Как сделать ректификационную колонну – расчет параметров системы. Расчет параметров дефлегматора ректификационной колонны. Рабочая схема РК

Для того чтобы понять сущность процессов, протекающих внутри ректификационной колонны, рекомендуем вам обратиться к о спиртовых колоннах. В ней раскрыта теория получения этанола, качество которого приближено к максимальному.

Сегодня же мы поговорим о конструкции домашнего ректификатора и о том, как это устройство можно изготовить своими руками.

Перед тем как приступить к созданию ректификационной (насадочной) колонны (РК), необходимо приобрести подходящий материал. Сразу следует отметить, что всевозможные цветные металлы следует заведомо исключить из конструкции устройства: никаких сплавов из меди, никакого пищевого алюминия и тому подобных материалов. Только нержавеющая сталь – химически инертный сплав, не подверженный коррозии и не выделяющий ядовитых примесей в процессе ректификации.

На страницах FORUMHOUSE можно встретить немало советов, касающихся использования меди в конструкции ректификаторов и дистилляторов. Но если почитать , то еще больше можно найти людей, несогласных с подобными мнениями. Объясняется все довольно просто: горячий спирт является очень сильным растворителем. Поэтому контакт горячих спиртосодержащих жидкостей с любыми цветными металлами крайне нежелателен и даже опасен для здоровья.

beutiflet Пользователь FORUMHOUSE

Только стекло, силикон и нержавейка.

Рабочая схема РК

На рисунке изображена схема стандартной РК, разобравшись с которой, вы сможете самостоятельно собрать домашний ректификатор.

Рассмотрим основные элементы конструкции более подробно.

Перегонный куб

В качестве перегонного куба может быть использована любая металлическая емкость, изготовленная из нержавейки и обладающая подходящим объемом.

Что касается объема: кто-то использует обычную скороварку (с уже встроенным подогревом), а у кого-то требования несколько выше. В целом, каждый ориентируется на свои потребности.

viktor50 Пользователь FORUMHOUSE

Скороварка слишком мала, нужна емкость хотя бы на 15-20 литров. Процесс ректификации занимает довольно много времени и получить литр за полдня – не кошерно.

Что касается подогрева колонны: самый простой (но не очень практичный) вариант заключается в установке перегонного куба на электрическую или газовую плиту. Дело в том, что колонна имеет сравнительно большую высоту, поэтому будет лучше, если перегонный куб будет стоять на полу (а не на плите).

Установить куб непосредственно на пол позволяет электрический подогрев, который делает конструкцию РК менее громоздкой, а всю установку – максимально удобной в эксплуатации.

тимофей1

Надо уйти от газа на электричество – проще регулировать, и высота добавляется! Врезал тэны во флягу, регулятор напряжения от телевизора подключил и вперед.

Как бы там ни было, при подогреве исходного сырья должна быть обеспечена плавная регулировка мощности нагревательного элемента. В противном случае вся затея будет обречена на провал.

Многие пользователи, в попытке усовершенствовать конструкцию РК, оснащают устройство автоматическими системами контроля, а также сложными регуляторами. Но если вы привыкли контролировать процесс самостоятельно (а в случае с самодельной ректификационной колонной на первых порах у вас по-другому и не получится), то установка автоматической системы контроля не является крайней необходимостью. До тех пор, пока у вас не появится достаточный опыт в области домашней ректификации, простенького регулятора мощности, включенного в цепь одного из имеющихся электронагревателей, будет вполне достаточно.

тимофей1

У меня три тэна от советского чайника – 1.25 кв. ЛАТР, показанный на фото, прекрасно регулирует один тэн.

Процесс ректификации в данном случае производится с помощью одного (регулируемого) ТЭНа. Остальные 2 нужны, исключительно, для нагрева.

Если вы уже успели вдоволь насладиться визуальным восприятием процесса, а нехватка времени не позволяет постоянно находиться возле работающей РК, то система автоматики, внедренная в конструкцию устройства, позволит контролировать процесс, требуя минимального участия человека. Автоматика позволяет производить отбор содержимого перегонного куба, не допуская попадания хвостовых фракций в «тело» продукта. Существуют уже готовые технические решения, которые можно купить в специализированных магазинах. Подобные системы, реагируя на изменение температуры, в нужный момент перекрывают узел отбора дистиллята или, наоборот, открывают доступ холодной воды к дефлегматору.

