Ректификационная колонна из труб пвх. Как сделать ректификационную колонну – расчет параметров системы. Источник и мощность нагрева колонны

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:

Каждый компонент имеет свою температуру кипения и удельный вес.
По последнему показателю производится распределение на легкие и тяжелые фракции.
При нагревании до температуры кипения жидкость превращается в пар, который также характеризуется разным удельным весом, определяющим их летучесть.
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:

Куб заполняется исходным сырьем (примерно на 2/3 объема) и разогревается до температуры кипения жидкости.
Испарение поднимается вверх, а встретившись с дефлегматором, частично конденсируется, превращаясь в флегму, которая стекает по стенкам цилиндра вниз.
Данный процесс по мере подъема пара по цилиндру происходит несколько раз, причем вначале конденсируются наиболее тяжелые фракции. До верха колонны доходит самая легкая фракция.
Во время работы установки, в ее цилиндре одновременно находятся пары, флегма, исходное сырье и очищенный, конечный продукт. Пары и флегма создают взаимнопротивоположные потоки.
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:

Так при одной дистилляционной перегонке она не превышает 35-40%, при двух – до 50-55%, трех – до 70%.
Крепость 90-95% (спирт) достигается после не менее 5 перегонок.
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:

промышленные,
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:

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.
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.
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:

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

Ознакомившись с популярными сайтами и форумами ректификационной тематики я решил внести свой вклад в общее дело. Домашние мастера мучаются с колоннами, навешивают на них много автоматики. Датчики давления, старт-стоп системы срывающие весь процесс ректификации и т.д.

Основные проблемы кроются в малой высоте, в неверных расчетах установок, работа на газовой плите, ориентирование на давление в колонне, и просто банальное непонимание сути процесса ректификации. И что главное- все напрочь забывают, что правильной колонне автоматика не требуется . Автоматика- только помощник.

Приведенная схема ректификационной колонны является одним из шести вариантов решения выше обозначенных проблем. "Хитрость" в том, что ее можно сделать невысокой (сверхмалой) и получать вполне качественный спирт. Оговорюсь... работа на газовой плите опасна, малейшая ошибка может привести к непоправимым последствиям- вы предупреждены. Стабильность работы конкретного схемного решения кроется в т.н. накопительной емкости под смещенным в сторону дефлегматором, регулируя подачу мощности (нагрева) в кубе, охлаждение и возврат флегмы, можно добраться до стабильной спиртовой полки при высоте насадочной части всего 80см. В колонне полностью отсутствуют температурной пилы из-за невозможности попадания брызг на датчик термометра. Гидроуровень установленный в узел отбора позволяет наблюдать за уровнем накопленной флегмы, что позволяет более точно стабилизировать процесс в начале ректификации и исключает захлеб колонны при правильной эксплуатации. Накопительный "стакан" заимствован у известного и одноименного устройства (Экстрактора Сокслета).. Франц фон Сокслет (Franz von Soxhlet)

Развивая идеи по конструкции можно поработать и с автоматикой. Вместо регулятора отбора можно поставить электронный клапан, подключив его через компаратор снимающий показания температуры. Таким образом колонна превращается в сверхмалую колонну переодического действия с дробным отбором. Компаратор программируется на открытие клапана при определенной температуре, клапан открывается, накопленная флегма сливается в приемную емкость после чего процесс в колонне сорвется и поднимется температура, а компаратор сработает на закрытие клапана. Можно конечно и руками открывать-закрывать, но процесс это утомительный. Таким образом, на колонне можно отобрать все вещества по очереди, немного подробней процесс описан

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.

Принципиальная схема

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:

Равное давление каждого отдельно взятого компонента смеси.
Температура и концентрация веществ в обеих фазах (паровой и жидкой) одинакова.

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.

