В ректификационной колонне фракции разделяются. Устройство и действие ректификационных колонн
Ректификация – это способ разделения компонентов смеси, основанный на свойстве компонентов данной смеси выкипать при различных температурах.
Ректификация представляет собой процесс разделения бинарных, многокомпонентных или непрерывных смесей на практически чистые компоненты или их смеси (фракции), отличающиеся температурами кипения (для бинарных и многокомпонентных смесей) или интервалами выкипания (для непрерывных смесей).
Анализ и нефтепродуктов на содержание в них индивидуальных углеводородов и их классов показывает, что нефть и ее фракции представляют собой сложную многокомпонентную смесь. Количество компонентов в нефти превышает 2000. Из-за большого количества компонентов нефть принято считать непрерывной смесью и выражать ее состав кривой истинных температур кипения (ИТК), имеющей плавный, непрерывный характер.
Поэтому процесс ректификации представляет собой массообмен, протекающий в обе стороны между 2-мя фазами смеси, одна из которых – жидкость, а другая – пар. Иными словами, это многократно повторяющееся контактное взаимодействие неравновесных фаз в виде жидкой нефти, а также пара.
Процесс ректификации осуществляется в результате контакта потоков пара и жидкости. При этом непременным условием является перемещение пара и жидкости навстречу друг другу по высоте (длине) ректификационного аппарата. Движущей силой тепло- и массообмена между паром и жидкостью в аппарате является разница температур по высоте (длине) аппарата.
Типы ректификационных тарелок
Ректификационная колонна является одним из центральных аппаратов технологической установки по первичной переработке нефти или нефтепродуктов. Применение данного аппарата вызвано необходимостью реализации простого способа разделения нефти или ее продуктов на фракции в зависимости от их температур кипения. Такой способ получил название ректификации, а аппарат для проведения данного процесса – ректификационной колонной.
Но одна ректификационная колонна не может справиться с задачами по разделению фракций. На нефтеперерабатывающих предприятиях колонна тесно связана со множеством другого оборудования – насосного, теплообменного, печного, сепарационного.
Наиболее удобно иллюстрировать принцип действия ректификационного аппарата на примере колонны с колпачковыми тарелками.
Ректификационные колонны
Тепломассообмен между противоточно движущимися неравновесными паровой и жидкой фазами в ректификационных осуществляется на контактных устройствах (КУ), которые часто называются “тарелками”.
В ректификационных колоннах поток парового орошения создается нагревательными элементами (печь, ввод перегретого водяного пара), а жидкого – конденсационными устройствами ( , холодные циркуляционные орошения).
В результате взаимодействия между паровой и жидкой фазами на КУ в соответствии с законами термодинамического парожидкостного равновесия паровая фаза обогащается легкокипящими, а жидкая – тяжелокипящими компонентами. Поэтому именно КУ и определяют в значительной мере общую эффективность процесса разделения.
Для нефтяных колонн вообще и для колонн АВТ, в частности, можно выделить ряд присущих им характерных особенностей:
- очень высокая производительность по сырью (до 1000 м 3 /ч для атмосферной колонны);
- подвод тепла в разделительную систему осуществляется огневым нагревом сырья в трубчатой печи (основная и вакуумная колонны АВТ), вводом перегретого водяного пара (практически все колонны) и циркуляцией «горячей струи» (отбензиневающая колонна АТ);
- последнее обстоятельство предполагает применение специальных сепарационных зон для разделения паровой и жидкой фаз;
- в схеме ректификации присутствуют выносные отпарные секции, а также циркуляционные орошения, что предполагает возможность организации на КУ боковых отборов жидкой фазы и подводов как паровой, так и жидкой фаз в нескольких точках по высоте колонны.
Кстати, прочтите эту статью тоже: Вакуумная колонна
Эти особенности должны учитываться при выборе конструкций контактных устройств в задачах проектирования блоков разделения нефти.
