Как сделать ректификационную колонну – расчет параметров системы
Рано или поздно почти каждый любитель самодельного алкоголя задумывается о приобретении или изготовлении ректификационной колонны (РК) – устройства для получения чистого спирта. Начинать нужно с комплексного расчета базовых параметров: мощности, высоты, диаметра царги, объема куба и т.д. Эта информация будет полезна как желающим сделать все элементы своими руками, так и собравшимся купить готовую ректификационную колонну (поможет определиться с выбором и проверить продавца). Не затрагивая конструктивных особенностей отдельных узлов, мы рассмотрим общие принципы построения сбалансированной системы для ректификации в домашних условиях.
Схема работы колонны
Характеристики трубы (царги) и насадки
Материал. Труба во многом определяет параметры ректификационной колонны и требования ко всем узлам аппарата. Материалом для изготовления царги является хромоникелевая нержавеющая сталь – «пищевая» нержавейка.
Благодаря химической нейтральности пищевая нержавеющая сталь не оказывает воздействия на состав продукта, что и требуется. На спирт перегоняют сырец из сахарной браги или отходы дистилляции («головы» и «хвосты»), поэтому главной целью ректификации является максимальная очистка выхода от примесей, а не изменение органолептических свойств спирта в ту или иную сторону. Использовать медь в классических ректификационных колоннах неуместно, поскольку этот материал слегка изменяет химический состав напитка и подходит для производства дистиллятора (обычного самогонного аппарата) или бражной колонны (частный случай ректификации).
Разобранная труба колонны с установленной насадкой в одной из царг
Толщина. Царгу делают из нержавеющей трубы с толщиной стенки 1-1,5 мм. Более толстая стенка не нужна, так как это приведет к удорожанию и утяжелению конструкции без получения каких-либо преимуществ.
Параметры насадки. Говорить о характеристиках колонны без привязки к насадке не корректно. При ректификации в домашних условиях используют насадки с площадью контактной поверхности от 1,5 до 4 кв. м/литр. С увеличением площади контактной поверхности возрастает и разделяющая способность, но падает производительность. Уменьшение площади приводит к снижению разделяющей и укрепляющей способности.
Производительность колонны вначале растет, но потом для поддержания крепости выхода оператор вынужден понижать скорость отбора. Это значит, что существует некий оптимальный размер насадки, который зависит от диаметра колонны и позволят достичь наилучшего сочетания параметров.
Размеры спирально-призматической насадки (СПН) должны быть меньше внутреннего диаметра колонны примерно в 12-15 раз. Для диаметра трубы 50 мм – 3.5х3.5х0.25 мм, для 40 – 3х3х0.25 мм, а для 32 и 28 – 2х2х0.25 мм.
В зависимости от поставленных задач целесообразно использовать разные насадки. Например, при получении укрепленных дистиллятов часто применяют медные кольца диаметром и высотой 10 мм. Понятно, что в этом случае целью является не разделяющая и укрепляющая возможность системы, а совершенно другой критерий – каталитическая способность меди устранять из спирта сернистые соединения.
Варианты спирально-призматических насадок
Не стоит ограничивать арсенал одной, пусть даже самой лучшей насадкой, таких просто нет. Есть наиболее подходящие для решения каждой конкретной задачи.
Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра. Обращайте на это внимание при выборе царги, всегда считайте внутренний диаметр и по нему сравнивайте варианты.
Спиртовая колонна своими руками. Часть 1: теория самогоноварения
Сегодня к получению хмельных напитков в домашних условиях люди относятся гораздо проще, чем каких-то пару десятилетий назад. Мы не видим в этом ничего зазорного, да и что уж там греха таить: многие из нас испытывают вполне обоснованный интерес к особенностям столь загадочного процесса. Именно поэтому мы решили посвятить своих читателей в «таинство», познав которое, можно гарантировать себе такое качество продукта, в котором никогда не будет уверенности у покупателей розничных торговых сетей.
Одно отравление суррогатом, на который можно нарваться в любом супермаркете, и на лечение может уйти значительно больше денег, чем на изготовление спиртовой колонны.
Дистилляция и ректификация: сущность процессов и отличия между ними
Дистилляция (distillatio) – в переводе с латыни – стекание по каплям. Физическая сущность процесса заключается в испарении жидкостей и последующей конденсации образовавшегося пара (большинство современных обывателей под дистилляцией понимают банальную перегонку, и они правы).
