Ректификационная колонна чем выше тем лучше

Что лучше бражная или ректификационная колонна?

Колонные самогонные аппараты приобретают все большую популярность у знатоков в деле самогоноварения. И это не случайно, ведь колонна позволяет очистить спирт значительно лучше сухопарника, а также получить дистиллят более высокой крепости. Да и контролировать температурный режим перегонки при небольшом навыке на ней гораздо удобнее и проще. А это, в свою очередь, способствует более точному отделению фракций.

Но и колонны бывают разные. Есть колонны бражные (пленочные), а есть ректификационные. Как выбрать, в чем разница? И что лучше: бражная колонна или ректификационная? Давайте разбираться.

Коротко о бражной колонне и принципе ее работы

Бражная колонна — это полая трубка над перегонным кубом. Но трубка это обязательно снабжена дефлегматором. Это своего рода “рубашка” колонны, холодильник, который позволяет устанавливать в колонне нужную температуру. Именно благодаря этой возможности происходит точное отсечение фракций: регулируя температуру поградусно, Вы словно опускаете шлагбаум на пути паров. В колонне, благодаря дефлегматору, происходит частичная конденсация паров, которые поднимаются из перегонного куба. Пары этилового спирта беспрепятственно проходят дефлегматор. А вещества с более высокой температурой кипения оседают на стенках колонны и пленкой (флегмой) стекают обратно в куб. А новые горячие порции спиртовых паров укрепляются оставшимися во флегме молекулами этилового спирта. Бражная колонна позволяет получать дистиллят высокой степени очистки крепостью до 90-95 градусов. Часто ее же именуют ректификационной колонной, но это не совсем правильно.

Что такое ректификационная колонна

Если обратиться за знаниями к Википедии, то станет ясно, что ректификационная колонна обязана иметь внутри своего вертикального цилиндра контактные “площадки” — насадки или “тарелки”. Поэтому ректификационные колонны бывают насадочные или тарельчатые. И только в случае, когда колонна заполнена регулярными насадками (или “тарелками”) — т.е. она не полая — ее можно именовать ректификационной.

В случае самогонных аппаратов насадки еще называют царгами. Регулярные насадки могут быть выполнены из нержавеющей стали или меди. Они призваны увеличить площадь внутренней поверхности колонны, а в случае с медью — дополнительно адсорбировать вредные примеси, поскольку она химически активна. Это играет особенно важную роль при перегонке вин, виноградных и зерновых браг. Такая колонна также в обязательном порядке снабжена дефлегматором. И вот ректификационная колонна как раз и позволяет получать спирт максимальной степени очистки и максимально возможной крепости — 96 градусов. Это уже спирт-ректификат. Если Вы хотите купить самогонный аппарат с ректификационной колонной (рекомендуем выбрать аппарат марки Luxstahl 8m), убедитесь, что производитель укомплектовал ее регулярными насадками (или она имеет тарельчатое строение).

Ректификационная колонна или бражная колонна. Что выбрать?

Как показывают отзывы о самогонных аппаратах, по большому счету, разница не столь велика. Ректификационная колонна дает еще более чистый и еще более крепкий продукт, но и на бражной колонне высока степень очистки и крепость дистиллята незначительно меньше. Любой из рецептов браги для самогона можно завершить перегонкой на любой из колонн. Если Вы захотите сохранить вкусовые и ароматические свойства сырья — Вы сможете это сделать и там, и там. Но вот если Вы планируете приготовление рецептов настоек на спирту, и важно, чтобы он был чистым, то его лучше получать на ректификационной колонне.

