Если проанализировать абсолютно все самогонные аппараты, что существуют в природе, ректификационная колонна — самая сложная система. Это проявляется как ее созданием, так и обслуживанием. Она представляет собой специальное оборудование для изготовления спирта. Основная его цель — разделить жидкость, которая имеет высокий температурный режим. Довольно часто используют этот аппарат в промышленности.
Бывает и такое, что самогонный аппарат или ректификационная колонна изготавливаются собственноручно, для личного применения. Чаще всего ее используют для приготовления самогона. Основная суть работы основывается на том, чтобы с основной жидкости собрать спирт или самогон. Конечно же у нее есть функция нагрева и охлаждения, что тоже невероятно важно. С ректификационной колонной у вас есть возможность самостоятельно сделать спирт, не опасаясь за его качество.
Принцип работы ректификационной колонны
По линии спиртового пара, от браги до холодильника, находится узел. Он имеет название ректификационной колонны – это своеобразная длинная труба, диаметр которой намного больше длины, примерно в 40 раз или выше. Эти размеры являются самыми оптимальными для достижения основной цели аппарата. Горячий пар поднимается по трубе на поверхность, по пути постепенно теряет температуру, и стекает к низу назад в емкость.
Во время движения, с самого верха и к низу, вступает в связь с паром и обратно повышается температура, тогда все компоненты снова образуют пар. Абсолютно во всех элементах в составе присутствует этиловый спирт – на нем основывается принцип работы ректификационной колонны. Если подобрать определенную систему действий колонны таким способом, чтобы спиртовые испарения конденсировались вверху, где поставлен специальный штуцер – в охлаждающий механизм попадает чистейший спирт. Он не будет содержать всяких вредных химических элементов.
Через определенный промежуток времени, внутри колонны формируется система динамического баланса, вследствие разной температуры водянистой и пароводяной фазы. Помимо этого, паровой раствор делится на элементы согласно химической формуле, которая необходима для образования пара. Вверху скапливаются испарения нестойких примесей - альдегидов, ацетона и других токсичных элементов. При температуре в градуснике колонны примерно 70˚С, они просто вылетают в воздух - колонна связана с окружающей средой патрубком либо клапаном, и функционирует фактически под природными силами.
Приблизительно в высоте 3/4 от длины колоны, должен образоваться спирт, который и нужно собрать. Пониже - масляные и другие элементы, температура кипения каковых больше спирта. В области выделения спиртовой массы необходимо держать температуру примерно 76˚С. Для того чтобы это получилось, потребуется существенная длина колонны – чем масштабней область различных деталей, тем проще разделять один элемент от второго.
Стандартный метод сборки
Ректификационная колонна своими руками производится исходя из схемы. Схема нужна для того, чтобы не сделать ошибки. Она содержит не большие объемы, если сравнивать с другими устройствами, которые достигают 19 метров. Изготовленная дома ректификационная колонна, ее конструкция и сам механизм невозможно охарактеризовать легким – он складывается со множества компонентов. Первоначально, следует купить металлическую трубку – ее длина в идеале примерно 119-149 см.
Вместо дефлегматора допускается пользоваться обычным термосом. Кроме того, понадобятся:
- переходники, что станут объединять трубку с бачками;
- Утеплитель и лист из нержавейки для производства основных шайбок;
- Маленькая укрепляющая трубка, применяемая с целью отводить воду;
- Охлаждающий механизм.
С приборов потребуется молот, дрелька со сверлом, пассатижи, напильник, жесткая бумага, паяльник с припоем либо флюсом, переходной прибор в краник, резиновая трубочка маленьких параметров и указатель температурного режима.
Самодельный аппарат производится согласно установленной схемы. Трубка обязана иметь нужную длину, а ее кончики обязаны быть отшлифованные. С целью компоновки трубочки и узла дистиллята применяется евро переходник. Объединение трубы и куба следует запаять, а часть пайки в дальнейшем требует зачистки.
Затем необходимо сделать металлические насадки, что заполняют трубу вплоть под самую верхушку. Сейчас в трубу вводится основная шайбочка, в нее внедряется небольшой торец отбора. Участок соединительных точек спаивается. Последующим этапом станет термическое изолирование трубы.