Принцип работы ректификационной колонны
Конструкция ректификационной колонны представляет собой вертикальную емкость цилиндрической формы различного или постоянного сечения, которая используется для физического разделения смеси углеводородов и получения требуемых нефтепродуктов заданного качества в результате ректификации.
В колонне пары перемещаются вверх от тарелки к тарелке за счет разности давлений в эвапорационном пространстве и вверху колонны. Жидкость стекает вниз по тарелкам и сливным устройствам под действием силы тяжести.
Ректификационную колонну можно разделить на 3 функциональные части:
- Концентрационная секция – расположена выше точки ввода сырья в аппарат
- Секция питания – в центре колонны, подается сырье на тарелку питания
- Отгонная секция – находится ниже точки ввода сырья
Секция питания колонны
Концентрационная секция
Отгонная секция
Для возможности протекания процесса ректификации температура нефти должна быть ниже температуры подаваемого пара. Данное следствие исходит из свойств равновесной системы. Если температура нефти была бы равна или ниже температуры пара процесс ректификации был бы невозможен.
Процесс ректификации может проводиться только для смесей с различными температурами кипения для возможности осуществления диффузионного процесса разделения. Для этого жидкость двигается сверху вниз, а пар – снизу вверх, чтобы обеспечить наилучший контакт и взаимодействие фаз.
Классификация ректификационных колон
Колонные аппараты можно разделить в зависимости от технологического процесса:
- Атмосферная и вакуумная перегонка (нефти и мазута);
- Вторичная перегонка бензина;
- Стабилизация нефти, газоконденсатов, нестабильных бензинов;
- Фракционирование нефтезаводских, нефтяных и природных газов;
- Отгонка растворителей при процессах очистки масел;
- Разделение продуктов термодеструктивных и каталитических процессов переработки нефтяного сырья и газов и т. д.;
Кстати, прочтите эту статью тоже: Перекрестноточные насадки (ПТН)
Типы контактных устройств ректификационных колон
Для осуществления процесса ректификации в колонных аппаратах обязательно используют контактные устройства:
- Насадочные;
- Тарельчатые ;
- Роторные.
Роторные колонны не получили большого распространения, к то время как тарельчатые и насадочные имеют большую популярность.
Тарелка с колпачковыми контактными устройствами
Видео: устройство и работа ректификационной колонны
ВАМ БУДЕТ ИНТЕРЕСНО:
На Атырауском НПЗ дан старт пусковым работам на Комплексе глубокой переработки нефти
На НПЗ «Газпром нефти» в Москве установлена колонна вакуумной перегонки нефти установки «Евро+»
Атырауский НПЗ в 2017 году переработал 4 723 647 т нефти и перевыполнил план на 1,6%
Государства ОПЕК пришли к соглашению, касающегося добычи нефти в этом году
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.
viktor50 Пользователь FORUMHOUSE
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).
Ректификация (rectificatio) – в переводе с латыни – исправление. Суть процесса - в разделении многокомпонентных жидких смесей на составляющие. Подобная рассортировка возможна благодаря различной температуре кипения у разных компонентов (легкие фракции кипят при более низкой температуре, а тяжелые – при более высокой).
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.
Глеваховод Пользователь FORUMHOUSE
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.
Petrovich69 Пользователь FORUMHOUSE
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.
Создание ректификационной колонны себя оправдает – о наличии ядовитых соединений в конечном продукте можно будет не беспокоиться.
Канцерогенные примеси делятся на две разновидности:
- Легкие – эфиры, ацетон, высшие спирты и т. д. Легкие соединения еще называют «головами» - возможно, потому, что они обладают низкой температурой кипения (от 65°С) и покидают перегонную емкость первыми.
- Тяжелые – вода, сивушные масла и т. д. Тяжелые соединения называются «хвостами». Они покидают кипящую субстанцию последними (при более высокой температуре – от 85°С). При этом «хвосты» также нежелательно употреблять ввиду высокого содержания ядовитых примесей, но их вполне можно использовать в процессе последующей перегонки.
«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.
