Прогресс никогда не стоит на месте. И даже в деле получения крепких спиртных напитков в домашних условиях технологии совершенствуются ежегодно. На смену примитивным дистилляторам пришли дистилляторы с сухопарником, а их в свою очередь постепенно вытесняют бражные и ректификационные колонны. свидетельствуют о том, что бражная колонна позволяет получать продукт более высокой степени очистки, нежели при использовании дистиллятора с сухопарником. Бражным (или пленочным) колоннам и посвящена эта статья.
Принцип действия бражной колонны
В основе работы любого самогонного аппарата лежит принцип дистилляции — испарения жидкости с последующей ее конденсацией. Таким образом смесь жидкостей с различной температурой кипения успешно разделяется на отдельные фракции. Однако именно качество разделения этих фракций в конечном итоге определяет качество получаемого напитка.
Бражная колонна (пленочная колонна, дистиллятор с укреплением) устроена более сложно, чем сухопарник. Тогда как сухопарник просто контактирует с воздухом окружающей среды, колонна оснащена дополнительным (укрепляющим) холодильником, помимо обычного (конденсирующего).
Благодаря подаче холодной воды в укрепляющую колонну поднимающиеся из куба пары частично конденсируются, образуя так называемую флегму. Эта густая жидкость, образуя пленку на стенках колонны, стекает обратно в перегонный куб. Поэтому бражная колонна часто и называется пленочной.
Стекающая флегма обогащается восходящими ей навстречу высококипящими примесями и увлекает эти примеси за собой в куб. Оставшиеся неконденсированные спиртовые пары при этом укрепляются – уносят с собой восходящие спиртовые фракции. Получается, что в колонне происходит более точное разделение фракций, чем в перегонном кубе. Таким образом, и крепость дистиллята на выходе, и его очистка от хвостовых фракций прилично возрастает.
При перегонке с использованием колонны вообще не приходится говорить о таком понятии, как «брызгоунос», поскольку все ненужные компоненты стекают обратно в куб. Важным моментом является и тот факт, что на бражной колонне установлен свой термометр, позволяющий следить за температурой паров и точно отсекать фракции. Это происходит при помощи регулировки подачи воды на дефлегматор (укрепляющий холодильник). Чем меньше воды охлаждения - тем меньшее укрепление происходит, и тем больший поток дистиллята попадает на выход из охлаждающего холодильника. Если хочется получить дистиллят более высокой крепости и чистоты, то воды на охлаждение дефлегматора подается больше. Но и время перегонка в этом случае займет немалое.
Как видно, принцип работы бражной колонны в самогонном аппарате не так уж и сложен. Важно только приноровиться к регулировке подачи воды: видимые изменения температуры происходят не сразу. Система является инерционной, поэтому нужно регулировать воду потихоньку, делая паузы в 20-30 секунд для установления нового равновесия в колонне. Но именно благодаря точной регулировке температурного режима за счет холодильника, на колонне с укреплением происходит более точный отбор голов. Да и хвостов тоже.
Что касается , то ограничений здесь нет абсолютно никаких. Бражная колонна особенно хорошо подойдет для получения напитков, которые подразумевают отсутствие вкусоароматических свойств сырья, используемого для браги.
Принципиальное отличие от сухопарника
В аппарате с сухопарником часть голов (а это ацетон, эфиры, метанол — словом, все, что кипит при температуре ниже, чем спирт) неизбежно «проскакивает» в продукт. Сухопарник контактирует с воздухом в помещении, а температура этого воздуха обычно постоянна на протяжении всего процесса и достаточно высока (для комфорта самого винокура). И поскольку в данном случае сложно создать более существенную разницу температур, эфиры и спирты с температурой кипения близкой к температуре кипения спирта будут неизбежно попадать в продукт. Колонна же позволяет точно выверить нужную температуру паров и длительно поддерживать ее.
В случае с хвостами (сивушными маслами и тяжелыми эфирами) охлаждение еще более предпочтительно, чем повторный нагрев пара (как это происходит в сухопарнике). И при работе на колонне с укреплением лучше снизить температуру и не добрать немного спирта, чем пропустить в продукт “букет хвостов”, который испортит напиток. Получается, что при работе с бражной колонной у нас есть выбор: либо максимальное укрепление (здесь мы регулируем температурный режим), либо максимально возможная скорость (не регулируем ничего, и получаем результат, как при работе с сухопарником).