Термос, что будет применяться как дефлегматор, необходимо рассмотреть и изъять низ. Внутреннюю пробирку необходимо вынуть с наружной стороны и убрать вакуумную покрышку термоса. В пробирке следует проделать проход, в центральной части самого низа детали и основном месте ее заднего края.
Через верхний проход нужно вмонтировать трубу и заделать ее там. Затем основание ставится на колбочку.
В наружной колбе, кроме того, проделывают дыры ради трубочек поступления и вывода воды. Расположены они вверху и внизу пробирки. Зоны в обязательном порядке закрепить. В узле отбора дистиллята необходимо сделать проход с целью втулки указателя температуры. Ректификационная колонна создается с особенной осторожностью, чтобы не навредить своему здоровью.
В наше поколение, достаточно актуальна маленькая ректификационная колонна. Приспособление это общедоступно абсолютно всем, и для аппарата требуется немножко места. Чертеж индустриального изготовления ректификационной колонны – это немного сложновато для обыкновенных людей. Тем не менее изготовление спирта в бытовых условиях происходит достаточно часто, и многие люди это практикуют.
Модель ректификационной колонны, нуждается в большом количестве тарелочек, с целью получения продукта высочайшего качества. Это сильно затрудняет ход установки. Чтобы сделать такого рода аппарат, как ректификационная колонна, собственными руками в бытовых условиях, понадобятся некоторые детали. Охладительный механизм изготавливают с красновато-желтой трубки. С целью этого, необходимо обернуть ею колонну ректификатора.
Железные мочалки изготовляют из нержавейки. Срок действия и их резерв пользования в ректификационной колонне достаточно длительный. В существующие 9,8 см трубы необходимо брать по 1 мочалке. Хорошая идея, использовать медицинский зажим с капельницы, можно взять вместо краника. Схему ректификационной колонны, как правило, завершают трубкой, с целью взаимосвязи с окружающей средой.
Суть работы колонны
Если кратко обсудить систему выработки спирта и ректификации, то это, на самом деле, неоднократный перегон бражки, что происходит в специальных тарелках. Вместо их, как правило, используют всевозможные компоненты. С целью производства спирта дома, ректификационной колонны с диаметром с 3 вплоть до 5 см, как соединительный компонент можно использовать железную мочалку. Именно через нее ректификационная колонна для самогонного аппарата будет заполняться.
Во время процесса действия ректификационной колонны, плавно к низу спускается дистиллят, а кверху подымаются испарения. Ректификатор нужен для того, чтобы повышать градусы. Отдельные модификации этого приспособления, подразумевают применение кипятильника и текучей прохладной струи, с целью охладить. Все элементы устройства, вполне могут объединиться друг с другом, с помощью обыкновенного паяльного инструмента. Незначительные отличия объемов в производстве столь нужного в хозяйстве агрегата, не особо повлияют на качество продукта.
Тем не менее с целью увеличения количества спирта, необходимо повысить значительно объемы ректификационного устройства, 1,5 м трубка колонны, гарантирует вплоть до 28 л спиртового элемента, примерно за два дня. По завершении производства аппарата, необходимо промазать все соединения моющим веществом. Подобным способом, допускается осмотреть лишние отверстия, если они есть появляются пузырьки. Когда пароводяной охладитель соединен с трубкой, через которую поступает вода и устанавливают есть ли отверстия во время работы – это система колонного типа.
Все вышеупомянутое дает возможность осознать, что же это за самодельный аппарат и зачем он вообще нужен людям. С ректификационной колонной у вас есть возможность получить чистый спирт. Кроме этого, можно сделать такой вывод, что совсем не сложно создать аппарат своими руками – нужно лишь внимательно прочитать инструкцию. Достаточно также иметь сильное желание, и необходимые детали для его создания. Каждый сам решает что лучше – покупать спирт или делать в домашних условиях, ведь в таком самогоне не будет никаких вредных добавок, а его качество зависит исключительно от перегонной конструкции.
Внимание, только СЕГОДНЯ!
Ознакомившись с популярными сайтами и форумами ректификационной тематики я решил внести свой вклад в общее дело. Домашние мастера мучаются с колоннами, навешивают на них много автоматики. Датчики давления, старт-стоп системы срывающие весь процесс ректификации и т.д.