Выделить из «созревшей» браги продукт, пригодный к употреблению, можно посредством банальной дистилляции. Но в образовавшейся субстанции, представляющей собой спирт-сырец (самогон), будет содержаться огромное количество посторонних примесей, не лучшим образом влияющих на вкусовые качества напитка.
Если просто дедовским методом сконденсировать пары в холодильнике (в охлаждаемом змеевике), то получим конденсат (дистиллят) всего того, что было в паре – самогон (мутный и с неприятным запахом).
Поэтому некоторые рано или поздно приходят к необходимости использовать более совершенные методы получения спиртосодержащих продуктов из домашнего сырья. Речь идет о ректификации.
Мы все проходили через этапы опыта и понимания: вначале возьмешь дистиллятор (универсальный и с укреплением), потом докупишь укрепляющие царги или тарельчатую колонну и только тогда начнешь получать качественный продукт. А так – одно баловство, трата времени и денег, не говоря о здоровье.
Канцерогенные примеси делятся на две разновидности:
«Телом» называется продукт, из-за которого процесс ректификации, собственно, и затевается. Речь идет об этиловом спирте.
Температура кипения этилового спирта при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. составляет 78,39°С. Этот показатель напрямую зависит от процентного содержания этанола в растворе. Также он может снижаться или повышаться пропорционально изменению атмосферного давления.
Если вы научитесь правильно настраивать рабочие параметры ректификатора, то у вас всегда будет возможность получать на выходе максимально очищенный спиртовой раствор, крепость которого приближена к 96%.
Краткий словарь
Прежде, чем продолжить изучение темы, рассмотрим ее основные понятия.
Слово «недоректификат» может и не внушает доверия, но на самом деле получение недоректификата – это и есть наша конечная цель.
С двух выгонов делаем из самогона ректификат – ставим нижнюю трубку, после чего долго и терпеливо получаем спирт (недоректификат, точнее). Крепость у него – 96°, а запах (для сахарной браги) – вполне нормальный. Ничего не чистим, продукт итак получается вполне достойный. После него водку промышленную пить даже не хочется (на утро – как огурчик).
Крепость недоректификата, зачастую, недотягивает до показателя в 96%, при этом в нем могут присутствовать запахи исходного сырья. Тем не менее, продукт обладает высокой степенью очистки и соответствующим качеством.
Чем РК лучше дистиллятора
Преимущества ректификационной колонны опираются на конструктивные особенности этого устройства. РК позволяет последовательно и с высокой степенью эффективности отделять «головы» от «тела», а «тело» от «хвостов». Принцип ее действия строится на физическом эффекте тепломассообмена, заключающимся в непрерывном смешивании восходящих паров и стекающей вниз флегмы.
Процесс тепломассообмена происходит в специальном элементе РК, который называется трубой ректификатора. Горячий пар забирает из флегмы те фракции, которые обладают более низкой температурой кипения (как правило, это спирты и другие легко испаряемые соединения). При этом стекающая вниз флегма забирает из пара все то, что обладает более высокой температурой кипения (вода, сивушные масла и т. д.).
Для того чтобы процесс протекал более интенсивно, ректификационная царга заполняется специальной насадкой (наполнителем), увеличивающим площадь контакта различных фракций. В итоге в любой момент времени в узел отбора дистиллята поступают лишь самые легкие химические соединения.
Если производить отбор достаточно медленно, то вначале в дистилляте будут самые легкокипящие фракции: эфиры, ацетоны, высшие спирты. Это «головы», и пить их нельзя. Зато они идут в омыватель для стекол. Потом пойдет спирт – «сердце» продукта. Потом появятся: сивуха, вода и прочие тяжелокипящие фракции («хвосты»). В них есть большая доля спирта. Их собирают и добавляют в брагу при следующем перегоне, чтобы выжать остатки спирта.
С помощью укрепляющей колонны невозможно получить чистый спирт. Сердце, так или иначе, будет содержать примеси. Это будет не спирт, а крепкий и очищенный самогон. Чем колонна лучше, тем самогон крепче и чище.
Что касается обычного дистиллятора: с его помощью практически невозможно достичь четкого разделения фракций. Но это устройство можно использовать для получения спирта-сырца, из которого впоследствии (методом перегона через насадочную колонну) можно получать качественный и очищенный продукт. Так будет гораздо практичнее, и многие пользователи нашего портала давно освоили подобный способ получения недоректификата.