Непрерывная бражная колонна — в чем отличие
Существует еще понятие непрерывной бражной колонны. Этот агрегат позволяет перегонять большие количества браги. Принцип действия непрерывной бражной колонны заключается в том, что процесс дистилляции идет постоянно, в систему непрерывно подаются порции браги, а в комплектации фигурирует насос. Работа такой колонны подразумевает большие объемы производства (от 100 л браги) и получение только жидкостей с низкой температурой кипения (до 76-78°С). Таким образом, об отделении головной фракции речи здесь не идет, и вторая перегонка потребуется однозначно. Необходим ли в домашних условиях такой агрегат — вопрос спорный.
Плюсы использования бражной колонны
Пленочная (бражная) колонна позволяет четко соблюдать технологию получения крепкого алкоголя в домашних условиях, а также осуществлять качественную очистку дистиллята от вредных примесей и сивушных масел. Ювелирная регулировка температурного режима перегонки позволяет добиться высокой крепости и чистоты напитка, что бывает важно при использовании его в . При правильной работе пленочная колонна позволяет получать более качественный дистиллят, чем при использовании сухопарника. Ну а в случае применения дополнительных насадок (царг) такая колонна и вовсе превращается в ректификационную.
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.
Ректификационная колонна – это сложное устройство, состоящее из нескольких узлов: —царги—, 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:
- Жидкость, закипая в —перегонном кубе—, испаряется и в газообразной форме проходит через царгу.
- Пар, дойдя до дефлегматора, охлаждается и конденсируется на его стенках.
- Конденсат стекает сначала по стенкам дефлегматора, а потом и по стенкам царги обратно в куб.
- В этот момент между стекающим конденсатом и восходящим паром происходит газо-жидкостный массообмен. Он заключается в передаче тепла и некоторого количества испаренных веществ от пара к конденсату. Под таким воздействием часть флегмы – ее легкокипящие составляющие: спирт и небольшая доля воды вновь испаряются, не доходя до перегонного куба, а более труднокипящие: сивушные масла и другие примеси продолжают стекать в перегонный куб.
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 , 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.
Критерий | Дистилляция | Ректификация |
Вкусо-ароматические качества конечного продукта | Вкус и запах соответствуют сырью браги. | Очень чистый спирт без вкуса и запаха. |
Крепость напитка | 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. | |
Потеря спирта | 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. |
Чтобы посредством дистилляции получить продукт такого же качества, как при ректификации, нужно провести около 10 последовательных перегонок. При этом нужно учитывать, что перегонять спиртосодержащий продукт крепче 20-30% взрывоопасно (самогоноварение взрывоопасно по умолчанию, но в этом случае риск значительно увеличивается).
Как сделать ректификационную колонну своими руками по подробной схеме
Агрегат выполняется по простой конструкции.
Расчет и сборка ректификационной колоны своими руками проводятся следующим образом:
Вместо послесловия
Спирт, полученный посредством ректификации, значительно качественней дистиллята из классического самогонного аппарата.
Но вместе с положительными сторонами приходят и недостатки : требования к оборудованию значительно выше, а его изготовление затратнее, кроме того, эксплуатация также требует высокого мастерства.
Поэтому однозначно определить, что лучше, хороший самогонный аппарат или ректификационная колонна, не так легко, но, конечно, существует промежуточное решение – бражная колонна. Она дает дистиллят, но не ректификат, очень высокого качества, и пользоваться ей проще, тут все дело в приоритетах.
Последнее время стало много поисковых запросов на тему бражной колонны непрерывного действия. Давайте поговорим об этом устройстве.
Прежде всего состав НБК :
1. Бродильная емкость.
2. Насос, подающий брагу в колонну сверху. Это может быть перистальтический (в идеале) или обычный погружной насос (ставится как отдельно, так и в паре с перистальтическим для перемешивания густых браг).
3. Устройство подачи браги в колонну (подача должна осуществляться с определенной скоростью и в определенном количестве). Если есть перистальтический насос, эту функцию выполняет он.
4. Собственно НБК, которая заполнена специальными тарелками.
5. Парогенератор. Может быть как непрерывного, так и циклического действия — несмотря на гордое название Н(епрерывная)БК, наличие такого элемента оборудования как бродильная емкость, имеющая конечный объем, говорит о том, что непрерывность тут условная. Конечно на промышленных производствах бродильный процесс может производиться в нескольких закольцованных емкостях и тогда система будет реально непрерывного действия.
6. Холодильник-конденсатор и доохладитель готового продукта.
7. Приемная емкость готового продукта (см. п.5).
Как это работает . Брага, подаваемая сверху, стекает по тарелкам, постепенно взаимодействуя с горячим водяным паром, подаваемым снизу. Режимы подачи компонентов подбираются таким образом, чтобы брага успела нагреться до температуры испарения спирта, который присоединится к восходящему потоку пара и уйдет на отбор. Лишенная спирта брага, превратившись в барду, стекает вниз колонны и отводится в канализацию. Не буду говорить о весьма непростом пути технической реализации процесса, давайте поговорим о том,
Что дает нам эта схема?
