов.
Фитинги – это металлические закручивающиеся переходники для коммутации труб и шлангов.
Из них можно соорудить колонну, закрутив в определённом порядке. Металл для таких элементов может применяться любой (в том числе и нержавеющий). Минусов у такой конструкции практически нет, за исключением того, что на сбор и коммутацию уйдёт больше времени.
Справка! Хорошая колонна будет состоять из всех вышеописанных материалов, сочетая в себе плюсы и нивелируя минусы.
Как сделать своими руками?
В первое время, когда самогонное дело только начало развиваться, аппараты делали из всего, что было под ногами, поэтому качество самогона было соответствующее.
С развитием отрасли, любители научились делать продукцию всё лучшего и лучшего качества, модернизируя установки и дополняя стандартные конструкции новыми элементами.
Перегонный куб
Для того, чтобы сконструировать куб своими руками, понадобится выполнить сварочный шов на листе нержавеющей стали, предварительно согнув его в цилиндр.
Днище так же можно выполнить, приварив лист слили и обрезав ножницами по металлу (можно оставить лист необрезанным для большей устойчивости). Припоем послужит олово.
Герметичную крышку можно соорудить своими руками, обклеив стык резиной, или использовать крышку от кастрюли.
Справка! Куб можно полностью выполнить из кастрюли или металлического бидона, если крышка предусматривает возможность соединения со всей остальной конструкцией.
Как сделать перегонный куб своими руками рассказывается на видео:
Царга
Царга представляет собой обычный фильтр, соорудить который можно из обыкновенного водного смесителя или пластикового стакана, в который будет утрамбована металлическая губка для мытья посуды.
Несколько критериев, которые важны для хорошей царги:
- наличие входа и выхода,
- возможность отсоединять ее, чтобы сменить фильтр,
- возможность легко заменить корпус конструкции в случае поломки (поэтому рекомендуется использовать пластиковые стаканы).
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.
Насадка
В качестве насадки применяется регулярная проволочная медная насадка , тем не менее можно использовать обычную металлическую губку .
От материала насадки будет зависеть чистота конечного изделия и длительность процесса ректификации. Можно соорудить многослойную насадку, комбинируя несколько элементов и материалов.
Узел отбора
Узел отбора находится на изгибе, в котором не происходит разделение первоначальной смеси, поступающей воды, конечного продукта.
Выполнить его желательно из меди, так как пластиковые конструкции имеют свойство к расширению под воздействием температуры, а изменение траектории движения раствора может затянуть процесс ректификации, или вовсе остановить его.
Справка! Например, давления и температуры недостаточно для того, чтобы летучая часть жидкости смогла преодолеть изгиб и осаждаться в сосуде. Тем не менее, более пологий изгиб позволит ей легко проходить и накапливаться.
Идеальным материалом для узла отбора является медь или нержавеющая сталь.
Элементы конструкции можно приобрести в тематических специализированных магазинах, или в отделе сантехники, выбрав то, что подходит конкретно для вашей конструкции.
На видео рассказывается, как сделать узел отбора своими руками:
Дефлегматор
Дефлегматор это своего рода продвинутый фильтр:
- Он установлен в непосредственной близости к узлу отбора и служит для того, чтобы возвращать часть раствора назад.
- Вода, поступающая внутрь конденсирует тяжёлые элементы раствора и отделяет ненужные части от нужных.
Дефлегматор можно выполнить из металла, железа, стали, или из стекла, так как она отлично отдает тепло и будет способствовать быстрой конденсации пара.
Холодильник
Чаще всего в самогонных аппаратов используются холодильные установки класса “холодильник-змеевик” . Такое название он получил потому, что внутри находится металлическая спираль, которая служит для циркуляции жидкости. Невооружённым взглядом она напоминает змею, которая свернулась в клубок по диагонали.