Ректификационная царга

Ректификационная царга включает в себя сразу несколько составляющих:

1. Труба с утеплителем и насадкой.
2. Дефлегматор с узлом отбора дистиллята, водяной рубашкой и термометром.
3. Штуцер для связи с атмосферой.

Учитывая, что пары спирта очень легко воспламеняются, отверстие для связи с атмосферой (которое обязательно создается вверху ректификационной колонны) необходимо оснастить штуцером и резиновой трубкой. Конец трубки следует опустить в емкость с водой. Это поможет предупредить распространение паров внутри помещения и их воспламенение.

Рассмотрим конструкцию перечисленных узлов.

Труба (насадочная колонна)

В нижней трубе ректификационной колонны происходит процесс тепломассообмена. В ее внутреннее пространство помещается специальный наполнитель, увеличивающий площадь контакта между горячим паром и остывающей флегмой. При самостоятельном изготовлении колонны в качестве наполнителя (насадки) проще всего использовать мочалки для мытья посуды, изготовленные из нержавеющей стали. Иногда используется специальная скрученная проволока (тоже из нержавейки).

Если в качестве наполнителя вы используете металлические мочалки, то качество их изготовления предварительно следует проверить. Для этого необходимо отрезать кусочек мочалки и прокипятить его в растворе столовой соли. Если вместо нержавеющей стали в состав мочалок входит другой сплав, то изделия не смогут выдержать подобного испытания и быстро поржавеют. Разрезать мочалку следует обязательно. Ведь если она имеет защитное покрытие, то только таким образом можно обнажить ее внутреннюю структуру.

Плотность набивки должна соответствовать показателю – 250-280 г насадки на один литр внутреннего объема насадочной колонны.

Качество разделения кипящих фракций напрямую зависит от размеров насадочной трубы. Рассмотрев практические наработки пользователей FORUMHOUSE, можно сделать вывод о том, что минимальный диаметр трубы должен быть равен 32 мм. В целом, чем выше труба, тем качественнее будет идти разделение фракций. Оптимальная высота трубы должна соответствовать 40-60-ти ее диаметрам (минимум 20-ти). Снаружи трубу следует утеплить слоем защитного материала.

belor44 Пользователь FORUMHOUSE

Во внутреннюю полость трубы (сверху и снизу) устанавливается металлическая сетка для удержания наполнителя.

belor44

У меня в колонне для НДРФ наполнитель – мочалки. При этом стоят сетки от ситечка чайного. Давление стабильное. Метровая колонна диаметром 35 мм выдаёт недоректификат крепостью 96% со скоростью 950 мл в час. Никаких захлёбов нет.

Низ и верх ректификационной трубы, как правило, оснащается резьбой, которая позволяет подсоединять агрегат к перегонному кубу и к дефлегматору.

Дефлегматор

Основное предназначение дефлегматора – это конденсация и отделение легких фракций, обладающих более низкой (по отношению к флегме) температурой кипения. На практике дефлегматор может иметь разное конструктивное исполнение. Наиболее простым в изготовлении признан дефлегматор прямоточного (рубашечного) типа или, как его еще называют, холодильник-конденсатор. Он состоит из двух труб различного диаметра, между которыми находится рубашка охлаждения с проточной водой.

По сути, прямоточный дефлегматор представляет собой трубу из нержавейки, которая вварена в другую трубу из того же самого материала (только большего диаметра). Внешне устройство выглядит, как на изображении.

На фото видно, что дефлегматор имеет два штуцера (для подвода и отвода охлаждающей жидкости) и трубку для связи с атмосферой (вверху). При этом внизу дефлегматора расположен штуцер для отбора дистиллята.

Во избежание появления посторонних примесей и запахов в составе конечного продукта, для отбора дистиллята рекомендуется использовать только силиконовые трубки.