Сторонники внедрения ее в массы приводят уйму аргументов «за» и ни одного против.
— Время контакта браги с паром незначительно, следовательно не происходит кипячения дрожжей и это очень сильно сказывается на органолептике конечного продукта. Плохо что ли? Да нет — замечательно.
— Оборудование после использования не нужно мыть, барда сама утекает в канализацию. Круто? Еще бы.
— Скорость перегона выше. Каково? Да что тут скажешь — класс.
— Не нужны перегонные кубы большой емкости — НБК обработает любое количество браги за один заход, лишь бы пара хватило (непрерывный ПГ решает этот вопрос). И это весьма пользительное свойство.
— Отжимаем спирт на «ноль». Я в шоке как здорово.
Ну, и все в этом духе.
А теперь давай те отделять мух от котлет.
— Можно поспорить насчет мытья компонентов — колонну с тарелками сложной формы мыть гораздо сложнее, чем дистиллятор или БК; бродильную емкость ровно также нужно мыть в обоих случаях; если куб установить на той же высоте, что и колонну, барда убежит в канализацию не хуже; насосы и прочие элементы — дополнительная возня. Но, в конце концов так ли это все важно?
— Скорость перегона и возможность работать с большими (в перспективе бесконечными) бродильными емкостями — однозначный плюс.
— А вот насчет «готовых Дистиллятов наивысшего качества» (цитирую с сайта одного из производителей) бо-о-ольшой вопрос. Если хвосты еще можно «порезать», настроив подачи пара и браги так, чтобы температура сливаемой «барды» (на самом деле спиртосодержащей браги — вспомните тезис «Отжимаем спирт на «ноль») была ниже температуры отхода хвостов. Но что делать с головами? Брага то все время поступает новая, ни о каком фракционном разделении речь не идет. Так что на выходе из НБК имеем спирт-сырец (СС) неважного качества. Никуда
, кроме как на повторный перегон или ректификацию этот продукт не годится. Получается, что НБК
— это решение для оптовиков, продающих бормотосамогон страждущим, или для оптовых же производителей спирта. В быту НБК может быть с успехом применена состоятельным любопытствующим ректификатором, так как ценник начинается от 25 тысяч рублей за самый примитивный вариант (обычного по сути дистиллятора). Ценник же оборудования профуровня далеко не так демократичен.
Звиняйте, если что не так.
Чертежик позаимствован с хоумдистиллера.
P.S. В последнее время часто приходят люди из сети по запросам типа «бражная колонна непрерывного действия чертеж»
. И на этом блоге и на других ресурсах нет практически никаких чертежей. Почему? Вот например чертежик в заглавии этой статьи. В свое время на одном из форумов довольно живо обсуждалась тема практического воплощения НБК, в ходе дискуссии выкладывались схемы и чертежи промежуточных вариантов колонны. Как только было сформировано рабочее решение и колонна «пошла в серию» одного из коммерческих производителей, все конкретные технические воплощения были удалены из общего доступа (кроме этого чертежа). Это обычная и вполне понятная практика. Схемы, рисунки и фотографии дают общее представление о конструкции, а дальше придется самому. Это же самодельщина, а кто не может — милости просим в магазин.
Если же какой-либо аппарат собирается из готовых узлов, то тем более никаких чертежей не найти, их просто нет в природе. Так что, не тратьте время на их поиски. Даже, если где-то и выложен какой-то чертежик — это наверняка не реализованная промежуточная конструкция с внутренними недостатками.
Все больше людей приходят к пониманию того, что магазинный алкоголь не стоит тех денег, которые за него просят: качество низкое, а цены слишком высокие. По этой причине в нашей стране появляется все больше «самогонщиков». Начинают они с примитивных самогонных аппаратов, но довольно быстро приходят к мысли о создании полноценной ректификационной колонны своими руками. Но сделать ее не так просто, как кажется на первый взгляд.
Ректификационная колонна имеет сложное устройство . Для того, чтобы она хорошо работала в будущем нужно точно рассчитать ее параметры. Только в этом случае можно будет рассчитывать на создание действительно сбалансированной системы для домашнего использования.
Прежде, чем делать ректификационную колонну для самогонного аппарата своими руками нужно тщательно рассчитать параметры каждого ее элемента, а затем приобрести все необходимые компоненты, соответствующие расчетам.