- Спиртовая колонна (СК) – устройство, позволяющее в домашних условиях получать этиловый спирт с высокой степенью очистки. Спиртовые колонны бывают двух типов: бражные колонны (БК) и ректификационные колонны (РК). Их принципиальное отличие состоит в качестве исходного сырья, предназначенного для перегонки. Так, бражная колонна, которую еще называют «пленочной», предназначена для прямой перегонки браги. В ее конструкции отсутствует специальный наполнитель (насадка), при этом она обладает ограниченной разделяющей способностью, не позволяющей получать продукт высокого качества. Более совершенной конструкцией обладает ректификационная колонна (РК), которую еще называют «насадочной». Благодаря специальному наполнителю (например, из нержавеющих металлических мочалок для мытья посуда), это устройство позволяет с высокой точностью отделять друг от друга имеющиеся фракции. В качестве сырья для ректификационной колонны используется спирт-сырец (обычный самогон), полученный методом дистилляции. Как показывает практика, только насадочная колонна позволяет получать продукт с максимальной степенью очистки. Поэтому, создавая устройство для получения этанола в домашних условиях, необходимо сосредоточиться на конструкции именно ректификационной (а не бражной) колонны.
- Флегма (конденсат) – продукты, сопровождающие процесс ректификации и обладающие более высокой температурой кипения, в сравнении с фракцией, отделяемой в текущий момент времени. Например, «тело» по отношению к «головам» можно считать флегмой. Также флегмой являются и «хвосты» (по отношению к «телу»).
- Перегонный куб – емкость ректификатора, в которой содержится перегоняемый спирт-сырец.
- Царга – рабочая часть ректификационной колонны, в которой происходит разделение исходного раствора на составляющие фракции.
- Недоректификат – продукт с высокой степенью очистки, получаемый путем перегона исходного сырья через спиртовую колонну.
Слово «недоректификат» может и не внушает доверия, но на самом деле получение недоректификата – это и есть наша конечная цель.
Листо Пользователь FORUMHOUSE
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.
Глеваховод Пользователь FORUMHOUSE
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.
Глеваховод
Назначение моей колонки на скороварке несколько другое, нежели перегонка браги (не те масштабы). Она нужна для укрепления дистиллята при перегонке джина и самбуки.
Прямая перегонка браги с помощью РК, конечно, возможна. Но процесс этот будет медленный, хлопотный и постоянно грозящий засорением насадки кипящей брагой. К тому же, в случае прямой перегонки есть опасность получения недоректификата, который будет сверх нормы «обогащен» альдегидами. Именно поэтому для получения качественного продукта предпочтительнее прибегнуть к двойному перегону, используя для первого перегона дистиллятор.
Это была теория. О конструкции и об особенностях работы с этим устройством мы поговорим во второй части настоящей статьи, содержание которой основано на рекомендациях наших пользователей - следите за обновлениями на портале!
Если вы уже сейчас желаете ознакомиться с опытом пользователей FORUMHOUSE, сумевших добиться успехов в создании всевозможных , вам нужно посетить соответствующий раздел нашего портала. Также загляните в раздел - уже скоро они пригодятся для праздничного застолья, как и заготовки , о которых расскажет наше видео.
§ 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
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
- 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.
- Проверьте герметичность соединений, подключите подачу/отвод холодной воды.
- Включите нагрев.
- 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.
- 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.
- 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:
- 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.
- 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.