Источник

Теория ректификации спирта и принцип работы ректификационной колонны

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

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

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

Схема ректификации

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

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

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

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

Разница между дистилляцией и ректификацией

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

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

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

Работа ректификационной колонны

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

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

Одна из самых распространенных домашних конструкции

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

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

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

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

Контактные устройства ректификационной колонны (тарелки и насадки)

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

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

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

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

Насадки из мочалок самые практичные

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

Свойства ректификационной колонны

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

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

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

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

Термометр позволяет точно контролировать процесс отбора фракций

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы ректификационной колонны

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Захлебывание ректификационной колонны

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

Причины захлебывания ректификационной колонны:

Источник

Мифы про ректификацию, ректификационные и другие колонны (Страница 1 из 4)

Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться

Сообщений с 1 по 20 из 78

1 Тема от Иван 2016-06-19 20:11:54

Тема: Мифы про ректификацию, ректификационные и другие колонны

Для многих не секрет, что в интернете распространяются различные заблуждения про ректификацию и в целом про ректификационные колонны. Я часто сталкиваюсь с подобными мнениями от адептов баночных и сухопарниковых культов, а в местах сетевых агломерации (в некоторых сообществах) подобных субъектов, вообще сложно что-то объяснить, так как мгновенно будешь закидан носками и фанатично облит различными виртуальными субстанциями. Но если у нас тут имеются подобные «члены сообществ», я не против, если они оставят свой комментарий ниже.

Можно ли потерять ароматы исходного сырья при ректификации? И да и нет!
Это зависит от того, как настроена установка. Для максимального разделения спирта, воды и др. примесей, необходимо обеспечить большую контактную площадь соприкосновения пара с дистиллятом, обеспечить равномерное и непрерывное обогащение контактных элементов дистиллятом и паром. Если мы будем проводить ректификацию с низким флегмовым числом и малой площадью контактных элементов в колонне, освободиться от ароматов очень и очень сложно. Для качества разделения есть много различных критериев и тонкостей в настройке установки, но, участники сообщества alcodistillers.ru рекомендуют поступать проще, достаточно иметь колонну с разборной царгой из двух половин, например 1 метр + 1 метр. На короткой царге можно быстро получать широкий спектр ароматов (в зависимости от выбранного режима), а на высокой, уже более чистый и нейтральный по аромату спирт. Но, даже владельцы двухметровых колонн не дадут мне соврать, у них не всегда получается полностью избавиться от аромата исходного продукта, и через некоторые время яблочный спирт начинает приятно пахнуть яблоком, а виноградный-виноградом. Но по крайней мере, имея в арсенале даже метровую колонну, можно получить чистый и нейтральный спирт, вопрос только во времени и опыте. Имея ректификационную колонну, мысли о какой-то там «очистке самогона» уже не приходят, так как единственный способ избавиться от различных приятных и не приятных запахов в напитке- ректификация.

Миф номер 3
Тарельчатая колонна эффективней насадочной.
И опять, при пристальном рассмотрении источников информации, распространяемый миф приводит в лабазы купцов. А на самом деле?
А на самом деле это выражение было выдернуто из контекста, конкретно, из книг, описывающих промышленные установки. Да, на самом деле в промышленности используют чаще всего именно тарельчатые колонны, но только разница в размерах промышленных тарельчатых колонн и колонн для домашнего (гаражного) винокурения, достигает в среднем 20 метров. Если 20-30 метровая колонна диаметром 2-3 метра, реально эффективна в цепочке промышленной технологии, то «обрубок» высотой в 2-3 метра конкретно проигрывает по эффективности даже метровой насадочной колонне, стоящей на кухонной плите. Всё дело в физике. Некоторые предприимчивые граждане пытаются «ломать стереотипы» и продавать подобные установки, смело заявляя о их уникальной эффективности, но они тоже пытаются спорить с законами физики. Нужно признаться, они пытаются спорить с природой и возможно чего-то когда-то и добьются, ведь даже сам Эйнштейн ошибся по поводу скорости света, а современные квантовые физики достигли немыслимых успехов, и в природе уже существуют реально работающие квантовые компьютеры (пока только как экспериментальные модели). И.. если и искать что-то новое в винокурении, то, только в новых технологиях, принципиально отличающихся от работающих сегодня. На момент написания уже появилась новая технология разделения спирта, но она очень дорогая, требует лабораторной точности и была представлена в научном свете только как эксперимент, доказывающий реальную возможность. Повторить её на кухне не получится. Так что, к сожалению, в настоящее время, насадочная колонна для нас является единственным эффективным инструментом.