Характеристики царги и насадки
По сути, это основной элемент ректификационной колонны
. От параметров трубы будут зависеть все остальные параметры колонны.
При создании спиртовой колонны своими руками лучше всего использовать трубу из хромникелевой стали. Это так называемая пищевая нержавейка. За счет того, что этот сплав совершенно нейтрален в химическом плане он не будет давать никаких примесей в конечный продукт. Это очень важно, ведь основная задача ректификации – получение чистого продукта без примесей, а вовсе не изменение его вкусовых и ароматических свойств.
Некоторые специалисты советуют использовать для перегонки медную царгу. Этого ни в коем случае делать нельзя. Дело в том, что медь может менять химический состав алкоголя . Максимум, где можно использовать медь – дистиллятор или бражная колонна.
Царга должна иметь толщину стенок не менее 1 и не более 1,5 мм. Более толстые стенки трубы не дают никаких преимуществ при перегонке, но при этом сильно утяжеляют всю конструкцию. Это недопустимо для домашней перегонной системы.
Царгу нужно рассчитывать вместе с насадкой. В домашних условиях принято использовать насадки, у которых общая площадь контактной поверхности не превышает 4 м 2 /литр. Конечно, можно использовать насадки с большей контактной площадью, но это лишь позволит поднять разделительную способность колонны, однако, снизит общую производительность.
По своим размерам спирально-призматическая насадка должна быть меньше диаметра колонны в 12 раз.
Опытные самогонщики рекомендуют держать наготове насадки с разными характеристиками, чтобы использовать их в зависимости от ситуации. Так, для получения крепленого самогона лучше всего поставить в колонну медные кольца высотой до 10 мм. В этом случае медь будет эффективно забирать из спирта сернистые соединения.
При подборе царги следует помнить о том, что даже минимальное изменение диаметра колонны серьезно повлияет на параметры производительности.
Что касается высоты трубы , то она должна укладываться в параметры от 1 до 1,5 м. Высота будет меньше, то сивушные масла будут проникать в отбор. В то же время, при увеличении высоты трубы увеличивается время перегона, но никак не разделяющая способность системы. То есть, увеличивать высоту ректификатора не имеет смысла.
Для повышения отбора качественного спирта и недопущения переполнения царги сивухой, спирт-сырец следует заливать в куб не более 20 объемов насадки. В среднем куб заполняют на 2/3 объема. Это значит, что при диаметре царги в 50 мм нужно использовать куб объемом от 40 до 80 литров. Если диаметр трубы 40 мм, то достаточно куба объемом от 30 до 50 литров.
Расчет теплового источника
Многие люди думают
, что если самогонный аппарат можно грет на газовой или обычной электрической плите, то ее можно использовать и для нагрева ректификационной колонны. Это далеко не так. Дело в том, что ректификация сильно отличается от обычного процесса дистилляции. Если процесс получения дистиллята допускает скачки тепла, то при ректификации мощность нагрева должна правильно регулироваться. Поэтому не подойдут ни газовая, ни электрическая, ни индукционная плита.
Идеальный вариант: установка внутрь перегонного устройства тэна необходимой мощности с регулятором выходного напряжения для точной настройки.
Что касается мощности тэны, то для нагрева 50 литрового куба нужно 4 кВт энергии, для 40 литров 3 кВт, для 30 л 2 кВт.
Тэн нужно грамотно установить в кубе , чтобы его нагрев не вызывал кипение браги и спирта-сырца. Чем выше стоит тэна, тем меньшая мощность ему требуется чтобы вызывать кипение содержимого куба. При увеличении глубины погружения растет мощность, необходимая для закипания.
Расчет дефлегматора
Мощность дефлегматора во многом определяется типом ректификационной колонны. Если планируется построить колонну с жидкостным отбором, то мощность дефлегматора должна соответствовать номинальной мощности всей колонны. Чаще всего в такой конструкции применяется холодильник Димрота, у которого утилизационная мощность равно 5 Ватт на 1 см 2 площади.
При создании ректификационной колонные с забором , установленным выше дефлегматора, то мощность последнего не должна превышать 2/3 мощности колонны. В этом случае, можно отказаться от Димрота и применить «рубашечник», у которого утилизационная мощность не превышает 2 Ватт на см 2 .
Расчет прямоточного холодильника
В том случае, если прямоточник будет использовать в качестве дополнительного охлаждения, то следует выбирать самый простой и небольшой по размерам вариант. Его мощность не должна превышать 30% от мощности ректификационной колонны .
Прямоточный холодильник выглядит как прямая трубка между рубашкой царги и внутренней трубой. Длина трубки обычно не превышает 30 см.
