Принцип работы ректификационной колонны – как получить спирт

Ректификация спирта – разделение смеси, содержащей многокомпонентный спирт, на чистые фракции (этиловый и метиловый спирт, вода, сивушные масла, альдегиды и другие), имеющие разные температуры кипения, путем многократного испарения жидкости и конденсации пара на контактных устройствах (пластинах или сопла) в специальных противоточных башенных устройствах.

С физической точки зрения ректификация возможна, так как изначально концентрация отдельных компонентов смеси в паровой и жидкой фазах разная, но система стремится к равновесию – одинаковое давление, температура и концентрация всех веществ в каждой фаза. При контакте с жидкостью пар обогащается легколетучими компонентами (низкая точка кипения), а жидкость – нелетучими компонентами (высокая температура кипения). Теплообмен происходит одновременно с обогащением.

Благодаря разным направлениям движения (пар поднимается вверх, а жидкость течет вниз), после того, как система достигла равновесия в верхней части дистилляционной колонны, можно отдельно выбрать практически чистые компоненты, которые входили в смесь. Сначала выходят вещества с более низкой температурой кипения (альдегиды, простые эфиры и спирты), затем – с высокой (сивушные масла).

Состояние равновесия. Он появляется прямо на краю разделения фаз. Это достигается только при одновременном выполнении двух условий:

  1. Равное давление каждого отдельного компонента смеси.
  2. Температура и концентрация веществ в обеих фазах (пар и жидкость) одинаковы.

Чем чаще система достигает равновесия, тем эффективнее тепло- и массообмен и разделение смеси на отдельные компоненты.

Разница между дистилляцией и ректификацией

Как видно на графике, из 10% спиртового раствора (сусла) можно получить 40% самогон, причем при второй перегонке этой смеси уйдет дистиллят 60 градусов, а при третьей – 70%. Возможны следующие диапазоны: 10-40; 40-60; 60-70; 70-75 и так далее до 96% максимум%.

Теоретически для получения чистого спирта требуется 9-10 последовательных перегонок на самогонном перегонном кубе. На практике перегонка спиртосодержащих жидкостей с концентрацией выше 20-30% взрывоопасна, к тому же экономически невыгодна из-за больших затрат энергии и времени.

С этой точки зрения перегонка спирта – это как минимум 9-10 одновременных постепенных перегонок, которые проходят на разных контактных элементах колонны (упаковке или тарелках) по всей высоте.

Различия Дистилляция Исправление
Органолептические свойства напитка Сохраняет аромат и вкус сырья. Получается чистый спирт, без запаха и без вкуса (проблема имеет решение).
Крепость на выходе Это зависит от количества перегонок и конструкции аппарата (обычно 40-65%). До 96%.
Степень разделения на фракции Смешиваются низкие, даже вещества с разной температурой кипения, это не решается. Можно выделить высокочистые и чистые вещества (только с разными температурами кипения).
Возможность удаления вредных веществ Низкий или средний. Для повышения качества требуется не менее двух перегонок с разделением на фракции хотя бы для одной из них. Высокий, при правильном подходе вырезаны все вредные вещества.
Потеря алкоголя Высокий. Даже при правильном подходе можно извлечь до 80% от общего количества при сохранении приемлемого качества. Бас. Теоретически можно извлечь весь этиловый спирт без потери качества. На практике потери не менее 1-3.
Сложность техники для домашнего внедрения Низкий и средний. Подойдет даже самый примитивный катушечный аппарат. Возможны доработки оборудования. Технология дистилляции проста и понятна. Самогон обычно не занимает много места для работы. Высокий. Требуется специальное оборудование, которое невозможно произвести без знаний и опыта. Процесс сложнее для понимания, требуется как минимум предварительная теоретическая подготовка. Столбик занимает больше места (особенно по высоте).
Опасно (по сравнению друг с другом) оба процесса пожароопасны и взрывоопасны. За счет простоты самогонного аппарата перегонка несколько безопаснее (субъективное мнение автора статьи). Из-за сложного оборудования, при работе с которым вы рискуете сделать больше ошибок, шлифование более опасно.
Читайте также:  Самогонный аппарат Тополь 2.0 от «СБВ Групп» - обзор

Работа ректификационной колонны

Дистилляционная колонна – это 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 – пластины или насадки.

Кроме того, почти в каждой колонне есть вспомогательные устройства для подачи исходной смеси (спирта-сырца), контроля процесса ректификации (термометры, автоматика) и отбора дистиллята – модуля, в котором конденсируется пар определенного вещества. Извлекаемый из системы а потом вынули.

Обратный поток – сконденсированный пар в обратном конденсаторе, который течет по стенкам колонны.