| Показатели | Ректификация | Дистилляция |
| Получаемый алкоголь | Спирт-ректификат 96° | Самогон, ароматный дистиллят (зерновой, фруктовый и т.п.) |
| Высота аппарата в сборе | От 85 см до 1,5 метра | Как правило – до 80-85 см |
| Скорость перегона | От 650 мл на морально устаревших бытовых колоннах до 2 литров в час – на современных | От 1 л/час, если аппарат низкопродуктивный, до 7-10 л/час на установках высокого качества заводского изготовления |
| Нагрев куба | На различных плитах, включая индукционные (см. характеристики, могут отличаться). Для колонн чаще приходится применять отдельно стоящую плиту, поскольку под вытяжку стандартной кухни они не помещаются. Возможны варианты: ТЭН, парогенератор, водяной котел (куб в кубе). | Все перечисленные варианты. Преимуществом дистиллятора является небольшая высота. Всегда можно подобрать аппарат, который поместится под вытяжку над стационарной плитой. |
| Особенности конструкции | Сложная, состоит из нескольких модулей. Требует отдельного подключения воды к дефлегматору. Комплектуется дефлегматорами тарельчатого типа и насадками для отбора флегмы. | Простая. Прямоточный дистиллятор оборудован только кубом и холодильником. В качестве дополнительных навесов используются сухопарники и барботеры. |
| Безопасность | Требуется тщательное отслеживание температуры на обоих термометрах (на кубе и в дефлегматоре), давления и прочих параметров, иначе возможен взрыв. | Нельзя оставлять без присмотра, но не столь подвержен рискам, как ректификатор. |
| Перерабатываемая жидкость | Для обеспечения качественной работы ректификатора жидкость должна быть чистой от примесей, с крепостью от 35 до 45°. Лучше перегоняется не брага, а спирт-сырец – на дистилляторе. Хотя не возбраняется работать и с брагой. Главное, чтобы она была жидкой и фильтрованной. | Брага крепостью не выше 20°. При перегонке в кубе с парогенератором (водяной рубашкой) может быть густой. |
| Чистота продукта | При правильном перегоне – практически без примесей. | Высокое содержание сивушных масел даже при двойном перегоне. При дистилляции невозможно отобрать спирт без примесей. |
| Количество извлеченного спирта | До 100%. Теряется не более 1-2% | До 80% |
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.
Для примера — ректификационная колонна Добрый Жар Маяк 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.
Часто возникает вопрос, что лучше ректификационная колонна или самогонный аппарат. Сторонников каждого аппарата много, но однозначно имея РК можно получать и хороший самогон, а наоборот не получится. Ректификация позволяет получить из спирта сырца (самогона) чистый спирт крепостью 96-98°. Органолептика у хорошего спирта практически отсутствует, запаха сырья нет, использовать чистый продукт можно для производства домашних водок и всяких наливок, настоек. В домашних условиях получить такой продукт можно используя миниспиртзавод. Домашний миниспиртзавод сегодня довольно просто приобрести в специализированных магазинах. Так же реально сделать самостоятельно настоящую ректификационную колонну своими руками.
Кроме технических навыков вы должны знать принцип работы этого устройства, как работает ректификационная колонна. Для получения спирта применяются насадочные колонны, они имеют небольшие габариты, легко умещаются по высоте в условиях обычной квартиры. Производительность такого устройства достигает 300-1000 мл в час, что вполне достаточно для домашних нужд.
Ректификационная колонна – принцип работы. В качестве насадки для колонны используют различные материалы нейтральные к действию спирта – стекло, нержавеющая сталь, керамика. Основное свойство всех насадок заключается в смачивании и удержании флегмы на своей поверхности. То есть пары спирта из перегонного куба устремляясь вверх по колонне конденсируются наверху и возвращаются вниз стекая по насадке. Происходит обмен компонентами, спирты поднимаются вверх по колонне, а вода и более тяжелые примеси стекают обратно в перегонный куб. Когда стабильная ректификационная колонна входит в рабочий режим, наступает баланс между поступлением пара и отбором спирта. В колонне стабилизируется температура и во время всего процесса ректификации она держится на одном уровнен не превышая 0,1-0,3 градусов. Поддержать такой режим удается хорошим утеплением колонны, подачи определенной для каждой колонны мощности и поддерживая необходимое давление в системе
Устройство ректификационной колонны
Как сделать ректификационную колонну волнует многих домашних винокуров. А ведь небольшой миниспиртзавод для дома можно сделать самостоятельно, намного сэкономив при покупке готового комплекта. Сумма буде в 2-3 раза меньше если вы решите сделать ректификационную колонну самодельную. Все детали, как устроена ректификационная колонна и чертеж подробно описаны ниже.