Если один и тот же прямоточный холодильник будет использоваться не только для дистилляции, но и для ректификации, то в расчет следует брать не номинальную мощность колонны, а максимальный нагрев при дистилляции.
Минимальный диаметр трубки определяется минимальной скоростью и максимальным значением кинематической вязкости паров.
- При мощности в 1,5 кВт минимальный диаметр равен 8, а максимальный 9 мм.
- При мощности в 2 кВт минимальный диаметр трубы 9, а максимальный 12 мм.
- При мощности в 3 кВт минимальный диаметр 10,5, а максимальный 18 мм.
Итак, мы имеем на руках все необходимые расчеты с чертежом, и потому можем приступать сборке ректификационной колонны.
Нужно приготовить следующие элементы ректификационного аппарата:
- Корпус.
- Дефлегматор.
- Насадку. Она может быть тарельчатой или спиральной.
- Тепловую изоляцию.
- Термометры.
Бак для спирта-сырца можно использовать от самогонного аппарата. Также можно не делать новый змеевик. Его можно взять от того же дистиллятора. Правильно рассчитанную и собранную колонну можно будет устанавливать на любой самогонный аппарат. Главное, чтобы объем бака был больше 20 литров. Если объем будет меньшим, то ректификационная колонна работать не будет.
Как сделать царгу своими руками?
Лучше всего ее делать из нержавеющей трубы. Идеальный вариант – пищевая сталь
.
Специалисты советуют делать ее с несколькими сочленениями. В самой нижней части царги приваривается фланец, посредством которого она будет крепиться к крышке перегонного бака. Фланцевое соединение должно быть герметичным, поэтому нужно использовать прокладку. Желательно силиконовую. Пластиковые прокладки изменяют форму под воздействием температуры.
Фланец нужно приварить так, чтобы колонна стояла строго вертикально. Отклонение всего на половину градуса изменить качество продукта на выходе.
Отдельные части колонны лучше соединить клампами. Так, проще будет собирать и разбирать колонну.
Две нижние части царги – это просто трубы. В них будут установлены насадки для увеличения площади соприкосновения жидкости с паром. А вот верхняя часть довольно сложно устроена. В ней должны иметься следующие конструктивные элементы:
- Проточный холодильник.
- Отводной патрубок.
- Разъем для установки термометра.
- Воздушный клапан.
На проточный холодильник приходится половина верхней части колонны самый простой вариант – обмотать трубу медным змеевиком, но он не отличается хорошей эффективностью. Идеальный вариант – помещение внутрь трубы охладителя Димрота. В этом случае, дефлегматор будет превращать конденсат в пар до того момента, как он достигнет воздушного клапана в самой верхней точке ректификационной колонны.
Отводной патрубок следует установить ниже холодильника на пару сантиметров.
Насадка
Это одна из важнейших частей колонны. Она бывает 3-х типов: тарельчатая ситчатая и спиральная. Первый вариант намного эффективнее. Многие начинающие самогонщики изготавливают тарельчатую насадку из деталей, свободно продающихся в сети Интернет.
Ситчатую насадку сделать намного проще. Все что нужно: дрель, диски, и сверла небольшого диаметра, перегородки из нержавейки. Сверлим в перегородках отверстия разного диаметра и устанавливаем внутрь трубы.
Спиральную насадку самостоятельно не сделать, но зато ее можно легко купить в специализированном магазине.
Некоторые тематические форумы и сайты советуют использовать для создания спиральной насадки сеточки для мытья посуды, но делать этого не стоит. дело в том, что никто доподлинно не знает, из каких сплавов они изготавливаются. Это значит никто не может предсказать, что какие соединения получатся при контакте материала сетки с раскаленными парами спирта.
Теплоизоляция
При сборке колонны нужно не забыть защитить ее от тепловых потерь как минимум до нижней границы дефлегматора. В качестве утеплителя можно использовать такие материалы, как: пенополиуретан, пеноизол, фольгированные утеплители и др.
Собственно, остается только собрать все части вместе и произвести пробный запуск самодельной ректификационной колонны.
Заключение
Теперь читатель знает, как сделать колонну для домашней ректификации. Остается применить эти знания на практике и насладиться чистейшим продуктом.
Даже самая простая ректификационная колонна , несмотря на низкую скорость перегонки, позволит получить достаточно количество спирта как для употребления в чистом виде, так и для изготовления на его основе более благородных напитков.
Также не стоит забывать о том, что использование ректификационной колонны в качестве самогонного аппарата для получения самогона позволит получить на 30% больше продукта, чем из обычного дистиллятора. К тому же качество самогона будет значительно лучше.
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.