Отличие	Дистилляция	Ректификация
Органолептика напитка	Сохраняет аромат и вкус исходного сырья.	Получается чистый спирт без запаха и вкуса (проблема имеет решение).
Крепость на выходе	Зависит от количества перегонок и конструкции аппарата (обычно 40-65%).	До 96%.
Степень разделения на фракции	Низкая, вещества даже с разной температурой кипения перемешиваются, исправить это невозможно.	Высокая, можно выделить чистые вещества (только с разной температурой кипения).
Способность убрать вредные вещества	Низкая или средняя. Для повышения качества требуется минимум две перегонки с разделением на фракции хотя бы при одной из них.	Высокая, при правильном подходе отсекаются все вредные вещества.
Потери спирта	Высокие. Даже при правильном подходе можно извлечь до 80% от всего количества, сохранив приемлемое качество.	Низкие. Теоретически, реально извлечь весь этиловый спирт без потери качества. На практике минимум 1-3% потерь.
Сложность технологии для реализации в домашних условиях	Низкая и средняя. Подходит даже самый примитивный аппарат со змеевиком. Возможны улучшения оборудования. Технология перегонки проста и понятна. Самогонный аппарат обычно не занимает много места в рабочем состоянии.	Высокая. Требуется специальное оборудование, изготовить которое без знаний и опыта невозможно. Процесс сложнее для понимания, нужна предварительная хотя бы теоретическая подготовка. Колонна занимает больше места (особенно по высоте).
Опасность (в сравнении друг с другом), оба процесса пожаро- и взрывоопасны.	Благодаря простоте самогонного аппарата дистилляция несколько безопаснее (субъективное мнение автора статьи).	Из-за сложного оборудования, при работе с которым существует риск допустить больше ошибок, ректификация опаснее.

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 куба 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:

превышение допустимой мощности нагрева (встречается наиболее часто);
засорение нижней части устройства и переполнение куба;
очень низкое атмосферное давление (характерно для высокогорий);
напряжение в сети выше 220В – в результате мощность ТЭНов возрастает;
конструктивные ошибки и неисправности.

Безусловно, среди всех разновидностей самогонных аппаратов домашняя ректификационная колонна является одной из наиболее сложных как в эксплуатации, так и в изготовлении. Как правило, для самогоноварения в домашних условиях применяют колонны промышленного производства, которые можно приобрести почти без ограничений в каждом специализированном магазине. Однако, также вполне возможно сделать ее своими руками.

Для того чтобы сделать этот аппарат нужно иметь его схему и чертежи конструкции, а также знать главные принципы работы колонны и смысл процессов, происходящих в ней. А происходит здесь довольно много интересного - процедура ректификации от обычной дистилляции отличается своими химическими и физическими основами.

Ректификационная колонна: Принцип работы

В колонне, как и в простом дистилляторе, находятся и холодильник, и нагреватель, и регулятор, являющиеся рабочими и полноценными элементами. Однако от поверхности браги на пути спиртосодержащего пара до змеевика холодильника расположен еще один сложный узел, называющийся ректификационной колонной. Данный узел собой представляет высокую трубу, сечение которой больше ее размера в 40-60 раз. На схеме в разрезе показана как устроена спиртовая или бражная колонна для приготовления спирта.

Горячий пар по трубе поднимается вверх, охлаждается медленно по пути, конденсируется, и стекает вниз, назад в емкость. Конденсат во время движения сверху вниз контактирует с горячим паром, заново нагревается, и легкокипящие вещества опять превращаются в пар. Среди данных веществ находится и этиловый спирт.

Когда подобрать режим работы этой колонны так, чтобы пары спирта начинали на определенной высоте конденсироваться, в которой находится заборный патрубок, то в холодильник начнет поступать чистый спирт, без различных примесей. Через определенное время в этом устройстве начинается режим динамического равновесия, за счет разницы паровой фазы и теплоемкостей жидкости, помимо этого, жидкостно-паровая смесь начинает разделяться по химическому составу на фракции, от чего будет зависеть температура парообразования .

Непосредственно в самом верхнем участке скапливаются пары летучих примесей - ацетона, альдегидов и других ядовитых компонентов. Во время температуры колонны на верхнем термометре более 70 градусов они просто выходят в атмосферу, так как она с внешним воздухом соединена клапаном или патрубком и работает почти под атмосферным давлением.

Приблизительно на высоте три четверти от размера колонны начинают собираться пары спирта, которые и необходимо отобрать . Ниже - сивушные масла и другие элементы, у которых температура кипения больше спирта. На участке отбора спирта необходимо сохранять температуру в пределах 75-77 градусов, чтобы это можно было реализовать и потребуется значительный размер колонны, нежели объемнее зоны различных фракций, так проще отделить один элемент от другого.

Как сделать ректификационную колонну своими руками?

Сооружение ректификационной колонны в домашних условиях своими руками - это не миф. Это доказывают множественные фото и видео в интернете, а также посты на форумах. Даже когда они наполовину такие, как утверждают их владельцы, то этот агрегат стоит сделать. Однако необходимо учесть тот факт, что для как такового получения самогона ректификационная колонна, вне зависимости от того, промышленного или самодельного производства, не подходит.