Назначение моей колонки на скороварке несколько другое, нежели перегонка браги (не те масштабы). Она нужна для укрепления дистиллята при перегонке джина и самбуки.
Ректификационная колонна своими руками: описание элементов, чертежи и схемы
В 80-х годах XIX века, когда самогонное дело начало набирать популярность среди любителей алкоголя, никто и представить не мог, что ректификационные колонны, которые приносили огромное количество чистого спирта, при малых затратах, станут доступны рядовому любителю по вменяемой цене.
Для получения самогона, очистки браги, дистилляции, применяют ректификационной колонны. Тем не менее, конструкция этого устройства проста и его можно сделать своими руками, тем самым сведя затраты на аппаратуру к минимуму.
Рассмотрим, как сделать её своими руками, какие можно применять материалы, как сконструировать отдельные элементы и интегрировать в самогонный аппарат.
Подробная схема (чертежи с размерами)
Для начала разберёмся, что такое ректификация:
Конечный продукт осаждается в сосуде.
Медная
Стандартная структура, которая подразумевает медную конструкцию в качестве основы. Такой материал как медь обладает отличными характеристиками теплопроводности, сжатия-расширения.
Внимание! Медь не добавляет вредные примеси и осадки в раствор, что делает её эталонным материалом.
Тем не менее, у меди есть один весомый минус — как и любой металл, она окисляется и приобретает зеленоватый цвет.
Коррозионные процессы негативно влияют на качество и чистоту продукта. Так же окисляются металлические фильтры внутри трубки и вся конструкция становится непригодной.
Из полипропилена
Также распространённый вариант.
Полипропилен материал, используемый в сантехнике:
Минусом является попадание примесей в раствор, так как часть полипропилена испаряется в ходе нагревания.
Из фитингов сантехники
Бюджетный вариант для любителей конструкторов.
Фитинги — это металлические закручивающиеся переходники для коммутации труб и шлангов.
Из них можно соорудить колонну, закрутив в определённом порядке. Металл для таких элементов может применяться любой (в том числе и нержавеющий). Минусов у такой конструкции практически нет, за исключением того, что на сбор и коммутацию уйдёт больше времени.
Справка! Хорошая колонна будет состоять из всех вышеописанных материалов, сочетая в себе плюсы и нивелируя минусы.
Как сделать своими руками?
В первое время, когда самогонное дело только начало развиваться, аппараты делали из всего, что было под ногами, поэтому качество самогона было соответствующее.
С развитием отрасли, любители научились делать продукцию всё лучшего и лучшего качества, модернизируя установки и дополняя стандартные конструкции новыми элементами.
Перегонный куб
Для того, чтобы сконструировать куб своими руками, понадобится выполнить сварочный шов на листе нержавеющей стали, предварительно согнув его в цилиндр.
Днище так же можно выполнить, приварив лист слили и обрезав ножницами по металлу (можно оставить лист необрезанным для большей устойчивости). Припоем послужит олово.
Герметичную крышку можно соорудить своими руками, обклеив стык резиной, или использовать крышку от кастрюли.
Справка! Куб можно полностью выполнить из кастрюли или металлического бидона, если крышка предусматривает возможность соединения со всей остальной конструкцией.
Как сделать перегонный куб своими руками рассказывается на видео:
Царга
Царга представляет собой обычный фильтр, соорудить который можно из обыкновенного водного смесителя или пластикового стакана, в который будет утрамбована металлическая губка для мытья посуды.
Несколько критериев, которые важны для хорошей царги:
Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра.
Насадка
В качестве насадки применяется регулярная проволочная медная насадка, тем не менее можно использовать обычную металлическую губку.
От материала насадки будет зависеть чистота конечного изделия и длительность процесса ректификации. Можно соорудить многослойную насадку, комбинируя несколько элементов и материалов.
Узел отбора
Узел отбора находится на изгибе, в котором не происходит разделение первоначальной смеси, поступающей воды, конечного продукта.
Выполнить его желательно из меди, так как пластиковые конструкции имеют свойство к расширению под воздействием температуры, а изменение траектории движения раствора может затянуть процесс ректификации, или вовсе остановить его.
Справка! Например, давления и температуры недостаточно для того, чтобы летучая часть жидкости смогла преодолеть изгиб и осаждаться в сосуде. Тем не менее, более пологий изгиб позволит ей легко проходить и накапливаться.
Идеальным материалом для узла отбора является медь или нержавеющая сталь.
Элементы конструкции можно приобрести в тематических специализированных магазинах, или в отделе сантехники, выбрав то, что подходит конкретно для вашей конструкции.