Зависимость мощности от диаметра трубы
Высота трубы. Для обеспечения хорошей удерживающей и разделительной способности, не зависимо от диаметра, высота ректификационной колонны должна быть от 1 до 1,5 м. Если меньше – не хватит места для накопленных в ходе работы сивушных масел, в результате сивуха начнет прорываться в отбор. Еще один недостаток – головы будут нечетко разделяться на фракции. Если высота трубы больше – это не приведет к существенному улучшению разделяющей и сдерживающей способности системы, но увеличит время перегона, а также количество «голов» и «подголовников».Другими словами, с увеличением высоты трубы прибавка к разделяющей способности ректификационной колонны на каждый дополнительный сантиметр снижается. Эффект от увеличения трубы с 50 см до 60 см на порядок выше, чем со 140 см до 150 см.
Объем куба для ректификационной колонны
Чтобы повысить выход качественного спирта, но не допустить переполнения сивухой колонны, навалку (наполнение) спирта-сырца в кубе ограничивают в диапазоне 10-20 объемов насадки. Для колонн высотой в 1,5 м и диаметром 50 мм – 30-60 л, 40 мм – 17-34 л, 32 мм – 10-20 л, 28 мм – 7-14 л.
С учетом заполнения куба на 2/3 объема, для колонны внутренним диаметром царги 50 мм подойдет 40-80 литровая емкость, для 40 мм – 30-50 литровая, для 32 мм – 20-30 литровый куб, а для 28 мм – скороварка.
При использовании куба объемом ближе к нижней границе рекомендованного диапазона можно смело убрать одну царгу и уменьшить высоту до 1-1,2 метра. В результате сивухи будет относительно мало для прорыва в отбор, а вот объем «подголовников» заметно уменьшится.
Источник и мощность нагрева колонны
Тип плиты. Самогонное прошлое не дает покоя многим новичкам, которые считают, что если раньше использовали для нагрева самогонного аппарата газовую, индукционную или обычную электрическую плиту, то можно оставить этот источник и для колонны.
Процесс ректификации существенно отличается от дистилляции, всё намного сложнее и костер не подойдет. Нужно обеспечить плавную регулировку и стабильность подаваемой мощности нагрева.
Электроплитки, работающие по терморегулятору в режиме старт-стоп, не используются, потому что как только произойдет кратковременное отключение питания, пар перестанет идти в колонну, а флегма рухнет в куб. В таком случае придется начать ректификацию заново – с работы колонны на себя и отбора «голов».
Индукционная плита – крайне грубый аппарат со ступенчатым изменением мощности по 100 -200 Вт, а при ректификации нужно менять мощность плавно, буквально по 5-10 Вт. Да и стабилизировать нагрев независимо от колебания напряжения на входе вряд ли получится.
Газовая плита при залитом в куб 40-процентном спирте-сырце и 96-градусоном продукте на выходе представляет смертельную опасность, не говоря уже о колебании температуры нагрева.
Оптимальное решение – врезать в куб колонны тэн нужной мощности, а для регулировки использовать реле со стабилизацией выходного напряжения, например, РМ-2 16А. Можно взять и аналоги. Главное получить на выходе стабилизированное напряжение и возможность плавно менять температуру нагрева по 5-10 Вт.
Подаваемая мощность. Чтобы нагреть куб за приемлемое время, нужно исходить из мощности 1 кВт на 10 литров спирта-сырца. Значит, для 50 л куба, заполненного на 40 литров, требуется минимум 4 кВт, 40 л – 3 Квт, 30 л – 2-2.5 кВт, 20 л – 1.5 кВт.
При одном и том же объеме кубы могут быть низкими и широкими, узкими и высокими. Выбирая подходящую емкость, нужно учитывать, что зачастую куб используется не только для ректификации, но и при дистилляции, поэтому исходят из самых жестких условий, чтобы подводимая мощность не приводила к бурному пенообразованию с выбросами брызг из куба в паропровод.
Опытным путем установлено, что при глубине размещения тэна около 40-50 см нормальное кипение происходит в случае, если на 1 кв. см зеркала навалки приходится не более 4-5 Вт мощности. При уменьшении глубины допустимая мощность увеличивается, а при увеличении – уменьшается.
Есть и другие факторы, влияющие на характер кипения: плотность, вязкость и поверхностное натяжение жидкости. Бывает, что выбросы происходят в конце перегонки браги, когда увеличивается плотность. Поэтому вести процесс ректификации на границе дозволенного диапазона всегда чревато неприятностями.
