Ректификационная колонна непрерывного действия своими руками. Можно ли сделать ректификационную колонну. Зависимость мощности от диаметра трубы

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:

1. Повторить задумку популярных производителей, скопировать уже существующий аппарат. При необходимости в проверенные схемы можно внести правки и доработки.
2. 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:

1. Прочность. Вес ректификационной трубы будет приходиться на крышку, поэтому куб должен быть жестким.
2. Химическая нейтральность к спирту. Идеальный материал — пищевая хромникелевая сталь (нержавейка).
3. Удобность. Емкость нужно поднимать, перемещать, сливать из него барду (перегон). Объем емкости рассчитывается в зависимости от требуемой производительности аппарата, мощности нагревателей.
4. 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:

1. Прочность. Толщина стенки царги обычно принимается от 1 до 1.5 мм. Это создает достаточную прочность при небольшом весе.
2. Химическая нейтральность.
3. 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.
4. 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.
5. Наличие смотровых стеклянных участков.
6. 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:

1. По браге. узел отбора находится выше холодильника Димрота, и улавливает прорвавшиеся пары. Они доохлаждаются в дополнительном проточном холодильнике.
2. По жидкости. Охладившаяся флегма «верхних этажей», капая с холодильника, отбирается через наклонные плоскости или отстойник.
3. 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:

1. 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.
2. 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).
3. 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
4. Объем заправляемого сырья. Чем больше применяемый куб, тем выше должна быть производительность. Испарение спирта происходит при 75 — 80 °С, снижение температуры снизит скорость процесса.
5. 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:

1. 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).
2. 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.
3. 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.
4. 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:

1. Нагрев браги до 72 -75 °С. Охладитель Димрота работает с минимальной мощностью.
2. 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.
3. 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.
4. Отбор основного товарного спирта идет до появления запаха сивушных масел.
5. 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.
6. 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.

Эту статью мы посвятим получению в домашних условиях чистого спирта из браги. Что возможно, если у вас только ректификационная колонна, созданная по всем правилам в промышленных условиях.

Рассмотрим множество нюансов, которые пригодятся домашнему винокуру, расскажем о том, как работать с этим оборудованием и о чем умалчивают производители, предлагая нам свои колонны.

Самогоноварение зародилось еще до нашей эры. Вначале оно было связано исключительно с дистилляцией.

Справка. Дистилляцией называют любой процесс, связанный с испарением жидкости, целью которого является разделение на компоненты. Например, аромамасла с древности получают дистилляцией.

Первые перегоночные аппараты и были созданы алхимиками-парфюмерами. История приписывает создание медных аламбиков и алькитар персам. Но и задолго до них (в египетских пирамидах) находили устройства, явно предназначенные для перегонки.

В XVI веке появляется много работ и «рацпредложений» относительно усовершенствования перегонных аппаратов. Появляются первые прототипы непрерывных колонн. Для обеспечения беспрерывной работы экспериментировали с песком, воском, водяными банями. Но сами колонны того времени все еще были с воздушным охлаждением. И лишь к концу века выявлено, что водяное охлаждение значительно эффективнее.

На протяжении века шло дальнейшее совершенствование перегонных аппаратов и к началу XVIII века созрела теория о возможности ректификации – повторного возвращения испаренной жидкости в куб и переиспарения для очистки и укрепления.

Результат проявился к 1813 г, когда французские изобретатели Берар, Адам и Перье получили патент на ректификационную колонну непрерывной работы. Что интересно, конструктивно промышленный ректификатор не меняется уже более двух веков. И сегодня спирт получают с помощью подобных устройств. Разве что электроники добавилось.

О том, чтобы получать чистый спирт у себя дома, самогонщики мечтают давно. И проводили в этом направлении не один эксперимент. Оказалось, что просто взять промышленную ректификационную колонну, работающую с тоннами сырья и уменьшить ее до мелких размеров невозможно.

Ни той продуктивности, ни качества продукта она не даст. Путь к современным бытовым ректификаторам завершился созданием ректификационной колонны для домашнего использования, с помощью которой удается получить практически чистый крепостью 96°.

Понятие ректификации

Ректификацией в химии называют процесс, при котором за счет тепло- массообмена происходит разделение жидкостей, состоящих из двух или более веществ на отдельные компоненты. Происходит разделение за счет различной массы и температуры кипения при многократном испарении и возвращении в емкость.

В промышленности ректификацию применяют для перегонки нефти (разделение ее на бензин, солярку, керосин), получения чистых компонентов воздуха (кислород, азот и т.п.). И, что нас наиболее интересует, — спирта.

Как происходит процесс?

Спиртовые пары, отрываясь от поверхности нагреваемой спиртосодержащей жидкости, устремляются по колонне вверх. Уже на пути к первичному холодильнику-дефлегматору они частично охлаждаются и тяжелые примеси, а с ними и вода, возвращаются обратно в перегонный куб.

Более легкие фракции следуют выше, к холодильнику-дефлегматору, оборудованному тарелчатыми элементами, на которых и происходит контактирование флегмы с испаренными веществами и окончательное разъединение жидкостей.

Для образования спирта без примесей и обеспечения безопасности вверху колонны давление, как в атмосфере, поэтому ректификатор обязательно оборудован специальной трубкой, чтобы не было перепада давления.

Важно. Если происходит снижение давления, уменьшается плотность пара при возрастании скорости испарения. Колонна захлебывается. И возможен взрыв.

Если же давление слишком возрастает, прекращается разделение смеси на фракции и падает скорость испарений.

Отличие от дистилляции

Бытовую РК нельзя считать полноценной заменой дистиллятору. Это скорее более качественный узел для повторной дистилляции, позволяющий переработать первичный спирт-сырец первого перегона на прямоточном дистилляторе в полноценный , лишенный сивухи, но и специфического запаха и вкуса, присущих так называемым ароматным самогонам.