На видео рассказывается, как сделать узел отбора своими руками:
Дефлегматор
Дефлегматор это своего рода продвинутый фильтр:
Дефлегматор можно выполнить из металла, железа, стали, или из стекла, так как она отлично отдает тепло и будет способствовать быстрой конденсации пара.
Холодильник
Чаще всего в самогонных аппаратов используются холодильные установки класса «холодильник-змеевик». Такое название он получил потому, что внутри находится металлическая спираль, которая служит для циркуляции жидкости. Невооружённым взглядом она напоминает змею, которая свернулась в клубок по диагонали.
Работа холодильника состоит в пропускании жидкости через себя и передачи её внутрь самогонного аппарата. Исходя из этого, материал стенок желательно делать неметаллическим, так как металл долго охлаждается и хуже передаёт тепло.
Наилучшим материалом будет:
Холодильник должен содержать всего два отверстия — вход и выход жидкости.
Между металлической спиралью и стенками холодильника должна быть вода или другая жидкость, хорошо пропускающая температуру, так как именно эта конфигурация позволяет максимально быстро поглощать тепло и понижать температуру.
Как изготовить простейший холодильник для самогонного аппарата рассказывается на видео:
Царга пастеризации (опционально)
Царга пастеризации — это конечный элемент самогонного аппарата, который служит для осаждения и фильтрации конечно жидкости:
Конструкция такой царги незамысловатая — труба из полипропилена или ПВХ, обшитая любым теплоизоляционным материалом, на конце которой можно установить стандартную царгу.
Только вот на выходе рекомендуется использовать исключительно медную проволоку, так как она обеспечит более высокое качество конечного продукта.
Автоматика
Едва ли не самый сложный элемент конструкции, который может усилить КПД и увеличить общую производительность самодельного аппарата.
Автоматическая система управления может самостоятельно контролировать процессы, происходящие в аппарате, включать и выключать его, сигнализировать о готовности.
К элементам автоматического управления также относятся сенсорные анализаторы:
Одной универсальной схемы нет, так как все самодельные аппараты имеют разную конструкцию, длину, высоту, объём и прочие характеристики.
Важно! Автоматику могут установить только опытные пользователи, которые имеют понятие о электронных цепях, устройстве микросхемы, процессе спайки и коммутации автоматических элементов. Намного проще приобрести готовую автоматику для самогонного аппарата, после чего подсоединить её к конструкции.
Плюс в том, что человек экономит время. Ему нужно просто описать конструкцию своего аппарата продавцу, который подберет для него оптимальную автоматическую контрольную панель.
Устройство самодельного самогонного аппарата
Обычно самодельный самогонный аппарат состоит из:
Важно! Не экономьте а фильтрах! Чем больше их будет, тем лучше. Некоторые исходные вещества не так хороши и чисты, какими их описывают производители, а на выходе получается продукция ужасного качества.
Чтобы компенсировать убыток от самого «грязного» исходника, рекомендуется ставить фильтры на входе и выходе каждого элемента.
Как сделать и собрать простейший самогонный аппарат в домашних условиях рассказывается на видео:
Подведем краткие итоги: сделать конструкцию можно своими руками.
Каких-то сложных инженерных конструкций в ней нет, а значит самодельная колонна практически ничем не будет отличаться покупной, материалы для колонн и можно выбирать любые от материал внешней стенки будет зависеть параметры теплопередачи, расширение и сужение пропускного канала вследствие термических перепадов.
Внимание! Источник нагрева и фурнитура могут быть любые, тем не менее от качества всех деталей будет зависеть чистота и крепость конечного продукта.
Надеемся, что наша статья помогла вам разобраться в том, что из себя представляет ректификационная колонна, какое имеет строение, какие процессы в ней происходят и из каких материалов ее делать.
Как сделать ректификационную колонну своими руками по чертежам с размерами
Ректификационная колонна, которая еще 20 лет назад была только на спиртзаводах, теперь используется и в быту для производства высококачественного спирта – ректификата, что для обычного самогонного аппарата задача невыполнимая.
И чтобы лучше понять, что это такое, каково устройство и принцип действия ректификационной колонны, а также как изготовить агрегат своими руками, стоит ознакомиться с вопросом более детально.
Что это такое и для чего нужно
Ректификационная колонна – это сложное устройство, состоящее из нескольких узлов: —царги—, дефлегматора, узла отбора и —термометра—, – необходимых для протекания полноценной ректификации. Этот процесс позволяет разделить многокомпонентную смесь, состоящую из веществ с близкой температурой кипения/испарения.