Распространенные цилиндрические кубы имеют диаметр 26, 32, 40 см. Исходя и допустимой мощности на площадь поверхности зеркала кубовой навалки 26 см куб, будет нормально работать при мощности нагрева до 2,5 кВт, для 30 см – 3.5 кВт, 40 см – 5 кВт.
Третьим фактором, определяющим мощность нагрева, является использование одной из царг колонны без насадки в качестве сухопарника для борьбы с брызгоуносом. Для этого нужно, чтобы скорость пара в трубе не превышала 1 м/с, при 2-3 м/с защитный эффект ослабевает, а при больших значениях пар будет гнать флегму вверх по трубе и забрасывать в отбор.
Формула для расчета скорости пара:
V = N * 750 / S (м/сек),
- N – мощность, кВт;
- 750 – парообразование (куб. см/сек кВт);
- S – площадь поперечного сечения колонны (кв. мм).
Труба диаметром 50 мм справится с брызгоуносом при нагреве до 4 кВт, 40-42 мм – до 3 кВт, 38 – до 2 кВт, 32 – до 1,5 кВт.
Исходя из вышеперечисленных соображений, выбираем объем, размеры куба, мощность нагрева и дистилляции. Все эти параметры согласованы с диаметром и высотой колонны.
Расчет параметров дефлегматора ректификационной колонны
Мощность дефлегматора определяется в зависимости от типа ректификационной колонны. Если строим колонну с жидкостным отбором или паровым ниже дефлегматора, то необходимая мощность должна быть не меньше номинальной мощности колонны. Обычно в этих случаях в качестве конденсатора применяют холодильник Димрота с утилизационной мощностью 4-5 Ватт на 1 кв. см поверхности.
Если колонна с отбором по пару выше дефлегматора, то расчетная мощность составляет 2/3 от номинальной. В этом случае можно применить Димрот или «рубашечник». Утилизационная мощность рубашечника ниже, чем у димрота и составляет около 2 Ватт на квадратный сантиметр.
Пример холодильника Димрота для колонны Далее все просто: номинальную мощность делим на утилизационную. Например, для колонны с внутренним диаметром 50 мм: 1950 / 5= 390 кв. см площади Димрота или 975 кв. см «рубашечника». Значит, холодильник Димрот можно сделать из трубки 6х1 мм длинной 487 / (0.6 * 3.14) = 2.58 см для первого варианта, с учетом коэффициента запаса 3 метра. Для второго варианта умножаем на две трети: 258 * 2 / 3 = 172 см, с учетом коэффициента запаса 2 метра.
Рубашечник для колонны 52 х 1 – 975 / 5.2 / 3.14 = 59 см * 2/3 = 39 см. Но это для помещений с высокими потолками.
«Рубашечник» Расчет прямоточного холодильника
Если прямоточник применяется как доохладитель в ректификационной колонне с жидкостным отбором, то выбирают самый маленький и компактный вариант. Достаточно мощности в 30-40% от номинальной мощности колонны.
Изготавливают прямоточный холодильник без спирали в зазоре между рубашкой и внутренней трубой, потом запускают отбор в рубашку, а охлаждающую воду подают по центральной трубе. В этом случае рубашку наваривают на трубу подачи воды в дефлегматор. Это мелкий «карандашик» длинной около 30 см.
Но если один и тот же прямоточник используется как при дистилляции, так и при ректификации, являясь универсальным узлом, исходят не из потребности РК, а из максимальной мощности нагрева при дистилляции.
Для создания турбулентного потока пара в холодильнике, позволяющего обеспечить интенсивность теплопередачи не меньше 10 Ватт/кв. см, необходимо обеспечить скорость пара около 10-20 м/с.
Диапазон возможных диаметров достаточно широк. Минимальный диаметр определяется из условий не создания большого избыточного давления в кубе (не более 50 мм вод столба), а максимальный расчетом числа Рейнольдса, исходя из минимальной скорости и максимального коэффициента кинематической вязкости паров.
Возможная конструкция прямоточного холодильника Чтобы не вдаваться в ненужные подробности, приведем самое распространенное определение: «Для того, чтобы в трубе поддерживался турбулентный режим движения пара, достаточно, чтобы внутренний диаметр (в миллиметрах) был не больше 6-кратной мощности нагрева (в киловаттах)».
Для предотвращения завоздушивания водяной рубашки необходимо поддерживать линейную скорость воды не ниже 11 см/с, но чрезмерное увеличение скорости потребует большого давления в водопроводе. Поэтому оптимальным считается диапазон от 12 до 20 см/с.