И немного – о понятиях:

• В домашних условиях мы получаем недоректификат – спирт крепостью до 96°. Но пугаться такого определения не стоит. Это означает только то, что настоящий ректификат имеет крепость 96,67°. А степень очистки и у недоректификата значительно превышает дистиллят.
• Фракционная перегонка (дистилляция) предусматривает разделение конденсата на фракции , согласно температуры кипения. Первые составляющие – легкие, низкокипящие. В словаре самогонщика определены как головы. Вторые – тело, у них температура кипения близка к этиловому спирту – 78,4°С. Тело – самая объемная, питьевая часть. Хвостовые, последние фракции, обогащенные высококипящими веществами (сивушными маслами). При работе с ректификационной колонной также осуществляется разделение на фракции, но по другому принципу.
• Флегма и ее число. От хорошего орошения конденсата флегмой, орошающей поступающий на тарелки (насадки) конденсат, зависит качество отбора спирта и возвращение ненужных примесей в куб. Флегмы должно быть в 10-20 раз больше, чем конденсата, чтобы разделение на компоненты было эффективным.

Плюсы и минусы метода

При правильно проведенной ректификации (а это набор параметров, которые нужно знать теоретически и применять на практике, корректируя под свои потребности) вы в домашних условиях получаете:

• спирт-ректификат, пригодный для употребления внутрь, чистый, крепостью 96°;
• учитывая, что для вы применяете спирт-сырец, полученный из сахара или растительного сырья, на выходе у вас алкоголь, зачастую превышающий по качественным показателям тот, что изготавливается промышленностью;
• полученный спирт – прекрасная алкооснова для различных , ликеров.
• в большинстве современных бытовых РК предусмотрена возможность не только ректификации, но и дистилляции. Поэтому при первом перегоне используйте дистиллятор, при втором – ректификатор.

Недостатки:

• спирт-ректификат, произведенный в домашних условиях, лишен запаха исходного сырья;
• как и произведенный на спиртзаводах, имеет сухой вкус и требует умягчения и улучшения вкусовых качество. Что, собственно, неизменно делают при производстве водок;
• невысокая скорость перегона, что удлиняет процесс выгонки и требует большего расхода энергоносителя для нагрева и воды – для охлаждения;
• трудно правильно определить, когда пора отбирать хвосты. Для этого требуется практика.

Что такое ректификационная колонна?

Незаменимое в быту устройство для тех, кто стремится пить своё и угощать гостей алкоголем домашнего изготовления, не содержащим вредных примесей.

По внешнему виду – высокая труба, установленная вертикально над перегонным кубом, переходящая в дефлегматор с проточным холодильником.

Устройство для отбора спирта находится примерно на высоте 2/3 колонны. Часто имеет собственный охладитель.

Свойства

Ректификационной колонне свойственны особенные, отличающиеся от обычного самогонного аппарата возможности. Она создана для укрепления и одновременной очистки от примесей спиртосодержащей жидкости ( или спирта-сырца). Чем выше труба-колонна, тем больше тяжелых примесей она способна вернуть обратно в колонну и не допустить их попадания в конечный продукт.

Конструкция РК и ее свойства делают получение в домашних условиях спирта крепостью 96° реальностью. И это – реальность, доступная каждому, кто будет следовать рекомендациям по использованию, приведенным в инструкции к колонне.

Принцип работы

1. В перегонный куб залейте спиртосодержащую жидкость. Оптимальной считается крепость около 40°, то есть эффективнее всего колонна работает, если в нее залить спирт-сырец. Но часто винокуры используют и брагу.

Внимание. Лучшего эффекта можно достигнуть по крепости и чистоте, если на ректификационной колонне перегнать брагу дважды. Во второй раз это и будет спирт-сырец.

1. Проверьте герметичность соединений, подключите подачу/отвод холодной воды.
2. Включите нагрев.
3. В зависимости от мощности нагрева фаза «работы на себя» — когда пары выходят из куба и возвращаются обратно в него же, длится полчаса-час. Процесс стекания флегмы и противодействие ему паров стремятся достичь равновесия.
4. После стабилизации температуры (на протяжении 10 минут) вверху колонны собираются головы, содержащие летучие соединения, включающие крайне ядовитый метилен и альдегиды. Головы при температуре около 70°С самостоятельно улетают через трубку, связующую колонну с атмосферой.

Важно. Вещества в процессе ректификации четко разделяются и не смешиваются между собой, а разделяются даже при незначительном (десятая градуса) отличии в температуре кипения. Поэтому в тело перегона другие компоненты, кроме этилового спирта, не попадают.

1. Фракции с высокой температурой кипения скапливаются внизу колонны. Постепенно, по мере испарения этилена поднимаются вверх. И постепенно начинают поступать в холодильник, а затем и в приемную емкость. Их определяют по температуре либо по запаху и собирают отдельно.

Опытные винокуры советуют отбирать хвосты в отдельные емкости по 100 мл., если вам нужно вернуть характерную органолептику спирту. Добавляйте к небольшому количеству, а по достижению нужного аромата и привкуса «перенесите» пропорции на всю массу.

Виды

Основных видов колонн ректификационного типа два:

1. Тарельчатые . Именно с помощью таких конструкций получают спирт в промышленных условиях. Есть и домашние варианты. Преимущество этого вида – тонкое разделение на фракции, в результате чего домашний ректификат совершенно лишен сивухи. Недостаток – громоздкость конструкции.
2. Насадочные . Условно они подразделяются на:

• нерегулярные. Неупорядоченно (насыпью) наполненные инертным материалом (СПН), которые чаще всего изготавливаются в домашних условиях или готовыми металлическими мочалками-скребками. Колонны с ними легче по весу, обеспечивают больший контакт паров с флегмой. Но из-за высокого сопротивления возникают сложности при разделении паров с флегмой;
• регулярные. Здесь насадками служат скрученные РПН Панченкова, листы со специальной перфорацией. Не создают избыточного давления, облегчается разделение веществ.