Изготовить корпус дефлегматора можно из нержавеющих труб или из обыкновенного пищевого термоса и дополнительной внутренней трубы. Диаметр внутренней трубы, как правило, равен диаметру насадочной колонны. Если у вас нет доступа к аргоновой сварке, то скреплять элементы конструкции можно при помощи обыкновенного паяльника.

Узел отбора дистиллята, расположенный в самом низу дефлегматора, представляет собой фигурную шайбу, вваренную во внутреннюю трубу устройства.

В узле отбора заранее необходимо проделать отверстия для термометра (если его планируется использовать) и для трубки отбора.

Необходимость внедрения термометров в конструкцию РК – вопрос спорный. Люди «бывалые» зачастую обходятся вообще без термометров. При этом встречаются такие перегонщики, которые, наоборот, измеряют температуру там, где это нужно делать, и там, где в этом совсем нет необходимости. Например, установка термометра в корпус перегонного куба позволяет всего лишь проконтролировать процесс нагрева. То есть, наблюдая за ним, вы можете примерно ориентироваться – сколько времени осталось до закипания колонны.

Но есть в РК два конструктивных узла, где контроль над температурой приносит ощутимую практическую пользу. Это выходной патрубок дефлегматора и узел отбора дефлегматора (вместо узла отбора для установки термометра можно использовать пространство между насадочной колонной и дефлегматором).

Если на выходе из дефлегматора допустить падение температуры проточной воды ниже 45°С, то разделение фракций будет происходить не очень эффективно (за счет переохлаждения флегмы). Если температура будет выше 55°С, то в процессе отбора «тела» в трубку отбора будут прорываться «хвосты».

Контроль температуры в узле отбора позволяет определить температуру пара на выходе из насадочной колонны, а вместе с этим дает понимание того, отделение какой именно фракции происходит в текущий момент времени. Например, если температура пара в узле отбора будет в пределах – 77,5-81,5°С (в зависимости от атмосферного давления), то в трубку отбора дистиллята будет попадать исключительно «тело» продукта.

Siberiafish Пользователь FORUMHOUSE

Температура в процессе перегона держалась в диапазоне 78.8-81.3. Перед завершением начала скакать.

Внутренний конец трубки термометра, впаянный в колонну, необходимо заглушить.

Для того чтобы дефлегматор равномерно охлаждался со всех сторон, в рубашку охлаждения можно впаять шнековую спираль, которая задаст правильное направление охлаждающему потоку.

А вот какую конструкцию дефлегматора предлагает один из пользователей нашего портала.

тимофей1 Пользователь FORUMHOUSE

Два метра гофры намотал в дэф – 3 литра в час снимает!

Конструкция этого устройства выглядит следующим образом.

В большинстве случаев, гофра, которая пропускает через себя проточную воду, обматывается вокруг внутренней трубы дефлегматора (на рисунке она не показана). Но такой подход не всегда позволяет достичь эффективного теплообмена. Целесообразность внедрения подобной конструкции можно определить только практическим путем.

На практике можно встретить дефлегматоры самого разнообразного исполнения (в том числе, и горизонтальные устройства). Мы описали лишь наиболее распространенные.

Размеры дефлегматора

Основной величиной, определяющей габариты устройства, является площадь соприкосновения пара с охлаждаемой поверхностью. Эта величина зачастую определяется опытным путем. Зависит она от подаваемой на колонну мощности и от температуры охлаждающей жидкости.

тимофей1

Ректификационная колонна, сделанная мной две недели назад, выдает 1200 мл спирта в час. Можно больше, но охлаждения не хватает! Подводимая мощность на разгоне – 3.5 кВт, на перегоне – 1.25 кВт.

Выход продукта всегда пропорционален подводимой мощности. Например, если подводимая к кубу мощность (в процессе ректификации) равна 700 Вт, то максимальная производительность колонны будет равна 700 мл/час (на практике при такой мощности мы имеем – 300-500 мл/час). Площадь дефлегматора при такой производительности должна быть равна – 200-300 см². Такой площадью обладает внутренняя труба дефлегматора, имеющая длину 300 мм и толщину – 32 мм.