Чтобы сконденсировать пар и охладить конденсат до приемлемой температуры, нужно подавать воду при 20°C в объеме около 4.8 куб см/с (17 литров в час) на каждый киловатт подводимой мощности. При этом вода нагреется на 50 градусов – до 70°C. Естественно, зимой воды понадобится меньше, а при использовании автономных систем охлаждения, примерно в полтора раза больше.
На основании предыдущих данных можно рассчитать площадь поперечного сечения кольцевого зазора и внутренний диаметр рубашки. Нужно учитывать и доступный сортамент труб. Расчеты и практика показали, что зазор в 1-1.5 мм вполне достаточен для соблюдения всех необходимых условий. Этому соответствуют пары труб: 10х1 – 14х1, 12х1 – 16х1, 14х1 – 18х1, 16х1 – 20х1 и 20х1 – 25х1.5, которые перекрывают весь диапазон мощностей, применяемых в домашних условиях.
Есть еще одна немаловажная деталь прямоточника – спираль, навитая на паровую трубу. Делается такая спираль из проволоки диаметром, обеспечивающим зазор в 0.2-0.3 мм до внутренней поверхности рубашки. Навивается с шагом равным 2-3 диаметрам паровой трубы. Основное предназначение – центрирование паровой трубы, в которой при работе температура выше, чем в трубе рубашки. Это значит, что в следствии теплового расширения паровая труба удлиняется и изгибается, прислоняясь к рубашке, возникают мертвые зоны, не омываемые водой охлаждения, в результате эффективность холодильника резко падает. Дополнительными плюсами навивки спирали являются удлинение пути и создание турбулентности охлаждающего потока воды.
Грамотно выполненный прямоточник может утилизировать до 15 Ватт /кв. см площади теплообмена, что подтверждено опытным путем. Для определения длины охлаждаемой части прямоточника воспользуемся номинальной мощностью в 10 Вт /кв. см (100 кв. см/кВт).
Необходимая площадь теплообмена равна мощности нагрева в киловаттах, умноженной на 100:
S = P * 100 (кв. см).
Длина внешней окружности паровой трубы:
Lокр = 3.14 * D.
Высота рубашки охлаждения:
H = S / Lокр.
Общая формула расчета:
H = 3183 * P / D (мощность в кВт, высота и внешний диаметр паровой трубы в миллиметрах).
Пример расчета прямоточника
Мощность нагрева – 2 кВт.
Возможно применение труб 12х1 и 14х1.
Площади сечения – 78,5 и 113 кв. мм.
Объем пара – 750 * 2=1500 куб. см /с.
Скорости пара в трубах: 19,1 и 13,2 м/с.
Труба 14х1 выглядит предпочтительней, так как позволяет иметь запас по мощности, оставаясь в рекомендованном диапазоне скорости пара.
Парная труба для рубашки – 18х1, кольцевой зазор составит 1 мм.
Скорость подачи воды: 4,8 * 2= 9.6 см3/с.
Площадь кольцевого зазора – 3.14 / 4 * (16 * 16 – 14 * 14) = 47.1 кв. мм = 0,471 кв. см.
Линейная скорость – 9.6 / 0.471 = 20 см/с – значение остается в рекомендованных пределах.
Если бы кольцевой зазор был 1,5 мм – 13 см/с. Если 2 мм, то линейная скорость упала бы до 9.6 см/с и пришлось бы подавать воду выше номинального объема, исключительно для того, чтобы не завоздушивался холодильник, – бессмысленная трата денег.
Высота рубашки – 3183 * 2 / 14 = 454 мм или 45 см. Коэффициент запаса не нужен, все учтено.
Итог: 14х1-18х1 с высотой охлаждаемой части 45 см, номинальный расход воды – 9.6 куб. см/с или 34.5 литра в час.
При номинальной мощности 2 кВт нагрева холодильник будет выдавать 4 литра спирта в час с хорошим запасом.
Эффективный и сбалансированный прямоточник при дистилляции должен иметь соотношения скорости отбора к мощности нагрева и расходу воды на охлаждение 1 литр/час – 0,5 кВт – 10 литров/час. Если мощность выше, будут большие теплопотери, малая – полезная мощность нагрева снизится. Если расход воды выше, прямоточник имеет неэффективную конструкцию.
Ректификационную колонну можно использовать в качестве бражной. Оборудование для бражных колонн имеет свои особенности, но вторая перегонка отличается в основном технологией. Для первой перегонки особенностей больше и отдельные узлы могут оказаться не применимыми, но это тема для отдельного разговора.
Исходя из реальных домашних потребностей и существующего асортимента труб, рассчитаем по приведенной методике типовые варианты ректификационной колонны.
P.S. Выражаем благодарность за систематизацию материала и помощь в подготовке статьи пользователю нашего форума .