Коэффициент орошения: отношение количества орошения к массе выбранного дистиллята. В колонне перегонки спирта есть три потока: пар, орошение и дистиллят (конечная цель). В начале процесса дистиллят не отводится, поэтому в колонне появляется достаточное количество флегмы для тепломассопереноса. Затем часть паров спирта конденсируется и выводится из колонны, а оставшиеся пары спирта продолжают создавать отлив, обеспечивая нормальную работу.

Для работы большинства систем орошение должно быть не менее 3, то есть отбирается 25% дистиллята, остальное нужно в колонне для орошения контактных элементов. Как правило, чем медленнее вы принимаете алкоголь, тем выше его качество.

Контактные устройства ректификационной колонны (тарелки и насадки)

Они отвечают за многократное и одновременное разделение смеси на жидкость и пар с последующей конденсацией пара в жидкость с достижением равновесия в колонне. При прочих равных условиях, чем больше в конструкции контактных устройств, тем эффективнее ректификация с точки зрения очистки спирта, так как увеличивается поверхность взаимодействия фаз, что интенсифицирует весь тепло- и массообмен.

Теоретическая тарелка – это цикл выхода из состояния равновесия с его повторным достижением. Для получения качественного алкоголя требуется минимум 25-30 теоретических блюд.

Физическая тарелка – это настоящий рабочий прибор. Пар проходит через слой жидкости в лотке в виде множества пузырьков, создавая большую поверхность контакта. В классическом дизайне физическая пластина обеспечивает примерно половину условий для достижения состояния равновесия. В результате для нормальной работы ректификационной колонны требуется вдвое больше физических тарелок, чем теоретический (расчетный) минимум – 50-60 штук.

Форсунки. Часто плиты используются только на промышленных предприятиях. В лабораторных и бытовых ректификационных колоннах в качестве контактных элементов используются насадки: медная (или стальная) проволока или специально скрученные сетки для мытья посуды. В этом случае отлив тонкой струйкой протекает по всей поверхности прокладки, обеспечивая максимальную площадь контакта с паром.

Свойства ректификационной колонны

Материал и габариты. Цилиндр колонны, сопла, куб и перегонные кубы должны быть изготовлены из пищевого нержавеющего жаропрочного сплава (с возможностью равномерного расширения). В самодельном строительстве нередко бидоны и скороварки используются в виде куба.

Минимальная длина трубы для бытовой ректификационной колонны составляет 120-150 см, а ее диаметр – 30-40 мм.

Система отопления. В процессе шлифования очень важно быстро проверить и отрегулировать мощность нагрева. Поэтому наиболее удачным решением является обогрев с помощью ТЭНов, установленных в нижней части куба. Подача тепла через газовую плиту не рекомендуется, так как это не позволяет быстро менять температурный диапазон (высокая инерционность системы).

Читайте также:  Арома джин-корзина: понятие, виды, особенности эксплуатации

Контроль над процессом. При измельчении важно следовать инструкциям производителя колонки, который должен указать рабочие характеристики, теплотворную способность, коэффициент обратного флегма и производительность модели.

Представление. Это не зависит от размера колонны, потому что чем выше царь (трубка), тем больше физических лотков находится внутри, а значит, очистка лучше. На производительность влияет мощность нагрева, которая определяет скорость потока пара и отлива. Но при переизбытке подводимой мощности колонка задыхается (перестает работать).

Средняя эффективность бытовых ректификационных колонн составляет 1 литр в час при тепловой мощности 1 кВт.

Влияние давления. Температура кипения жидкостей зависит от давления. Для успешной перегонки спирта давление в верхней части колонны должно быть близким к атмосферному – 720-780 мм рт. В противном случае при понижении давления плотность пара будет уменьшаться, а скорость испарения увеличится, что может вызвать затопление колонны. При слишком высоком давлении скорость испарения снижается, что делает устройство неэффективным (отсутствует разделение смеси на фракции). Для поддержания правильного давления каждая колонна для перегонки спирта оборудована атмосферной трубкой.

О возможности самодельной сборки. Теоретически ректификационная колонна – не очень сложное устройство. Дизайны успешно реализуются мастерами в домашних условиях.

Но на практике, без понимания физических основ процесса шлифования, правильного расчета параметров оборудования, выбора материалов и качественной сборки агрегатов, использование самодельной шлифовальной колонны превращается в опасное занятие. Даже одна ошибка может стать причиной пожара, взрыва или ожогов.