Чем отличается от самогонных аппаратов?

Для наглядности мы сделали специальную таблицу, из которой ясно, насколько отличаются между собой два способа, применяемые с целью получения крепкого спиртного в условиях кухни.

Как выбрать?

Сегодняшние предложения в специализированных, а также интернет-магазинах позволяют выбрать именно тот аппарат, который подойдет для ваших нужд.

Вот несколько советов, которые вам помогут:

• Безопасность – на первом месте. Поэтому серьезно отнеситесь к материалу как перегонного куба, так и колонны. Он должен быть инертным, не вступающим в реакции с компонентами браги или спирта-сырца. Лучший выбор – нержавеющая сталь, а также – медь.
• Разборность конструкции. Есть прекрасные полностью разборные аппараты-трансформеры, которые можно использовать и как дистилляторы.
• Система нагрева. При работе с ректификационной колонной необходима быстрая смена нагрева, поэтому лучшее решение – ТЭН с электроникой. Худшее – газовая плита.
• Производительность. Средняя – 1 л/час при нагреве 1 кВт. От нее и отталкивайтесь.

Конструкция

Аппарат – ректификационная колонна обязательно имеет в составе:

• перегонный куб. Емкость от 12 литров, хотя самые востребованные – от 20 л.;
• царга — колонна (труба диаметром 40-50 мм), высотой до 1,8 м. Она и является основой конструкции;
• насадкой для царги служат регулярные насадки Панченкова (часто – в совокупности с пружинками СПН). В быту применяют и сетки для мытья посуды;
• узел отбора, расположенный в средней части колонны. Именно здесь скапливается «тело» — чистая спиртовая фракция 96-градусной крепости;
• дефлегматор – это модуль с отдельным холодильником, в котором пары конденсируются, охлаждаются. Здесь проходит качественное разделение паров на отдельные вещества;
• автоматика. Среди привычной – терморегулятор ТЭНа, электронные термометры, без которых не обойтись, сигнализаторы температуры и т.п. Есть и полностью автоматизированные колонны, но это оборудование весьма недешевое;
• проточный холодильник – для окончательного охлаждения паров спирта и превращения его в жидкую фазу;
• царга пастеризации – новое дополнительное устройство, относительно недавно появившееся на рынке винокуренного оборудования. Устанавливается выше царги, перед дефлегматором. Позволяет получать за один раз продукт, сравнимый по качеству с двойной ректификацией.

Небольшой рейтинг аппаратов с РК

На первом месте Schnapser Х2 – универсальная система. Разборная, на кламповых соединениях. Немецкое качество и гарантия 10 лет. Рекомендована работа на индукционных плитах. Кубы на 12 – 50 литров. Стоимость 10990 – 16990 рублей. Для полноценной ректификации нужно еще докупить царгу высотой 45 см за 1590 р.

2 место за аппаратом «Добрый Жар» «Маяк» с кубами от 20 до 60 литров. Высота – 178 см. Стоимость: 19600 -28000 рублей. Конструкция разборная. Можно эксплуатировать в режиме потстилл для превращения браги в спирт-сырец с последующей ректификацией.

Ректификационная колонна разработана почти 200 лет назад и за свою историю исправно послужила людям для получения очищенных жидкостей различного типа.

Основное назначение такой установки – это промышленное производство (нефтепереработка, химическая индустрия, нефтехимия, пивоварение и т.д.).
В быту небольшие устройства активно используют любители качественного самогона. Покупные или самодельные колонны позволяют получить практически чистый спирт в домашних условиях.

Как работает это устройство подробно рассмотрим в данной статье.

Ректификационный аппарат колонного типа или просто ректификационная колонна представляет собой вертикально установленный цилиндр, внутри которого с помощью различных устройств и узлов достигается очистка жидкостей.

Важно! Механизм очистки основывается на процессе ректификации, т.е. разделении многокомпоненных смесей в результате теплового и массового обмена контактирующих потоков пара и жидкости.

Любая жидкость неоднородного состава представляет собой смесь нескольких компонентов.

Так самогон является смесью этилового и других спиртов, эфиров, альдегидов, сивушных масел и других веществ:

1. Каждый компонент имеет свою температуру кипения и удельный вес.
2. По последнему показателю производится распределение на легкие и тяжелые фракции.
3. При нагревании до температуры кипения жидкость превращается в пар, который также характеризуется разным удельным весом, определяющим их летучесть.
4. Жидкости с низкой температурой кипения (низкокипящие) выделяет легколетучий пар, а высококипящие компоненты – труднолетучие пары.

Процесс ректификации основывается на противоположном направлении потоков пара и жидкости (флегмы, образующейся в результате конденсации пара), что видно на схеме.

Пар устремляется вверх, а жидкость скатывается вниз. Эти естественные потоки в вертикальном цилиндре контактируют друг с другом, что по законам физики сопровождается тепловым и массовым обменом, стремящимся уравновесить систему.

• Пар, поднимаясь по трубе, обогащается легколетучими компонентами, теряя более тяжелые, труднолетучие ингредиенты, которые растворяются и конденсируются в менее нагретой жидкости и устремляются вместе с ней вниз.
• При достаточной высоте цилиндра до верха должен дойти только один, самый легколетучий пар.
• Здесь его можно искусственно конденсировать, превращая в однородную жидкость.
• Жидкость, стекаемая в нижнюю часть, опять подвергается разогреву, и стартует новый цикл ректификации.