Ректификационное устройство требуется для получения спирта с минимальным количеством добавок, в том числе и смол, и ароматических веществ, которые самогону придают особый привкус и аромат. Однако полученный спирт можно применять в качестве основы для каких-то алкогольных напитков сделанных в домашних условиях, не переживая за отравление эфирами и метилами или сивухой, способствующие сильному похмелью .

Для повторной перегонки обычного самогона или спирта-сырца, который получен на привычном дистилляторе для самогонщиков, ректификатор является незаменимой вещью. Ни одна система перегонки не сравнится с качеством полученного продукта.

Технология изготовления

В домашних условиях ректификационная колонна своими руками будет работать должным образом лишь, если ее высота будет составлять не меньше 1,9-2,1 метра при внутреннем диаметре 45-60 мм. Эта колонна сложная в эксплуатации, хранении и изготовлении. Желательно ее соорудить разборной, на резьбовых или ламповых соединениях, довольно удобно применять и муфты.

Муфтовое соединение не будет проблемой, когда у вас есть опыт работы на токарном станке. Иначе нужно будет воспользоваться платными услугами специалистов.

Принцип конструкции

Основные составные элементы ректификационной колонны следующие:

холодильник-дефлегматор;
корпус;
термометры;
тепловая изоляция;
насадка (спиральная или тарельчатая).

В общей схеме непосредственно самогонного аппарата находится еще и емкость для браги, а также холодильник для конденсата, который собой представляет простой змеевик. Если грамотно смастерить ректификационную колонну, то ее будет можно поставить на любое самогонное устройство с баком объемом не меньше 20 л.

При меньших размерах можно будет лишь разогнать ее до рабочего состояния и получить пару литров спирта (от вероятного выхода процентов 50). Наилучший объем испарителя - 27-45 литров. Таким образом, удобней отрегулировать температуру процесса, которая во время ректификации считается одним из главных факторов.

Помимо этого, производство спирта в количестве до 9-12 литров занимает такое же количество времени на разгон и подготовку колонны, как и 4-6 литров. Чаще всего экономия времени также довольно важна для уменьшения себестоимости продукта.

Корпус

Корпус желательно изготовить из трех частей, приблизительно одинаковых по длине. Снизу к трубе из нержавейки для крепления на перегонный бак приваривается фланец с крепкой крышкой. Высота колонны довольно большая - приблизительно 2 метра. Оптимальное решение – это фланцевое соединение на герметичной прокладке. Фланцы обязаны быть приварены так, чтобы вся конструкция находилась в четко вертикальном положении, лишь в этом случае она будет работать, как нужно.

Элементы корпуса соединяются друг с другом резьбой или клампами - как удобнее. Самое важное, чтобы сохранялась герметичность. Наилучший материал для основной трубы - пищевая нержавеющая сталь .Этот материал имеет относительно низкую теплопроводность, а в колонне нежелательны потери тепла, вплоть до прохода в холодильник паров.

Две части снизу - это просто отрезки трубы. Здесь будут установлены насадки - приспособления, которые увеличивают площадь контакта жидкости и пара. Наиболее сложный самый верхний элемент конструкции, здесь:

необходимо оборудовать проточный холодильник;
предусмотреть воздушный клапан;
гнездо для термометра;
отводной патрубок.

Проточный холодильник занимает примерно половину части верхней 1/3 колонны. Наиболее простое решение - намотать поверх трубы нержавеющий или медный змеевик. Более сложный способ - это установить тот же змеевик, охладитель Димрота или шариковый холодильник вовнутрь трубы.

Для этой задачи можно приобрести трубу большего сечения, соединив с помощью переходника с нижней частью. Вариантов в этом случае большое количество - смысл один, дефлегматор обязан на пути пара обеспечить барьер и до достижения воздушного клапана преобразовать его в конденсат. Сюда обязаны попадать лишь пары с температурой не более 60 градусов. Когда холодильник не сможет справиться с его задачей, то в воздух одновременно с летучими элементами выйдет спирт.

Воздушный клапан ставится в самой верхней точке и требуется для выравнивания давления. Клапан можно и не ставить, а просто установить медную тонкую трубку (Ø4-5 мм). Наличие трубки потребует на всех стадиях ректификации особого контроля за температурой. Во время отбора голов Т=55–65 С обязана находиться на уровне заборного патрубка.