Doobik Пользователь FORUMHOUSE

Скорость перегонки, в первую очередь, зависит от силы нагрева. Если плита может выкипятить из браги 1 л в час, то какой бы ни был аппарат, 2 л в час вы уже никак не получите. Чем чище и крепче продукт, тем медленнее перегонка. Сам же аппарат может тормозить процесс только в одном случае – маленькая мощность дефлегматора, т. е. когда приходится уменьшать нагрев для нормальной работы аппарата. Чем больше диаметр, тем больше площадь теплопередачи, и тем лучше теплосъем.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что лучше иметь дефлегматор, обладающий размерами, превышающими расчетные. Ведь избыточная площадь охлаждения никогда не приведет к прекращению образования конденсата, а, следовательно, и к прекращению ректификации.

Кстати, в Интернете можно найти калькулятор для расчета дефлегматора, который поможет вам сориентироваться относительно размеров изготавливаемого устройства.

Холодильник

В качестве холодильника для отбираемого дистиллята можно использовать лабораторный охладитель, который обычно приобретается в магазине лабораторной посуды.

При этом устройство можно изготовить самостоятельно – по принципу дефлегматора рубашечного типа (только холодильник получится гораздо меньше в размерах). Для этого, опять же, следует использовать нержавеющие трубки небольшого диаметра. Длина холодильника примерно должна равняться длине дефлегматора.

Для того чтобы регулировать скорость отбора дистиллята или своевременно прекращать (начинать) отбор, трубку отбора дистиллята следует оснастить краником или зажимом (например, от капельницы). Место расположения зажима обозначено на общей схеме РК.

Охлаждающие полости холодильника и дефлегматора соединяются между собой в следующей последовательности: низ холодильника – холодильник – верх холодильника – верх дефлегматора – дефлегматор – низ дефлегматора – канализация. Проще говоря, используется последовательное соединение патрубков, при этом вода на дефлегматор подается уже слегка подогретой.

Температура охлаждающей воды в дефлегматоре, как мы уже знаем, должна соответствовать определенным значениям (ориентировочно – 45-55°С). А добиться требуемых показателей нам помогут дополнительные краны регулировки потока воды. Наиболее тонко регулирует поток кран от газосварочной горелки.

Последовательность перегонки дистиллята

Рассмотрим последовательность работы с нашей ректификационной колонной. Первым делом разбавляем спирт-сырец (полученный после предварительной дистилляции браги) водопроводной водой до крепости – 30%...40% (единого мнения по поводу этого показателя не существует, но чем он ниже, тем меньше вероятность случайного возгорания). Затем заливаем его в перегонный куб, собираем ректификационную колонну и прилаживаем ее к перегонной емкости.

Колонна, ни при каких обстоятельствах, не должна отклоняться от вертикального уровня. В противном случае качество конечного продукта заметно пострадает.

После того как РК будет установлена, можно начинать разогрев содержимого куба. Кран отбора дистиллята при этом должен быть закрыт. В момент, когда температура пара в дефлегматоре начнет резко подыматься, нужно до минимума уменьшить подаваемую на колонну мощность (температура в этот момент может быстро достичь показателей в 70-78°С, что связано с резким поднятием паров через насадочную часть колонны). В таком положении устройство следует оставить на 30 минут. Это необходимо для того, чтобы РК прогрелась, и внутри нее начался процесс тепломассообмена. Температура в верхней части РК при этом может упасть.

Спустя указанное время, включаем подачу воды в холодильник (и в дефлегматор) и начинаем отбор «голов». Еще раз повторяем, что «головы» пить нельзя!

Окончание отбора «голов» можно определить по нескольким признакам: стабилизация температуры – в районе 78°С и изменение органолептических характеристик отбираемого дистиллята (дистиллят начинает пахнуть спиртом).

После отбора «голов» можно начинать отбор «тела»: увеличиваем мощность колонны и настраиваем температуру воды в дефлегматоре (45°С – 55°С).