Главное отличие ректификации от обычной дистилляции в том, что при ней испарение и конденсация веществ – это не единичное явление, а постоянный цикличный процесс. В результате —самогонный аппарат— колонного типа производит спирт высочайшего качества – ректификат.
Устройство и принцип работы ректификационной колонны
Царга
Находится в основании колонны и является одной из основных ее частей. Внутри нее протекает газо-жидкостный массообмен – одно из основных явлений в процессе ректификации. Происходит это следующим образом:
Таким образом в верхней части колоны скапливается в основном спирт, а примеси в основном циркулируют в нижней части агрегата. Как следствие, на выходе получается ректификат с крепостью около 95%.
В ректификационной колоне может быть как одна царга, так и несколько. При этом чем выше колонна, тем больше площадь, на которой проходит массообмен между флегмой и паром, что в свою очередь улучшает качество получаемого продукта.
Внутри царги находятся насадки, на поверхности которых и происходит основной массообмен. Изделия из нержавейки хорошо подходят для сахарной и зерновой, а медные – —для фруктовой браги—.
Кроме насадок внутри царги могут размещаться тарелки, которые еще больше увеличивают площадь, на которой проходит газо-жидкостный массообмен, что сказывается на качестве получаемого ректификата.
Стенки царги могут иметь дополнительный подогрев, усиливающий испарение флегмы, не попавшей на насадки и тарелки. Такое дополнение также улучшает качество конечного продукта.
Дефлегматор
Верхняя часть ректификационной колонны, отвечающая за сбор и охлаждение восходящих паров до флегмы. Отсюда конденсировавшаяся жидкость стекает вниз в царгу.
Дефлегматор может быть выполнен по нескольким принципиальным схемам, самой простой является пленочный вариант, а одной из самых популярных – холодильник Димрота,
Узел отбора
Отвечает за сбор части конденсировавшейся флегмы и ее вывод наружу в тару для сбора. В зависимости от настроек узла отбора варьируется и количество отбираемого конденсата. Чем меньше его отбор, тем выше качество ректификата.
Термометр
В ректификационной колонне, в отличие от стандартного самогонного аппарата, является обязательной составной частью системы. Дело в том, что ректификация – это очень тонкий процесс, сильно зависящий от поддержания правильной температуры.
Перегонный куб с ТЭНами
Хотя ректификационная колонна может использоваться и с обычным кубом на газовой, электро- или индукционной плитке, значительно лучше оборудовать ее ТЭНовым агрегатом.
Такая особенность, как и термометр, связана с необходимостью точной и тонкой регуляции температуры внутри системы, а значит и с регуляцией мощности устройства, нагревающего брагу.
Газовые вентили требуют большого мастерства, индукционные плитки имеют фиксированный шаг от 100 до 300 Вт, а вот регуляторы ТЭНов позволяют изменять мощность по 3-5 Вт.
Что лучше, классический самогонный аппарат или ректификационная колонна?
Чтобы понять преимущества ректификации перед дистилляцией, стоит провести наглядное сравнение этих технологий.
Вкусо-ароматические качества конечного продукта
Вкус и запах соответствуют сырью браги.
Очень чистый спирт без вкуса и запаха.
В зависимости от конструкции аппарата и количества перегонок от 40 до 65%.
до 97, в среднем 93-95%.
Степень отделения веществ с разной температурой кипения/испарения
Низкая, даже вещества имеющие большую разницу в температуре испарения после конденсации остаются вместе.
Очень высокая, при необходимости можно не только отделить спирт, но и разделить сивушные масла на составляющие.
Степень отделения вредных веществ от спирта
От низкой до средней. Улучшить качество отделения можно только за счет увеличения количества перегонок.
Высокая, содержание сивушных масел и примесей в спирте минимальное.
Большая, в лучшем случае получится собрать до 80% продукта, содержащегося в браге.
Маленькая, потери на практике составляют от 1 до 3%, хотя при идеальных условиях их может и не быть.
Сложность создания и использования агрегата на базе технологии
От низкой до средней, примитивные модели не имеют строгих размерных критериев, потенциал улучшения оборудования ограничен. Обращаться с технологией легко и просто.
Высокая. Для создания понадобится специализированное оборудование и строгий перечень материалов. Для эффективного использования нужны теоретические познания.