Каждый домашний миниспиртзавод состоит из:
- Перегонный куб;
- Царга;
- Насадка;
- Узел отбора;
- Дефлегматор;
- Холодильник;
- Царга пастеризации (опционально);
- Автоматика.
Чертеж схема ректификационной колонны
Перегонный куб.
По другому испарительный куб,в него заливается сырец(самогон) для ректификации. Куб также является прочным основанием для колонны, вес колонны с насадкой достаточно велик. Для домашнего использования обычно используется емкость 15-50 литров. Куб может быть универсальным подходящим для перегона браги и спирта, в этом случае целесообразно использовать большую емкость 30-50 литров. При изготовлении куба часто используются пивные кеги из «нержавейки» на 30 и 50 литров или пищевые котлы. Емкость должна быть оборудована нагревательным элементом, в качестве которого используется ТЭН или два ТЭНа мощностью 1-3 кВт. В качестве источника нагрева можно использовать электоро или индукционную плитку с возможностью регулировки мощность нагрева. На кубе устанавливается термометр для внутреннего контроля кубовой жидкости. Для уменьшения тепло потерь, рекомендуется утеплить куб снаружи.
Царга. Главная, основная часть любой ректификационной колонны. Все процессы протекают именно в ней. Колонну к домашнему миниспиртзаводу можно собрать из нескольких соединенных частей (царг). Соединения всех царг лучше сделать при помощи молочных муфт или кламп соединений. Такая система получится универсальной и может использоваться как бражная колонна для самогона и миниспиртзавод. Для царги используется труба из пищевой нержавеющей стали внутренним диаметром 25-60 мм.
Ректификационная колонна для самогонного аппарата, на которой производят спирт НДРФ (недоректификат крепостью 94-95°) может быть сделана из меди. Диаметр колонны необходимо подобрать ориентировочно 25мм – 0,5кВт, 32мм – 1кВт, 38мм-1,5кВт, 50мм – 2,5кВт. Длина насадочной части ректификационной колонны должна составлять 30-50 диаметров, т.е. если внутренний диаметр трубы 50 мм, то высота должна быть 1500 – 2500 мм. Чем выше колонна, тем лучше происходит в ней обмен пара и жидкости, а в итоге чище спирт. Толщина стенки желательно не больше 1 мм.
Колонне необходима тщательная теплоизоляция. Хорошо зарекомендовал себя утеплитель для труб, также царгу можно утеплить другими методами, намотав шпагат на трубу, замотав сверху фольгированным скотчем. Чем лучше будет выполнена термоизоляции тем стабильнее будет работать колонна. В 20-30 см от низа насадки нужно сделать посадочное место для термометра.
Сделать это можно припаяв трубочку необходимого диаметра к царге. Либо вварить гильзу под датчик или термометр. Нержавейку и качественного сварщика аргонщика не всегда найти, поэтому ректификационную колонну для спирта можно спаять из медных фитингов. Ректификационная колонна из фитингов сантехники своими руками паяется очень просто, подобрать их легко в специализированных магазинах.
Насадка.
На сегодня наиболее качественной насадкой считаются СПН (спирально-призматическая насадка). Она изготавливается из нержавеющей или нихромовой проволоки, которая не должна вступать в реакцию со спиртом и другими продуктами перегона. 
Цена насадки высокая, но при желании ее легко намотать самостоятельно. Для того чтобы насадка держалась в трубе, внизу царги впаивается крестовина из нержавеющего электрода для сварка, на него укладывается 2-3 см путанки из проволоки (нихром). Сверху не плотно засыпается насадка СПН и поверх вставляется еще один проволочный пыж.
Второй по эффективности насадкой можно назвать РПН – насадка панченкова, она представляет собой сетку из проволоки, смотанной в пыжи диаметром вашей трубы. Есть еще керамические кольца рашига, стеклянные шарики. Самая простая насадка это мочалки из нержавейки, но эффективность такого наполнителя очень низкая. Для трубы длиной 1,3 метра диаметром 35 мм понадобится 16-18 шт. мочалок.