Основные проблемы кроются в малой высоте, в неверных расчетах установок, работа на газовой плите, ориентирование на давление в колонне, и просто банальное непонимание сути процесса ректификации. И что главное- все напрочь забывают, что правильной колонне автоматика не требуется . Автоматика- только помощник.
Приведенная схема ректификационной колонны является одним из шести вариантов решения выше обозначенных проблем. "Хитрость" в том, что ее можно сделать невысокой (сверхмалой) и получать вполне качественный спирт. Оговорюсь... работа на газовой плите опасна, малейшая ошибка может привести к непоправимым последствиям- вы предупреждены. Стабильность работы конкретного схемного решения кроется в т.н. накопительной емкости под смещенным в сторону дефлегматором, регулируя подачу мощности (нагрева) в кубе, охлаждение и возврат флегмы, можно добраться до стабильной спиртовой полки при высоте насадочной части всего 80см. В колонне полностью отсутствуют температурной пилы из-за невозможности попадания брызг на датчик термометра. Гидроуровень установленный в узел отбора позволяет наблюдать за уровнем накопленной флегмы, что позволяет более точно стабилизировать процесс в начале ректификации и исключает захлеб колонны при правильной эксплуатации. Накопительный "стакан" заимствован у известного и одноименного устройства (Экстрактора Сокслета).. Франц фон Сокслет (Franz von Soxhlet)
Развивая идеи по конструкции можно поработать и с автоматикой. Вместо регулятора отбора можно поставить электронный клапан, подключив его через компаратор снимающий показания температуры. Таким образом колонна превращается в сверхмалую колонну переодического действия с дробным отбором. Компаратор программируется на открытие клапана при определенной температуре, клапан открывается, накопленная флегма сливается в приемную емкость после чего процесс в колонне сорвется и поднимется температура, а компаратор сработает на закрытие клапана. Можно конечно и руками открывать-закрывать, но процесс это утомительный. Таким образом, на колонне можно отобрать все вещества по очереди, немного подробней процесс описан
2.2. Устройство и действие ректификационных колонн,
Ректификация простых и сложных смесей осуществляется в колоннах периодического или непрерывного действия.
Колонны периодического действия применяют на установках малой производительности при необходимости отбора большого числа фракций и высокой четкости разделения. Классическая схема такой установки указана на рис. 4. Сырье поступает в перегонный куб 1 на высоту около 2/3 его диаметра, где происходит подогрев глухим паром. В первый период работы ректификационной установки отбирают наиболее летучий компонент смеси, например бензольную головку, затем, повышая температуру перегонки, компоненты с более высокой температурой кипения (бензол, толуол и т.д.). Наиболее высококипящие компоненты смеси остаются в кубе, образовывая кубовый остаток. По окончанию процесса ректификации этот остаток охлаждают и откачивают. Куб вновь заполняется сырьем и ректификацию возобновляют. Периодичностью процесса обусловлены больший расход тепла и меньшая производительность установки. Далее на рисунке: 2 - ректификационная колонна, 3 - конденсатор-холодильник, 4 - аккумулятор, 5 - холодильник, 6 - насосы.
Установка непрерывного действия лишена многих указанных недостатков. Принципиальная схема такой установки показана на рис.5. Сырье через теплообменник 1 поступает в подогреватель 2 и далее на разные уровни ректификационной колонны 3. Нижние фракции разогревают в кипятильнике 4 и сбрасывают обратно в ректификационную колонну. При этом самая тяжелая часть выводится из кипятильника в низ колонны и вместе с жидким осадком на дальнейшую переработку тяжелых фракций. А легкие фракции сверху в конденсатор-холодильник 5, и далее из аккумулятора 6 частично назад в колонну для орошения, а частично - в дальнейшую переработку легких фракций.
В зависимости от числа получаемых продуктов различают простые и сложные ректификационные колонны. В первых при ректификации получают два продукта, например бензин и полумазут. Вторые предназначены для получения трех и более продуктов. Они представляют собой последовательно соединенные простые колонны, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на два компонента.
В каждой простой колонне имеются отгонная и концентрационная секции. Отгонная, или отпарная, секция расположена ниже ввода сырья. Тарелка, на которую подается сырье для разделения, называется тарелкой питания. Целевым продуктом отгонной секции является жидкий остаток. Концентрационная, или укрепляющая, секция расположена над тарелкой питания. Целевым продуктом этой секции являются пары ректификата. Для нормальной работы ректификационной колоны обязательны подача орошения наверх концентрационной секции колонны и ввод тепла (через кипятильник) или острого водяного пара в отгонную секцию.