С точки зрения безопасности, испытанные на заводе колонны (у них есть сопроводительная документация) более надежны, к тому же они поставляются с инструкциями (должны быть подробными). Риск возникновения критической ситуации сводится всего к двум факторам: правильная сборка и работа по инструкции, но это проблема практически всех приборов, а не только колонн или перегонных кубов.

Принцип работы ректификационной колонны

Куб заполнен максимум на 2/3 своего объема. Перед включением системы необходимо проверить герметичность соединений и групп, закрыть блок отбора дистиллята и подать охлаждающую воду. Только после этого можно начинать нагревание куба.

Оптимальная крепость спиртосодержащей смеси, подаваемой в колонну, составляет 35-45%. То есть в любом случае перед ректификацией требуется перегонка сусла. Полученный продукт (неочищенный спирт) затем обрабатывают на колонке, получая почти чистый спирт.

Это означает, что бытовая дистилляционная колонна не является полноценной заменой классического самогонного аппарата (дистиллятора) и может рассматриваться только как дополнительный этап очистки, который лучше заменяет повторную дистилляцию (вторую дистилляцию), но выравнивает органолептические свойства напитка.

Справедливости ради отмечу, что большинство современных конструкций ректификационных колонн предполагают работу как самогонный аппарат. Чтобы перейти к перегонке, просто закройте соединение с атмосферой и откройте группу выбора дистиллята.

Если оба соединения закрыть одновременно, нагретая колонна может взорваться из-за избыточного давления! Не делайте таких ошибок!

На промышленных предприятиях непрерывного действия сусло часто сразу перегоняют, но это возможно благодаря гигантским размерам и конструктивным особенностям. Например, стандартом считается труба высотой 80 метров и диаметром 6 метров, в которой установлено гораздо больше контактных элементов, чем ректификационных колонн для дома.

Читайте также:  Царга пастеризации: понятие и особенности применения

После стабилизации (для достижения равновесного состояния достаточно пара и дефлегмации) чистые (разделенные) фракции с самой низкой температурой кипения (метиловый спирт, ацетальдегид, простые эфиры, этанол) накапливаются в верхней части колонны и внизу с самой высокой (плавкие масла). По мере выполнения выборки минимумы постепенно повышаются по колонке.

В большинстве случаев колонка, в которой температура не меняется в течение 10 минут (общее время прогрева составляет 20-60 минут), считается стабильной (можно начинать отбор проб). До этого момента устройство работает «в одиночку», создавая приливы и отливы пара, которые имеют тенденцию уравновешиваться. После стабилизации начинается отбор головной фракции, содержащей вредные вещества: эфиры, альдегиды и метиловый спирт.

Дистилляционная колонна не избавляет от необходимости разделять выход на фракции. Как и в случае с обычным кадром, вам нужно собрать «голову», «тело» и «хвост». Единственное отличие – чистота на выходе. При измельчении фракции не «размазываются» – вещества с близкими температурами кипения, но не менее десятых долей градуса, не пересекаются, поэтому при выборе «тела» получается практически чистый спирт. Во время обычной перегонки физически невозможно разделить выход на фракции, состоящие из одного вещества, независимо от используемой конструкции.

Если колонку довести до оптимального режима работы, трудностей с подбором «корпуса» не возникает, так как температура всегда стабильна.

Нижние фракции («хвосты») при измельчении выбираются по температуре или запаху, но в отличие от перегонки эти вещества не содержат спирта.

Восстановление органолептических свойств спирта. Часто «хвосты» нужны для восстановления «души» спирта-ректификата – аромата и вкуса сырья, такого как яблоки или виноград. После завершения процесса к чистому спирту добавляется определенное количество собранных хвостовых фракций. Концентрация рассчитывается эмпирически путем экспериментов с небольшим количеством продукта.

Достоинством ректификации является возможность извлекать практически весь спирт, содержащийся в жидкости, без потери ее качества. Это означает, что полученные на самогоне «головы» и «хвосты» можно перерабатывать на ректификационной колонне и получать безопасный для здоровья этиловый спирт.

Захлебывание ректификационной колонны

Каждый рисунок имеет предельную скорость пара, после чего отлив в кубе сначала замедляется, а затем полностью прекращается. В дистилляционной части колонны скапливается жидкость и происходит «затопление» – завершение процесса тепломассообмена. Внутри происходит резкое падение давления, появляется посторонний шум или бульканье.

Причины заливки ректификационной колонны:

  • очень низкое атмосферное давление (типично для высокогорья);
  • засорение дна устройства и перелив куба;
  • напряжение в сети более 220 В – в результате увеличивается мощность ТЭНов;
  • проектные ошибки и неисправности.
  • превышение допустимой мощности нагрева (встречается чаще);

Источник alcofan.com

Оцените статью
Самогонище
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.