Дефлегматор с узлом отбора РК.
Дефлегматор венчает верхнюю часть рек.колонны. В него поступают пары спирта и конденсируются, превращаясь в жидкую флегму. Часть жидкой флегмы возвращается по насадке вниз, а часть через узел отбора выводится наружу. Конструкция дефлегматора может быть разной. Самым простым в изготовлении считается рубашечный или прямоточный дефлегматор. Сделан он из двух труб разного диаметра, между которыми циркулирует вода для охлаждения. Вода подается снизу, сверху выходит теплая вода. Внешний корпус такого дефлегматора можно сделать из обычного термоса.Диаметр внутренней трубы обычно делают таким же как и насадочная колонна. В верхней части любого дефлегматора находится ТСА – трубка связи с атмосферой.
Еще один вариант- дефлегматор димрота. Он представляет собой отрезок трубы (продолжение царги) в середине которой расположенная спираль из тонкой трубки диаметром 6-10 мм по которой циркулирует охлаждающая жидкость. Для колонны диаметром 50 мм димрот наматывается из трубки 6 мм длиной 3 метра. Дефлегматор получается длиной 25-35 см. Такая конструкция имеет большую площадь соприкосновения пара и жидкости и считается эффективней.
И третий вариант – дефлегматор кожухотрубный. В трубу большого диаметра вварены несколько тонких трубок в которых происходит конденсация паров. Плюсом такого устройства является универсальность, он может работать и как холодильник дистиллятора. Второе преимущество такого типа – малый расход воды и большая площадь охлаждения. Кожухотрубник можно сделать наклонным, что уменьшает высоту колонны, актуально для домашнего миниспиртзавода в квартирах с низкими потолками.
Под дефлегматором выше насадочной части находится узел отбора дистиллята в ректификационной колонне. Обычно его конструкция состоит из одной или двух перегородок и трубки отбора спирта. Перегородки под наклоном ввариваются или впаиваются в царгу. На трубку отбора устанавливается игольчатый кран с тонкой регулировкой или зажим гофмана, для ограничения или увеличения отбора фракций.
Царга пастеризации. Царга пастеризации позволяет более качественно очистить товарный спирт от головных фракций. Которые образуются в верхней части ректификационной колонны и дефлегматоре на протяжении всего процесса ректификации. Царга пастеризации спирта усложняет конструкцию ректификационной колонны и может не устанавливать как отдельный элемент, но она позволяет улучшить качество спирта ощутимо. Медленный отбор голов ведется и вовремя отбора спирта ректификата из царги пастеризации.
Холодильник.
Спирт на выходе течет горячий и что бы его охладить после узла отбора и крана устанавливается дополнительный холодильник (до охладитель). Можно приобрести готовый стеклянный холодильник в магазинах «мед техника». 
Либо изготовить самодельный холодильник из трубок как рубашечный дефлегматор, но с меньшими размерами. Длина холодильника примерно равна длине дефлегматора или чуть длиннее. Вода сначала поступает в нижний вход холодильника, затем с верхнего идет на дефлегматор. Регулируя краном поток воды добиваются нужных показателей.
Автоматика для ректификационной колонны.
Сложный процесс ректификации требует постоянного присутствия и наблюдения. 
Хорошая автоматика дает возможность производить ректификацию, без постоянного участия человека в процессе. Она не допускает попадания “хвостов” в товарный спирт, позволяет отоборать головные фракции в отдельную емкость. Блок управления ректификацией, сокращенно (БУР), включит воду для охлаждения при нужной температуре, снизит мощность при отборе и уменьшит автоматически отбор в конце. После отбора хвостов выключит нагрев и воду. Простейший вариант автоматизации установка старт стопа с клапаном, который прекращает отбор при повышении температуры в колонне, после стабилизации температуры, отбор возобновляется. Собрать автоматику для домашнего миниспиртзавода дешевле из китайских комплектующих или приобрести на профильных форумах.