В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между восходящими парами и нисходящей жидкостью (флегмой), ректификационные колонны делятся на насадочные, тарельчатые, роторные и др. В зависимости от давления они делятся на ректификационные колонны высокого давления, атмосферные и вакуумные. Первые применяют в процессах стабилизации нефти и бензина, газофракционирования на установках крекинга и гидрогенизации. Атмосферные и вакуумные ректификационные колоны в основном применяют при перегонке нефтей, остаточных нефтепродуктов и дистилляторов.
Для равномерного распределения паров и жидкости в насадочных колоннах - 1 (рис. 6.) в качестве насадки - 2 применяют шары, призмы, пирамиды, цилиндры из различных материалов (обычно из прессованной угольной пыли) с наружным диаметром от 6 до 70 мм и отношением площади поверхности к объему от 500. Насадку помещают насыпом на специальные тарелки - 4 с отверстиями для прохождения паров и стекания флегмы - 3. Целью применения насадки является повышение площади соприкосновения флегмы и паров для взаимного обогащения. Для правильной работы насадочной колонны очень важно равномерное распределение стекающей флегмы и паров по всему поперечному сечению колонны. Этому благоприятствует однородность тела насадки, максимально возможная скорость восходящего потока паров, равномерно распределенные слои насадки и строгая вертикальность колонны. На практике достигнутое вначале равномерное распределение паров и флегмы нарушается, т. к. пар стремится оттеснить жидкость к стенкам колонны и перемещаться через центр насадки. В связи с этим насадка и разбивается на несколько слоев, а тарелки, на которых размещается насадка, имеют специальную конструкцию, позволяющую снова равномерно перераспределять потоки после каждого слоя насадки. Эффективность использования насадочных колонн очень высока но есть и неудобства: насадку периодически приходится изымать из колоны с целью очищения от смолистых частиц со временем покрывающих насадку и ухудшающих ее смачиваемость, к тому же применение насадочных колонн выдвигает очень жесткое требование выдержки определенного давления пара и количества поступающей флегмы. В случае падения давления пара в колонне происходит ускорение стекания флегмы и резкое уменьшение площади соприкосновения пара и жидкости. В случае превышения давления пара замедляется стекание флегмы, что приводит к ее скоплению в верхних слоях насадки и запиранию паров в нижней части колонны («захлебыванию» колонны). Это приводит к еще большему повышению давления пара в нижней части колонны, и, в критический момент, прорыв пара сквозь флегму в верхнюю часть колонны. Следствием «захлебывания» колонны также является резкое уменьшение площади соприкосновения пара и жидкости.
В тарельчатых колоннах 1 (рис. 7) для повышения площади соприкосновения потоков пара и флегмы применяют вместо насадки большое число тарелок специальной конструкции. Флегма стекает с тарелки на тарелку по спускным трубам 3, причем перегородки 4 поддерживают постоянный уровень слоя жидкости на тарелке. Этот уровень позволяет постоянно держать края колпаков 2 погруженными во флегму. Перегородки пропускают для стока на следующую тарелку лишь избыток поступающей флегмы. Принципом действия тарельчатой колонны является взаимное обогащения паров и флегмы за счет прохождения под давлением паров снизу вверх сквозь слой флегмы на каждой тарелке. За счет того, что пар проходит флегму в виде мельчайших пузырьков площадь соприкосновения пара и жидкости очень высока.
Конструкции тарелок разнообразны. Применяют сетчатые, решетчатые, каскадные, клапанные, инжекционные и комбинированные тарелки. Конструкцию тарелок выбирают исходя из конкретных технологических требований (степень четкости разделения фракций, требование к интенсивности работы, необходимость изменения внутренней конструкции колонны, частота профилактических и ремонтных работ и др.)
В некоторых процессах переработки нефти (например переработка с попутным отделением воды (паров), переработка с предварительным отделением тяжелейших фракций нефти) применяют роторные колонны 1 (рис. 8) с высокой производительностью. Тарелки такой колонны представляют собой конические щитки с углом наклона 40°, с чередованием тарелок закрепленных к стенкам колонны - 2 и тарелок закрепленных к центральному вращающемуся валу - 3. 