Работа холодильника состоит в пропускании жидкости через себя и передачи её внутрь самогонного аппарата. Исходя из этого, материал стенок желательно делать неметаллическим, так как металл долго охлаждается и хуже передаёт тепло.
Наилучшим материалом будет:
- пластик,
- стекло,
- полимер.
Холодильник должен содержать всего два отверстия – вход и выход жидкости.
Между металлической спиралью и стенками холодильника должна быть вода или другая жидкость, хорошо пропускающая температуру, так как именно эта конфигурация позволяет максимально быстро поглощать тепло и понижать температуру.
Как изготовить простейший холодильник для самогонного аппарата рассказывается на видео:
Царга пастеризации (опционально)
Царга пастеризации – это конечный элемент самогонного аппарата, который служит для осаждения и фильтрации конечно жидкости:
- Представляет собой трубу, покрытую теплоизоляционным материалом, на выходе из которой находится фильтр.
- Именно оттуда, капля за каплей, жидкость будет попадать в сосуд.
Конструкция такой царги незамысловатая – труба из полипропилена или ПВХ, обшитая любым теплоизоляционным материалом, на конце которой можно установить стандартную царгу.
Автоматика
Едва ли не самый сложный элемент конструкции, который может усилить КПД и увеличить общую производительность самодельного аппарата.
Автоматическая система управления может самостоятельно контролировать процессы, происходящие в аппарате, включать и выключать его, сигнализировать о готовности.
К элементам автоматического управления также относятся сенсорные анализаторы:
- датчик давления;
- датчик температуры;
- показатели расхода электроэнергии и жидкости;
- прочее.
Одной универсальной схемы нет, так как все самодельные аппараты имеют разную конструкцию, длину, высоту, объём и прочие характеристики.
Важно! Автоматику могут установить только опытные пользователи, которые имеют понятие о электронных цепях, устройстве микросхемы, процессе спайки и коммутации автоматических элементов. Намного проще приобрести готовую автоматику для самогонного аппарата, после чего подсоединить её к конструкции.
Плюс в том, что человек экономит время. Ему нужно просто описать конструкцию своего аппарата продавцу, который подберет для него оптимальную автоматическую контрольную панель.
Устройство самодельного самогонного аппарата
Обычно самодельный самогонный аппарат состоит из:
- источника огня, который нагревает сосуд с брагой;
- после прохождения точки кипения пар попадает в змеевик, который заполнен охлаждающей жидкостью;
- температуру в змеевике поддерживает холодильник;
- после выхода из змеевика самогон попадает в царгу, где фильтруется и выливается в сосуд.
Важно! Не экономьте а фильтрах! Чем больше их будет, тем лучше. Некоторые исходные вещества не так хороши и чисты, какими их описывают производители, а на выходе получается продукция ужасного качества.
Чтобы компенсировать убыток от самого “грязного” исходника, рекомендуется ставить фильтры на входе и выходе каждого элемента.
Как сделать и собрать простейший самогонный аппарат в домашних условиях рассказывается на видео:
Подведем краткие итоги: сделать конструкцию можно своими руками.
Каких-то сложных инженерных конструкций в ней нет, а значит самодельная колонна практически ничем не будет отличаться покупной, материалы для колонн и можно выбирать любые от материал внешней стенки будет зависеть параметры теплопередачи, расширение и сужение пропускного канала вследствие термических перепадов.
Внимание! Источник нагрева и фурнитура могут быть любые, тем не менее от качества всех деталей будет зависеть чистота и крепость конечного продукта.
Надеемся, что наша статья помогла вам разобраться в том, что из себя представляет ректификационная колонна, какое имеет строение, какие процессы в ней происходят и из каких материалов ее делать.
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.
Схема работы колонны 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).
Разобранная труба колонны с установленной насадкой в одной из царг 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.
Варианты спирально-призматических насадок 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.
Пример холодильника Димрота для колонны 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.
«Рубашечник» 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.
Возможная конструкция прямоточного холодильника 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 .
Загрузка...