Таким образом, обеспечивается многократность процесса, что позволяет, в конце концов, максимально очистить всю жидкость, выделив наиболее легкую фракцию. В нефти это бензин, в самогоне – этиловый спирт.

Принцип работы

Ректификационная колонна позволяет реализовать процесс ректификации на практике. Конструктивно она представляет собой цилиндр, в котором располагается куб, куда подается и где разогревается жидкость, и дефлегматор, где образуется жидкий конденсат (флегма).

Кроме того, предусматриваются контактные элементы, обеспечивающие процесс конденсации, сбора жидкости и повторного испарения.

Работает ректификационная колонна следующим образом:

1. Куб заполняется исходным сырьем (примерно на 2/3 объема) и разогревается до температуры кипения жидкости.
2. Испарение поднимается вверх, а встретившись с дефлегматором, частично конденсируется, превращаясь в флегму, которая стекает по стенкам цилиндра вниз.
3. Данный процесс по мере подъема пара по цилиндру происходит несколько раз, причем вначале конденсируются наиболее тяжелые фракции. До верха колонны доходит самая легкая фракция.
4. Во время работы установки, в ее цилиндре одновременно находятся пары, флегма, исходное сырье и очищенный, конечный продукт. Пары и флегма создают взаимнопротивоположные потоки.
5. В начальный период (до стабилизации процесса) рекомендуется не производить отбор конечного продукта, который обогащает флегму и ускоряет достижения равновесного режима тепломассообмена.

Справка! Эффективность работы колонны можно выразить флегмовым числом, т.е. отношением объема флегмы к количеству отводимого готового продукта.

Для стабильной работы установки этот показатель поддерживается на уровне 3, что обеспечивает при обороте не более 25% очищенной жидкости.

Флегма, опустившись вниз, опять нагревается до кипения. Очередная порция пара поднимается вверх, начиная новый цикл.

Если очищается самогон, то в самом низу колонны с самого начала процесса оседают самые тяжелые компоненты (сивушные масла).

Более легкие фракции (метиловый спирт, эфиры, альдегиды) распределяются вдоль трубы. Они постепенно стекают вниз при уравновешивании температуры в течение 9-12 минут. Общая продолжительность разогрева куба составляет 25-55 минут.

Разница между дистилляцией и ректификацией спирта

Наиболее распространенными способами очистки жидкостей являются дистилляция и ректификация . Эти технологии во многом похожи, что порой вызывает совмещение понятий, что совершенно неверно.

Принципиальные различия в механизме процесса приводят к тому, что конечный продукт при ректификации имеет значительно более глубокую очистку и высокое качество по сравнению с дистилляцией.

Дело в том, что при дистилляции даже не кипящая жидкость частично испаряется, а значит, в любом случае, определенное количество различных фракций оказывается в очищенной жидкости. Для того чтобы достичь хорошего качества, требуется проведение до 6-7 процедур.

Ректификация обеспечивает получение чистого, однородного продукта за один проход. При очистке самогона указанный эффект существенно сказывается на крепости:

1. Так при одной дистилляционной перегонке она не превышает 35-40%, при двух – до 50-55%, трех – до 70%.
2. Крепость 90-95% (спирт) достигается после не менее 5 перегонок.
3. Ректификационная колонна позволяет получить практически чистый спирт за один цикл. Кроме того при дистилляции сохраняется вкус и запах исходного сырья.

Способ дистилляции имеет и определенные положительные стороны:

• Даже многочисленные перегонки при соблюдении технологии позволяют терять не более 20-22% жидкости.
• Потери в ректификационных установках значительно выше – могут достигать 32-35%.
• Надо отметить и простоту технологии. Ректификация требует значительно более сложного и дорогостоящего оборудования.

Посмотрите видео, в котором опытный самогонщик сравнивает процессы дистилляции и ректификации и дает советы по выбору аппарата для перегонки самогона:

Важные характеристики колонны

Общий принцип конструирования современных ректификационных колонн сохраняется неизменным. Целью совершенствования установок становится повышение производительности, глубины очистки, выхода и стабильности качества конечного продукта.

Решение поставленных задач достигается движением в нескольких направлениях.

Размеры и материалы

Для соблюдения всех технологических режимов важно иметь максимально возможную высоту рабочего цилиндра, а также оптимальное сочетание ее с диаметром.

По размеру различаются:

1. промышленные,
2. бытовые установки.

Для домашних условий необходимы миниатюрные аппараты.

Их высота находится в пределах 1,2-1,6 м. При меньших размерах качественного разделения фракций достичь невозможно. Диаметр трубы может составлять от 3-5 см до 0,3-0,5 м.

Важно! Самый лучший материал для изготовления колонны – нержавеющие сплавы с разрешением использования в пищевой промышленности. Они не выделяют вредных веществ при любых, агрессивных воздействиях.

Нагревательная система

При организации нагрева куба с сырьем важное значение имеют 2 фактора:

• достаточная мощность,
• возможность плавной регулировки.

Газовый источник энергии сложно регулировать, а потому чаще используются электрические нагревательные элементы (ТЭНы). Нормальная мощность устанавливается из такого расчета 4 кВт на куб объемом 50 л.

Производительность

Она напрямую связана с мощностью ТЭНов и размеров колонны. Чем быстрее будут передвигаться потоки по трубе, тем выше производительность.

Кроме того, она повышается при использовании непрерывной технологии, для чего предусматриваются специальные приспособления для подачи сырья и своевременного отвода готового продукта.

Качество очистки

Оно зависит от количества одновременно протекающих процессов конденсации за один проход цилиндра, что определяется количеством соответствующих контактных элементов.