Таким образом вращающиеся тарелки чередуются с неподвижными. Вращение тарелок происходит от привода - 4 со скоростью 240 об/мин. Флегма спускается сверху- 5 по неподвижной тарелке и у центра переливается на нижележащую вращающуюся тарелку. Под влиянием центробежной силы флегма перемещается по вращающейся тарелке вверх до ее периферии и в виде сплошной кольцевой пленки переходит на стенки корпуса колонны и дальше - на низлежащую тарелку. Далее процесс повторяется. Пары движутся сквозь флегму противотоком. К тому же большое количество флегмы постоянно находится во взвешенном состоянии, что приводит к высокой испаряемости самой флегмы. Расстояние между тарелками всего 8 – 10 мм, что позволяет строить очень компактную колонну с высоким (свыше 85%) КПД. В колонну вводится подогретое сырье, необходимая температура которого поддерживается нагревателем - 6. Указанная конструкция очень удобна в использовании, практически не требует ремонта и профилактических работ, долговечна и не столь чувствительна к изменениям температур и давления исходных компонентов.
Расчет величины затрат необходимых для внедрения этого проекта в производство. Оценить изменение себестоимости продукции получаемой в цехе первичной переработки нефти и получения битума. В цехе установлено две печи: для нагрева нефти П-1 и для подогрева мазута и пара П-3, после реконструкции должна быть установлена печь, которая полностью заменит обе печи П-1 и П-3. Производительность печи по...
Качестве сырья можно использовать бензины (для получения сжиженного газа); керосино-соляровые фракции и вакуумные дистилляты (для получения бензина, реактивного и дизельного топлив); остаточные продукты переработки нефти (для получения бензина и реактивного и дизельного топлива); гачи и парафины (для получения высокоиндексных масел); высокосернистые нефти, сернистые и высокосернистые мазуты (для...
Процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов - перегонка нефти; ко вторичным относят процессы деструктивной переработки нефти и очистки нефтепродуктов, предназначенные для изменения ее химического состава путем термического и каталитического воздействия. При помощи этих методов...
Пожарная безопасность процесса ректификации
Ректификация - это метод разделения смеси на чистые компоненты, осуществляемый путем многократного чередования процессов испарения жидкой фазы и конденсации паров.
Физическая сущность процесса заключается в двустороннем массо- и теплообмене между неравновесными потоками пара и жидкости при высокой турбулизации поверхности контактирующих фаз. В результате массообмена пар обогащается низкокипящими, а жидкость - высококипящими компонентами. При определенном числе контактов можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих компонентов и жидкость, состоящую в основном из высококипящих компонентов.
Процесс ректификации можно проводить, в простейшем случае, в многоступенчатой установке. В первой ступени такой установки испаряется исходная смесь. На вторую ступень поступает на испарение жидкость, оставшаяся после отделения паров первой ступени. В третьей ступени испаряется жидкость, поступившая из второй ступени (после отбора из последней паров). Аналогично может быть организован процесс многократной конденсации, при котором на каждую следующую ступень поступают для конденсации пары, оставшиеся после отделения от них жидкости (конденсата) в предыдущей ступени.
При достаточно большом числе ступеней таким путем можно получить жидкую или паровую фазу с достаточно высокой концентрацией компонента, которым она обогащается. Однако, выход этой фазы будет достаточно мал по отношению к ее количеству в исходной смеси. Кроме того, такие установки громоздки и их эксплуатация сопровождается большими потерями тепла в окружающую среду.
Значительно более экономичное, полное и четкое разделение смесей на компоненты достигается путем проведения процессов ректификации в более компактных аппаратах – ректификационных колоннах.
Работа ректификационных колонн основана на создании двух встречных потоков – поднимающихся паров и стекающих навстречу им жидкости. Контакт между ними происходит на горизонтальных тарелках, причем пар, подходящий к тарелкам, имеет температуру несколько более высокую, чем жидкость, находящаяся вних. Внутренний объем колонны условно разбивается на три части – эвапорационной, укрепляющей, исчерпывающей. В первом объеме происходит испарение подаваемой жидкости. Подача производится в среднюю часть колонны, так как в этой части состав флегмы примерно равен составу раствора подлежащего ректификации. Подогретая смесь поступает в питающую тарелку колонны и частично испаряется. Паровая фаза движется вверх, а неиспарившаяся смешивается с флегмой и стекает вниз. Часть колонны, расположенная выше ввода начальной смеси называется укрепляющей, так как в ней паровая фаза укрепляется легкими фракциями. Часть колонны, находящаяся ниже ввода начальной смеси называется исчерпывающей, так как в ней из стекающей вниз флегмы отгоняются (исчерпываются) оставшиеся легкие фракции.