Наслаждаемся процессом до момента отсечения «хвостов». О начале конденсации хвостовых фракций можно судить по повышению температуры в дефлегматоре (примерно до 85°С) и появлению запаха сивухи в отбираемом дистилляте. На этом процесс ректификации будем считать оконченным. Хвостовые фракции можно отобрать для использования в процессе последующих перегонов, а можно просто утилизировать. Это решать вам.

Если вы на практике знакомы с , то приглашаем вас принять участие в обсуждении вопросов, касающихся этой увлекательной темы. Если в комплекте с изысканными напитками вы привыкли употреблять не менее утонченные закуски, то статья о том, научит вас бесконечно удивлять гостей необычным вкусом приготовленных блюд.

Ректификационная колонна - это специальный аппарат, который предназначается для разделения жидкостей, имеющих отличную В основном используются такие аппараты в промышленности, однако, иногда изготавливается ректификационная колонна своими руками для домашнего использования.

В основном конструкция применяется в процессе самогоноварения. Принцип ее работы заключается в том, чтобы от исходной жидкости отделить чистый спирт или самогон. Происходит это так: в бак колонны заливается сырье и нагревается до определенной температуры. Во время кипения жидкости выделяется пар, который оседает в верхней части устройства, конденсируется и собирается в дополнительном сосуде, а неиспользованная жидкость возвращается обратно в бак.

Естественно, для того, чтобы ректификационная колонна своими руками получилась качественной, необходимо выбрать для изготовления правильный материал. Если все элементы тщательно подобраны, а конструкция аппарата выполнена без погрешностей, то в результате должен получиться чистый спирт, не имеющий примесей, запаха и пены. Поэтому изготовлению прибора, его устройству и схеме следует уделить повышенное внимание.

Ректификационная колонна своими руками делается в соответствии со схемой. Тем более, она имеет гораздо меньшие размеры, чем промышленный аппарат, который может иметь высоту более 20 метров. Сделанная дома ректификационная колонна, устройство которой нельзя назвать простым, состоит из множества элементов. Прежде всего, необходимо приобрести стальную трубу, длина которой составляет около 120-150 см. В качестве дефлегматора можно использовать литровый термос. Также потребуются переходники, которые будут соединять трубу с баками, утеплитель для насадочной части устройства, лист нержавеющей стали для изготовления опорных шайб, небольшая трубка, используемая в качестве отвода воды и холодильника. Также следует обратить внимание, что сталь должна быть безопасной для здоровья, то есть могла применяться в пищевой промышленности.

Из инструментов понадобится молоток, электрическая дрель со сверлами, пассатижи, напильник, наждачная бумага, паяльник с припоем или флюсом, переходники на краны, резиновые трубки небольшого диаметра и термометр.

Самодельная ректификационная колонна изготавливается по определенной технологии. Труба должна иметь необходимую длину, а ее края должны быть отторцованы. Для соединения трубы и узла дистиллята используется специальный переходник. Соединение трубы и куба необходимо запаять, а место пайки впоследствии требует зачистки. Далее нужно изготовить стальные насадки, которые засыпаются в трубу до самого верха.

Теперь в трубу вставляется опорная шайба, в которую всаживается узкий торец отбора. Место соединения также спаивается. Следующим шагом будет тепловая изоляция трубы.

Термос, который будет использоваться в качестве дефлегматора, нужно разобрать и удалить дно. Внутреннюю колбу следует вытащить из внешней, и снять вакуумную крышку термоса. В колбе нужно сделать отверстие в центре дна элемента и в центральной части ее задней стороны. В верхнее отверстие нужно вставить трубу и запаять ее там. Далее дно одевается на колбу. Во внешней колбе также делаются отверстия для трубок отвода и подвода воды. Располагаются они в верхней и нижней части колбы. Места соединений нужно запаять. В узле отбора дистиллята нужно сделать отверстие для втулки термометра.

Ректификационная колонна своими руками изготавливается с тщательным соблюдением правил безопасности. Естественно, во время работы используются защитные перчатки, одежда, маска и респиратор. После изготовления прибора все места спайки нужно промыть раствором воды и соды и ополоснуть проточной водой.