В хороших установках устанавливается не менее 7-8 таких зон.

Контроль процесса

Для обеспечения необходимого контроля во всех зонах устанавливаются термометры. Для поддержания стабильного режима монтируется автоматическая система.

Давление

Ректификационный процесс будет протекать нормально при поддержании стабильного внутреннего давления в интервале 725-785 мм.рт.ст.

При этом повышенное давление обеспечивается в нижней части, где накапливаются тяжелые фракции, а минимальное – наверху, куда направляется легкий пар.

В промышленных установках вверху колонны вообще может создаваться вакуум, но наиболее рационально поддерживать нормальное атмосферное давление.

При эксплуатации ректификационных колонн надо учитывать, что наиболее активно процесс протекает при стабилизации условий и равенстве температур встречных потоков.

Быстрота стабилизации режима считается одним из важнейших показателей качественной, современной установки.

Контактные устройства (тарелки и насадки)

Контактные элементы в ректификационной колонне участвуют в формировании баланса жидкости и пара, а также в концентрации пара.

Каждый такой элемент ограничивает определенную зону, в которой протекает своеобразный цикл дистилляции – испарение и последующая конденсация отдельной фракции , при этом часто пара пересекает эту границу и движется вверх, вовлекая в свой поток легколетучие компоненты.

В любой подобной зоне устанавливается определенное равновесие.

Справка! Основной эффект обеспечивается за счет увеличения площади фазных контактов, что активизирует тепловой и массовый обмен.

Основными являются следующие контактные элементы:

1. Теоретическая тарелка . По сути это сформированная равновесная зона без установки дополнительной детали. Для получения хорошо очищенного алкогольного напитка организуется от 24 до 32 таких зон.
2. Физическая тарелка. Это реальная деталь тарельчатой формы, в которой накапливается жидкостный слой. Пар вынужденно проходи сквозь него, что проявляется многочисленными пузырьками. Данный вариант обеспечивает достаточно большую контактную площадь. Для получения полноценного, чистого спирта в колонне надо установить до 45-55 физических тарелок.
3. Насадки. Данные контактные элементы в основном предназначены для обеспечения процесса конденсации пара. Они гораздо меньше, чем тарелки, оказывают сопротивление паровому потоку. В колоннах может использоваться несколько разновидностей – кольцо, сетка, спираль. В самодельных аппаратах нередко ставится «решето» — диск с многочисленными отверстиями. Одним из лучших материалов для насадок считается медь. Можно применить медные сплавы или алюминий.

Тарельчатые контактные элементы монтируются в основном в промышленных колоннах, имеющих большую высоту и достаточный диаметр для их установки.

В бытовых аппаратах (покупных и самодельных) приоритет отдается насадкам, которые можно закрепить в трубе диаметром 4-5 см.

Как добиться лучшего результата?

При эксплуатации ректификационной колонны требуется соблюдать определенные меры, позволяющие добиваться нормального режима ее работы и получения качественного конечного продукта.

Особо следует выделить мероприятия в следующих направлениях.

Исключение «захлебывания» установки

Эта «болезнь» связана с замедлением и прекращением стекания флегмы, что приводит к ее накоплению в цилиндре и блокированию парового потока. В результате «захлебывания» внутри колонны повышается давление, появляется громкое булькание и шум.

Явление может провоцироваться такими причинами:

1. Превышение допустимой скорости движения парового потока, что может вызываться чрезмерным нагревом жидкости в кубе;
2. Излишнее наполнение куба исходным сырьем или засоры в нижней зоне трубы;
3. Слишком маленькое давление в нижней части колонны, что характерно для высокогорных условий;
4. Повышение напряжения в питающей электросети, что вызывает незапланированное повышение мощности нагревательного элемента;
5. Нарушения в конструкции или технологии.

Избежать данного неприятного явления помогает установка автоматического контроля и регулирования процесса. Особое внимание уделяется нагреву сырья и наполнению куба.

Своевременное выведение готового продукта и оседающих тяжелых фракций

В первом случае, методика проста – на начальном этапе (до стабилизации температуры и давления) только четверть легколетучих паров конденсируется с конечным продуктом и выводится наружу, а далее – отводится максимальный его объем.

Появление осадка из тяжелых фракций выявлять сложнее. Ориентироваться приходится на запах и цвет жидкости в самом низу колонны.

Правильная подготовка установки к пуску

Перед началом ректификации необходимо проверить состояние аппарата, прежде всего, герметичность колонны. Для проверки перекрывается вывод готового продукта и закачивается холодная вода.

Только убедившись в герметичности установки можно приступать к заливке сырья и нагреву куба.

Не следует ждать от бытового аппарата чудес и замены им самогонного аппарата. Минимальная крепость исходной жидкости должна быть не меньше 30%, в противном случае на выходе не получится продукт, по крепости близкий к чистому спирту.

Важно! Не следует в куб заливать брагу, не прошедшую первичную дистилляцию.

При изготовлении установки своими руками нельзя допускать потери тепловой энергии через корпус колонны. Особенно важно защитить нижнюю часть, т.е. зону до первого дефлегматора.

• пенопласт,
• пеноизол,
• современные фольгированные утеплители.

Ректификационные колонны позволяют глубоко очистить жидкости или выделить легкую фракцию. В промышленных условиях они находят применения во многих отраслях, в т.ч. с их помощью обеспечивается нефтепереработка, изготавливается качественный спирт.

Ректификационная колонна сегодня считается идеальным помощником в случаях, когда необходимо получить чистый и качественный спирт. Такие аппараты с успехом применяются не только в промышленности, но и в бытовых условиях. При использовании колонны появляется возможность разделить жидкие смеси с разной температурой кипения. Давайте рассмотрим, как изготовить бытовой ректификатор в домашних условиях.