Миф номер 4
Через трубку атмосферы всё улетит.
Знакомо? Можно заключать пари, что, почти все начинающие винокуры так думают Многие начинающие боятся, что через открытую трубку в верхней части колонны начнёт улетать весь пар и что они вообще могут взорваться. На самом деле из трубки атмосферы вообще ничего не вылетает, ну почти ничего. Если мы прогреваем колонну, в ней находится воздух, а когда спирт в кубе закипает, пары воздуха выдавливаются поднимающимся спиртовым паром, в этот момент происходит т.н. «выдох» колонны, иногда даже весьма вонючий, так как некоторые легкокипящие примеси с низкой температурой кипения, частично соединились с кислородом и вылетели из колонны (например, некоторые эфиры). Но как только пар достигнет дефлегматора, из колонны перестанет что-то выходить, так как дефлегматор полностью конденсирует поднимающийся пар. Выброс из атмосферной трубки конечно возможен, если установка настроена не правильно, но как показывает практика, через 1-2 запуска эта «проблема» пропадает сама собой, винокур понимает, как нужно настроить работу установки.

*Добавлено почти через 3 года с момента публикации материала. так как старые мифы перестают работать и уже мало актуальны
Миф номер7
Вакуумная дистилляция и ректификация являются самыми лучшими способами для приготовления напитков.
Распространению мифа опять содействует один из производителей, так как проигрыши в конкурентной войне заставляют придумывать что-то «новенькое» дабы удержаться на плаву.

Процесс в очередной раз был «выдернут» из промышленного цикла и опять с ошибками:
Ректификация в вакууме в домашних условиях невозможна в принципе, также как невозможна в подавляющем большинстве реально существующих пищевых фабрик, так как этот процесс требует колоссальных затрат энергии и наличия сложнейшего оборудования. Также, ректификация под вакуумом используется только в случае разделения сложных примесей имеющих низкую температуру кипения при обычном давлении и практически не способную разделиться (см. Азеотропная смесь). В такой ректификации, используемой только на химических производствах, используют ряд дополнительных «присадок» для изменения физико-химических свойств разделяемого азеотропа, а также удешевление процессов с работой при сверхвысоком вакууме, с заменой его на просто высокий ( 1×10−3 до 1×10−9) с заполнением рабочего пространства инертными газами.

Дистилляция в разреженном пространстве периодически используется в пищевой промышленности, но как правило, в современном мире используются миниатюрные роторные вакуумные испарители, а в промышленном масштабе технология заменяется на классическую сублимацию (использование жидкого азота), что тоже невозможно в домашних или гаражных условиях.

Вакуум-дистилляция — один из методов разделения смесей органических веществ. Широко применяется в ситуации, когда дистилляция не может быть осуществлена при атмосферном давлении из-за высокой температуры кипения целевого вещества, что приводит к термическому разложению перегоняемого продукта. Так как в вакууме любая жидкость кипит при более низкой температуре, становится возможным разогнать жидкости, разлагающиеся при перегонке с атмосферным давлением.

Таким образом, реклама относительно пользы вакуума слишком раздута и на некоторых ресурсах активно насаждается предпринимателями (их клонами и наемными ораторами), но на самом деле никогда не будет иметь распространения в массах, так как представляет очень узкий и ограниченный интерес в производственных процессах. Но если вам интересна реальность и вы хотите оценить реальные энергозатраты или получить несколько капель эфирного масла, разрушающегося при более высоких температурах, то вы сможете собрать такой «дистиллятор» буквально на коленке за 3$ (200рублей) и полчаса. Простейший дешевый вакууматор своими руками за 30 минут просто соедините вторую банку жесткой трубкой с второй банкой, банку с испаряемой жидкостью немного подогрейте (например на солнце), а вторую поместите или в холодную воду или просто в тень.

Если у вас есть мифы, поделитесь с обществом.
Если этот опус читают новички, рекомендую посмотреть некоторые темы, ссылки без подробностей.
Наши аппараты
Как выбрать самогонный аппарат и с чего начать

Источник