Отбор производится через патрубок, который врезается в корпус ниже холодильника с дистанцией 3-6 см от него. Он собой представляет простую трубку, куда подключается от медицинской капельницы силиконовый шланг.

Сделанная своими руками ректификационная колонна работает довольно медленно, главный забор происходит в капельном режиме. Это необходимо учитывать - изготовление 9-12 литров спирта может занять целый день .

Насадка

Данная часть колонны является одной из наиболее важных. Для ректификации применяются два типа насадок:

спиральная, из стальной сетки, туго закрученной в спираль либо специальных проволочек, которые свиты в призматические спиральки, они просто засыпаются вовнутрь колонны;
тарельчатая, в форме сетчатых или колпачковых элементов.

В первом случае снизу колонны ставится сетчатый фильтр, который не допускает выпадение насадки. Для изготовления своими руками ректификационной колонны наиболее эффективной считается тарельчатая насадка колпачкового типа. В данном случае необходимо работу начинать именно с покупки тарелок - размер корпуса обязан соответствовать их диаметру. Проще всего подобрать трубу под тарелки, нежели наоборот.

Сетчатые перегородки изготовить гораздо проще, для чего потребуется лишь набор сверл 2-3 мм и сверлильный станок или дрель. Перегородки изготавливаются из меди, латуни или нержавейки. На один метр высоты колонны их необходимо 8-10 штук.

Спирально призматические специальные насадки Панченкова (РПН), сетку либо аналоги нужно будет приобретать в специализированных магазинах. Самому их не получится изготовить . Выбирать сетки для мытья посуды не стоит - для них применяют неизвестные сплавы, которые смогут войти в реакцию с парами примесей или спирта.

Теплоизоляция

Колонну нужно защитить от теплопотерь на высоту не меньше нижнего среза дефлегматора. В качестве утепления можно выбрать любой эластичный теплоизолятор - трубчатые базальтовые фольгированные утеплители, пеноизол, пенополиуретан. Утепление - это довольно важный этап. Если избежать теплопотерь, то высоту фракционных слоев можно уменьшить на 10-20%. Причем концентрация вещества, в данном случае - спирта, в них повысится, четко сохраняя границы фракций.

Автоматизация ректификационной колонны

Довольно сложный процесс ректификации нуждается в постоянном наблюдении и присутствии человека. Качественная автоматика позволяет проводить ректификацию, без постоянного присмотра. Она дает возможность отобрать головные фракции в отдельную емкость, не допускает в товарный спирт попадания «хвостов».

Блок управления ректификацией (БУР) уменьшит мощность во время отбора, включит воду для охлаждения при необходимой температуре и автоматически снизит отбор в конце. После отбора хвостов отключит воду и нагрев. Простейший способ автоматизации – это монтаж старт стопа с клапаном, прекращающего отбор во время увеличения температуры в колонне, после восстановления температуры, возобновляется отбор. Для домашнего мини-спиртзавода дешевле приобрести автоматику на профильных форумах или собрать из китайских комплектующих.

Те, кто производит спиртное в домашних условиях, знают о ректификационной колоне и ее важности в получении настоящего спирта и качественного алкоголя. Такой аппарат позволяет получить чистый спирт и даже можно перегнать брагу, чтобы спирт был 96%. Подобные конструкции часто и почти всегда используются в промышленных целях, в быту встретить колонну можно реже, но все же они используются. Если применять такую конструкцию, то можно будет иметь возможность отделять жидкости, у которых разная степень кипения. Поэтому в статье будет описано, как сделать ректификационную колонну в домашних условиях.

Материалы для создания

Чтобы смастерить аппарат своими руками потребуется приготовить довольно много материала:

Потребуется обыкновенная труба, сделанная из нержавейки. В диаметре труба должна быть 3,5-5,5 см, в длину допускается использование трубы от 1,2 м до 1,5 м. Толщина материала не должна быть меньше чем 1 мм.
Также нужно использовать старый термос, у которого объем будет 1 литр, но можно использовать емкость с объемом 750 мл. Из термоса в дальнейшем будет делаться дефлегматор.
Чтобы соединять разные части и элементы ректификационной колонны потребуются переходники, которыми будут соединяться трубы, с термосом, он же дефлегматор, а также с перегонным кубом.
Готовится утеплить, благодаря которому, можно будет добиться нужного уровня теплоизоляции определенных участков аппарата.
Еще нужен лист метала из нержавеющей стали, из которого будут делаться опорные шайбы.
Дополнительно применяются трубки в диаметре от 4 до 6 мм, чтобы по ним можно было пускать воду в холодильник.
Для установки термометра используется небольшой кусок фторопласта, но если его нет, то подойдет и другой материал.
Термометр, благодаря которому можно будет вести контроль температуры. Использовать можно как электронный вариант, так и стандартный.
Переходники для крана.
Гибкие шланги в длину по 10 см.
Для проведения работы нужна будет дрель и разные сверла, а также наждачка. Дополнительно используется молоток, плоскогубцы, напильник, паяльник, горелка на газу.