1 Роль ректификации в самогоноварении

Начиная заниматься производством самогона и других напитков в домашних условиях, многие сталкиваются с понятием "ректификационная колонна". Для чего она нужна? Как эксплуатировать ее дома? Можно ли изготовить конструкцию своими руками? – начинающему самогонщику довольно трудно ответить на эти вопросы сразу, тем более что принцип работы устройства один из самых сложных в самогоноварении.

Первое, что стоит сделать – это разобраться в функции устройства. Итак, основная задача аппарата для создания спирта состоит в разделении жидкостей при условии, что они имеют разные температуры кипения. Благодаря этому, в домашних условиях мы получаем качественный самогон или чистый спирт, который ничем не уступает алкоголю, изготовленному на заводе. Если в емкости ректификатора находятся составы с одинаковой температурой кипения, то получить более-менее качественный спирт не получится, так как вся суть работы аппарата заключается в испарении и разделении жидкостей.

Принцип работы ректификатора основан на химическом процессе. Жидкость, которая находится на дне емкости, начинает кипеть, в результате чего поднимается вверх по аппарату. В этой части системы расположен дефлегматор, в котором и производится разделение жидкостей с разными составами. Одна из них отбирается и выходит дальше, а вторая возвращается обратно в емкость.

Благодаря той важной функции, которую выполняет ректификационная колонна, эта конструкция станет незаменимым помощником для создания чистого алкоголя в домашних условиях. С ее помощью вы сможете приготовить и другие домашние медикаменты.

2 Бытовой ректификатор – подготовка к изготовлению аппарата

Поняв принцип работы устройства, можно приступать к его созданию дома. Нам потребуются трубы из нержавейки диаметром до 45 мм. Их длина не должна превышать 120 см. Дефлегматор для отделения спирта мы будем изготавливать из термоса объемом не больше 1 л. Нам также понадобятся переходники для стыковки дефлегматора, труб и перегонной емкости агрегата. Для всех этих деталей стоит выбирать нержавейку.

Купите утеплитель, который поможет создать стабильную теплоизоляцию всех составляющих аппарата. Опорные шайбы для устройства мы изготовим из листовой стали. Для втулок термометра возьмем кусок фторопласта, а в качестве отводов для воды используем тонкие трубки из меди диаметром не более 5 мм. После подготовки материалов нужно сделать детальный чертеж. Схема ректификационной колонны для спирта должна быть максимально подробной, но при этом понятной для вас. В чертеже стоит указать размеры аппарата, месторасположение отверстий и штуцеров.

Кроме того, в чертеже уточните диаметр труб и переходников к ним, материал утеплителя и объем термоса. Не забудьте внести в схему аппарата размеры и направление трубок для отвода воды. Ректификационная колонна своими руками не может быть изготовлена без определенного оборудования. Часть его можно найти дома, остальное придется одолжить или купить. Кстати, для того чтобы не забыть те или иные инструменты, лучше внести их отдельным списком в ваш чертеж. Итак, чтобы сделать аппарат для создания самогона дома, нам потребуется:

• электродрель с набором сверл;
• наждачный станок;
• напильник, плоскогубцы и молоток для очистки и сгибания нержавейки;
• электропаяльник мощностью не менее 100 Ватт;
• флюс и припой;
• горелка;
• обычный или электронный термометр;
• переходники для кранов;
• гибкая трубка длиной не менее 10 см.

В случае отсутствия хотя бы одного из этих инструментов сделать ректификатор для спирта не получится. Поэтому стоит заранее подготовить их, чтобы потом не терять время в процессе поиска.

3 Создание устройства из обычного термоса

После того, как мы нарисовали и проверили все чертежи, собрали все необходимые нам инструменты и материалы, можно начинать изготовление аппарата для приготовления спирта дома. Стоит заранее отметить, что нам предстоит сложная и ответственная операция, выполнить которую можно только при условии наличия опыта в работе с паяльником и другими приборами для обработки нержавейки.

Ректификационная колонна своими руками изготавливается по специальному алгоритму, который мы с вами и рассмотрим. Для начала необходимо отрезать кусок трубы, снять фаски и сторцевать края. Далее нужно изготовить переходник, с помощью которого мы соединим трубку колонны и узел отбора дистиллята. Переходник должен максимально плотно войти в трубу, а в другой части иметь резьбу в 2–2,5 мм. Таким образом, мы добьемся автоматики на стадии конденсации паров.

После созданий переходника приступаем к шайбам. Диаметр деталей должен быть таким, чтобы в итоге они надежно поместились в трубу. В большинстве случаев размер не превышает 4 мм. В одну часть шайбы необходимо вставить трубу, а в другую часть – место соединения элемента с перегонной емкостью – нужно припаять переходник. Далее вставляем в трубу переходник и нагреваем место для пайки горелкой. После этого можно изготовить наполнитель для ректификатора. Засыпаем материал в трубу и сильно встряхиваем деталь. Так наполнитель сможет равномерно распределиться по колонне. При этом стоит проследить, чтобы наша конструкция была заполнена материалом доверху.

Приступаем к созданию дефлегматора. Для этого берем термос, чистим его дно наждачной бумагой, после чего залуживаем днище. Затем делаем из жести скобу, а также изготавливаем петли из стальной проволоки. Последние заводим в отверстия скобы и скручиваем места соединения плоскогубцами. Свободный конец проволоки зажимаем тисками и крепим его к стенке термоса. Далее сильно встряхиваем термос так, чтобы его днище отпало само собой. После этого обтачиваем шов, соединяющий крышку термоса и колбу. Обтачивать необходимо до тех пор, пока на месте шва не появится небольшой зазор. Далее вытаскиваем внутреннюю колбу из верхней ее оболочки.

Для изготовления дефлегматора нужно снять дно и вакуумную крышку термоса. По центру задней стороны внутренней колбы просверливаем отверстие, сквозь которое воздух будет поступать вовнутрь емкости. Зачищаем и залуживаем отверстие, после чего просовываем в него трубку. Запаиваем отверстие трубки, после чего проделываем еще одно отверстие в днище термоса. Надеваем на дно емкости колбу. Трубку и дно термоса пропаиваем. Залуживаем узел отбора и горловину термоса. В горловину вставляем трубку отбора и припаиваем в месте соединения.

Далее берем дрель и просверливаем отверстия в верхней и нижней части внешней колбы. Вставляем в них трубки для подвода и отвода воды. Далее просверливаем отверстие в узле для отбора дистиллята. Туда мы поместим втулку термометра. Он может быть как обычным, так и электронным. Главное – это постараться найти прибор тарельчатой формы. С таким термометром удобнее следить за скачками температуры.

Как мы смогли убедиться, изготовление ректификатора дома – дело не из легких. Однако, выполнив работу, вы получите возможность производить чистый спирт, из которого потом можно готовить любимую или самогон на шиповнике.

И немного о секретах...

Российские ученые кафедры биотехнологий создали препарат, который сможет помочь при лечении алкоголизма всего за 1 месяц.

Главное отличие препарата - ЕГО 100% НАТУРАЛЬНОСТЬ, а значит эффективность и безопасность для жизни:

• устраняет психологическую тягу
• исключает срывы и депрессию
• защищает клетки печени от поражения
• выводит из сильного запоя за 24 ЧАСА
• ПОЛНОЕ ИЗБАВЛЕНИЕ от алкоголизма вне зависимости от стадии
• очень доступная цена.. всего 990 рублей

Курсовой приём всего ЗА 30 ДНЕЙ обеспечивает комплексное РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С АЛКОГОЛЕМ.
Уникальный комплекс АЛКОБАРЬЕР является на сегодняшний день самым эффективным в борьбе с алкогольной зависимостью.

Перейдите по ссылке и узнайте все преимущества алкобарьера

§ 13.2 Ректификационные колонны: их устройство и работа

Как было сказано выше, ректификация осуществляется в специальных аппаратах - ректификационных колоннах, которые являются основными элементами ректификационных установок.

Процесс ректификации может осуществляться периодически и непрерывно, независимо от типа и конструкции ректификационных колонн. Рассмотрим процесс непрерывной ректификации, с помощью которого происходит разделение жидких смесей в промышленности.

Ректификационная колонна - вертикальный цилиндрический аппарат со сварным (или сборным) корпусом, в котором расположены массо- и теплообменные устройства (горизонтальные тарелки 2 или насадка). В нижней части колонны (рис. 13.3) имеется куб 3, в котором происходит кипение кубовой жидкости. Нагревание в кубе осуществляется за счет глухого пара, находящегося в змеевике или в кожухотрубчатом подогревателе-кипятильнике. Неотъемлемой частью ректификационной колонны является дефлегматор 7, предназначенный для конденсации пара, выходящего из колонны.

Ректификационная тарельчатая колонна работает следующим образом. Куб постоянно подогревается, и кубовая жидкость кипит. Образующийся в кубе пар поднимается вверх по колонне. Предварительно нагревается до кипения исходная смесь, подлежащая разделению. Она подается на питательную тарелку 5, которая делит колонну на две части: нижнюю (исчерпывающую) 4 и верхнюю (укрепляющую) 6. Исходная смесь с питательной тарелки стекает на нижележащие тарелки, взаимодействуя на своем пути с, движущимся снизу вверх паром. В результате этого взаимодействия пар обогащается легколетучим компонентом, а стекающая вниз жидкость, обедняясь этим компонентом, обогащается труднолетучим. В нижней части колонны идет процесс извлечения (исчерпывания) легколетучего компонента из исходной смеси и переход его в пар. Некоторая часть готового продукта (ректификата) подается на орошение верхней части колонны.

Жидкость, поступающую на орошение верха колонны и перетекающую по колонне сверху вниз, называют флегмой. Пар, взаимодействуя с флегмой на всех тарелках верхней части колонны, обогащается (укрепляется) легколетучим компонентом. Пар, выходящий из колонны, направляется в дефлегматор 7, в котором осуществляется его конденсация. Образующийся дистиллят делится на два потока: один в виде продукта направляется на дальнейшее охлаждение и на склад готовой продукции, другой направляется обратно в колонну в качестве флегмы.

Важнейшим элементов тарельчатой ректификационной колонны является тарелка, поскольку именно на ней происходит взаимодействие пара с жидкостью. На рис. 13.4 изображена схема устройства и работы колпачковой тарелки. Она имеет дно 1, герметически соединенное с корпусом колонны 4, паровые патрубки 2 и сливные патрубки 5. Паровые патрубки предназначены для пропускания поднимающихся с нижней тарелки паров. По сливным патрубкам жидкость стекает с вышележащей тарелки на нижележащую. На каждый паровой патрубок монтируется колпачок 3, с помощью которого пары направляются в жидкость, барботируют через нее, охлаждаются и частично конденсируются. Дно каждой тарелки обогревается парами нижележащей тарелки. Кроме того, при частичной конденсации пара выделяется тепло. За счет этого тепла жидкость на каждой тарелке кипит, образуя свои пары, которые смешиваются с парами, поступившими с нижележащей тарелки. Уровень жидкости на тарелке поддерживается с помощью сливных патрубков.