В целом видов подобного устройства немного и самому принято делать колонну из термоса. Вид колонны представлен на картинке:

Ректификационная колонна из термоса

Для создания подобной конструкции потребуется отрезать кусок трубы той длины, которая потребуется, если есть труба из титана, то лучше использовать ее. Далее, с отрезанного материала снимается фаска, и торцуются края. После этого потребуется сделать переходник, который будет служить для соединения всех узлов, а именно забора дистиллята и трубки с крышкой аппарата. Важно отметить, что такой соединительный элемент должен будет одной стороной плотно вставляться в трубу, а на его другой стороне необходимо нарезать резьбу в пару миллиметров.

Теперь потребуется сделать опорные шайбы, благодаря которым будут держаться насадки. Размеры нужно использовать такие, чтобы шайбы плотно входили в саму трубу. Как правило, такой размер колеблется от 3 до 4 мм в диаметре. Одна сторона монтируется в трубу, затем в точке соединения с перегонным кубом припаивается переходник. В трубу нужно вставить сам переходник, а точку спайки разогреть горелкой на газу.

Далее, нужно сделать наполнитель для самой колоны. Для этого насыпается наполнитель в трубку, после чего труба трясется, чтобы положенный материал плотно и равномерно распределился внутри. Очень важно заполнять пространство до верха.

В подготовленную трубу вставляется опорная шайба и насадки, после чего монтируется залуженный торец отбора и спаиваем. Теперь надо все обработать термоизолятором. Можно переходить к термосу. Его потребуется полностью разобрать, днище посудины зачистить при помощи обычной наждачки, после чего залужить. Из куска металла необходимо сделать скобу, а также петли, используя для них проволоку. Готовые петли заводятся в отверстие скобы, после чего скручиваются при помощи плоскогубцев.

В тисках надо зажать один конец проволоки, затем закрепить его на стенке посудины. Термос в таком состоянии нужно быстро и резко потрусить, чтобы у него отлетело днище. Острые края днище надо обточить, после чего достать из внутренней части термоса колбу.

Можно начинать делать дефлегматор. Для этого и потребовалось удалять днище из термоса, а также его вакуумную крышку. Внутри колбы, в центре нужно сделать дыру при помощи дрели и сверла, чтобы мог попадать воздух. Полученное отверстие следует зачистить и залужить, после чего вставить шлангу и запаять ее. В центре дна посудины необходимо тоже сделать дырку и надеть колбу, после чего соединить трубку и днище при помощи паяльника.

Горловина и часть отбора необходимо залужить. Сам узел забора монтируется в горловину и запаивается. В обеих частях внешней колбы, а именно вверху и внизу нужно сделать дырку, через которые будут проходить трубки для подачи воды. Через них будет приходить, и уходить вода для охлаждения. Сделав дырки и вставив трубки, все соединительные места герметизируются паяльником. В части забора нужно тоже сделать дырку для установки термометра. Сама втулка тоже требует усовершенствования. В ней делается дырка по диаметру аналогичная щупу термометра. Рекомендуется засовывать щуп не глубоко, достаточно будет о 5 мм. Затем все успешно вставляется в часть забора.

Все места, где проводилась спайка нужно обязательно промыть раствором из обыкновенной соды. Далее, к колонне прикручивается дефлегматор, который тоже нужно промыть раствором. На схеме продемонстрирована ректификационная колонна с применением термоса:

Как правило, ректификационная колонна, что сделана своими силами в условиях дома получается эффективнее, чем покупные аналоги. Если есть страх, что сделать устройство не получится или это просто нереально, тогда можно выбрать готовые модели в интернете и других специализированных магазинах. С оптимальными размерами и стоимостью. Для более наглядного этапа производства колонны можно посмотреть видео.