Рис. 13.3. Схема ректификацион­ной колонны: / - корпус; 2 - тарелки; 3 - куб; 4, 6 - исчерпывающая и укрепляющая части колонны; 5 -питательная тарелка; 7 - дефлегматор

Процессы, протекающие на тарелке, можно описать следующим образом (см. рис. 13.4). Пусть на тарелку поступают пары состава Л с нижней тарелки, а с верхней тарелки по переливной трубке стекает жидкость состава В. В результате взаимодействия пара А с жидкостью В (пар, барботируя через жидкость, частично ее испарит, а сам частично сконденсируется) образуется новый пар состава С и новая жидкость состава D , находящиеся в равновесии. В результате работы тарелки новый пар С богаче легколетучим веществом по сравнению с поступившим с нижней тарелки паром А, то есть на тарелке пар С обогатился легколетучим веществом. Новая жидкость D , наоборот, стала беднее легколетучим веществом по сравнению с поступив­шей с верхней тарелки жидкостью В, то есть на тарелке жидкость обедняется легколетучим и обогащается труднолетучим компонентом. Короче, работа тарелки сводится к обогащению пара и обеднению жидкости легколетучим компонентом.

Рис. 13.4. Схема устройства и работы колпачковой тарелки: /- дно тарелки; 2 -паровой патрубок;

3 - колпачок; 4 - корпус колонны; 5 - сливной патрубок

Рис. 13.5. Изображение работы ректификационной тарелки на диаграмме у -х: 1 - равновесная кривая;

2 - линия рабочих концентраций

Тарелка, на которой достигается состояние равновесия между поднимающимися с нее парами и стекающей жидкостью, называется теоретической. В реальных условиях из-за кратковременного взаимодействия пара с жидкостью на тарелках не достигается состояние равновесия. Разделение смеси на реальной тарелке идет менее интенсивно, чем на теоретической. Поэтому для выполнения: работы одной теоретической тарелки требуется больше чем одна реальная тарелка.

На рис. 13.5 изображена работа ректификационной тарелки с использованием диаграммы у -х. Теоретической тарелке соответствует заштрихованный прямоугольный треугольник, катетами ко­торого являются величина приращения концентрации легколетучего компонента в паре, равная ус -y а , и величина уменьшения концентрации легколетучего компонента в жидкости, равная x B - x D . Отрезки, соответствующие указанным изменениям концентраций, сходятся на равновесной кривой. Тем самым предполагается, что фазы, покидающие тарелку, находятся в состоянии равновесия. Однако в действительности состояние равновесия не достигается, и отрезки изменения концентраций не достигают равновесной кривой. То есть рабочей (действительной) тарелке будет соответствовать меньший треугольник, чем тот, который изображен

на рис. 13.5.

Конструкции тарелок ректификационных колонн весьма разнообразны. Рассмотрим кратко основные из них.

Колонны с колпачковыми тарелками широко применяются в промышленности. Использование колпачков обеспечивает хороший контакт между паром и жидкостью, эффективное перемешивание на тарелке и интенсивный массообмен между фазами. По форме колпачки могут быть круглыми, многогранными и прямоугольными, тарелки - одно- и многоколпачковыми.

Тарелка с желобчатыми колпачками показана рис. 13.6. Пар с нижней тарелки проходит в зазоры и попадает в верхние (опрокинутые) желоба, которые направляют его в нижние желоба, заполненные жидкостью. Здесь пар барботирует через жидкость, что обеспечивает интенсивный массообмен. Уровень жидкости на тарелке поддерживается переливным устройством.

Колонны с ситчатыми тарелками показаны на рис. 13.7. Тарелки имеют большое количество отверстий малого диаметра (от 0,8 до 3 мм). Давление пара и скорость его прохода через отверстия должны находиться в соответствии с давлением жидкости на тарелке: пар должен преодолевать давление жидкости и препятствовать ее утечке через отверстия на нижележащую тарелку. Поэтому ситчатые тарелки требуют соответствующего регулирования и весьма чувствительны к изменению режима. В случае уменьшения давления пара жидкость с ситчатых тарелок уходит вниз. Ситчатые-тарелки чувствительны к загрязнениям (осадкам), которые могут забивать отверстия, создавая условия образования повышенных давлений. Все это ограничивает их применение.

Насадочные колонны (рис. 13.8) отличаются тем, что в них роль тарелок выполняет так называемая «насадка». В качестве насадки используют специальные керамические кольца (кольца Рашига), шарики, короткие трубки, кубики, тела седловидной, спиралевидной и т. п. формы, изготовленные из разнообразных материалов (фарфора, стекла, металла, пластмассы и др.).

Пар поступает в нижнюю часть колонны из выносного кипятильника и движется вверх по колонне навстречу стекающей жидкости. Распределяясь по большой поверхности, образуемой насадочными телами, пар интенсивно контактирует с жидкостью, обмениваясь компонентами. Насадка должна иметь большую поверхность в еди­нице объема, оказывать малое гидравлическое сопротивление, быть стойкой к химическому воздействию жидкости и пара, обладать высокой механической прочностью, иметь невысокую стоимость.

Насадочные колонны имеют небольшое гидравлическое сопротивление, удобны в эксплуатации: легко опорожняются, промываются, продуваются, очищаются.

Рис. 13.6. Тарелка с желобчатыми колпачками: а - общий вид; б - продольный разрез; в - схема работы тарелки

Рис. 13.7. Схема устройства ситчатой тарелки: / - корпус колонны; 2 - тарел­ка; 3 - сливная труба; 4 - гидравлический затвор; 5 - отверстия

Рис. 13.8. Схема насадочной ректификационной колонны: 1 - корпус; 2 - ввод начальной смеси; 3 - пар; 4 - орошение; 5 - решетка; 6 - насадка; 7-отвод высококипящего продукта j-. 8 - выносной кипятильник