Для обеспечения нормальной работы ректификационной колонны необходимо постоянное наличие восходящего потока пара и нисходящего потока флегмы. Для получения пара в нижней части колонны предусмотрена система обогрева. Процесс ректификации может осуществляться при атмосферном давлении, под вакуумом, под избыточным давлением при пониженной температуре. В основном процесс ректификации осуществляется при давлении близком к атмосферному. Вакуумной ректификации подвергают смеси веществ склонных к термическому распаду или полимеризации при высоких температурах. Низкотемпературная ректификация применяется для разделения растворов, имеющих низкую температуру кипения.
Рассмотрим принцип действия ректификационной колонны, входящей в состав ректификационной установки непрерывного действия, предназначенной для разделения бинарных смесей.
Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со сварным или сборным корпусом 1 . Исходная смесь предварительно нагревается в подогревателе 5 и подается в среднюю часть колонны. В нижней части колонны обеспечивается подогрев жидкости до температуры кипения. Образующиеся при этом пары поднимаются вверх по колонне и создают восходящий поток. В верхней части колонны пары отбираются и поступают в дефлегматор 3, где происходит их частичная конденсация. Смесь флегмы (жидкости, полученной в результате частичной конденсации пара) и несконденсировавшегося пара из дефлегматора подается в сепаратор 4 на разделение. Пар из сепаратора поступает в конденсатор-холодильник 6 на полную конденсацию и там же происходит охлаждение дистиллята (ректификата), а флегма направляется обратно в колонну и создает в ней нисходящий поток.
Таким образом, в ректификационной колонне создаются два встречных потока – поток поднимающихся вверх паров и поток стекающей навстречу им жидкости. Контакт между ними происходит на специальных тепломассообменных устройствах, расположенных по высоте колонны с определенным шагом. Такие устройства выполняются в виде горизонтальных тарелок или насадок.
Сущность теплообменных процессов. В колпачковой колонне каждая тарелка имеет несколько отверстий с невысокими патрубками 3, предназначенными для пропускания паров, поднимающихся снизу. На тарелках колонны всегда имеется слой флегмы. Сверху каждого парового патрубка монтируется колпачок 2 , нижние края которого погружены в жидкость. Колпачки у основания имеют зубчатые прорези для дробления пара на мелкие струйки. Тем самым увеличивается площадь контакта между парами и жидкостью. Так как флегма несколько холоднее паров, последние, барботируя через слой жидкости, охлаждаются и частично конденсируются. В процессе конденсации паров выделяется некоторое количество теплоты. Кроме того, дно каждой тарелки обогревается парами нижележащей тарелки. За счет этого тепла флегма нагревается и кипит. Уровень флегмы на каждой тарелке поддерживается с помощью переливных труб 4, которые связывают между собой все тарелки.
Таким образом, на тарелках происходит обогащение флегмы высококипящим компонентом (за счет частичной конденсации паров). А восходящие потоки пара обогащаются низкокипящим компонентом. Поскольку пары по мере продвижения снизу вверх все больше обогащаются низкокипящим компонентом, температура кипения жидкости на тарелках (снизу вверх) становится все ниже и ниже. При этом флегма, стекающая с тарелки на тарелку все больше обогащается высококипящим компонентом, и поэтому на нижних тарелках температура кипения максимальна. В результате многократного протекания процесса теплообмена пар, отводимый из верхней части колонны, представляет собой почти чистый низкокипящий компонент, а остаток в нижней части колонны – чистый высококипящий компонент.
Из вышесказанного следует, что для нормальной работы любой ректификационной колонны необходимо : чтобы исходный продукт был предварительно нагрет, непрерывно происходило орошение верхней части колонны, и подогрев нижней части.
Следует обратить внимание на то, что в промышленности чаще всего разделяют не бинарные, а многокомпонентные смеси. В этом случае для разделения смесей на три и более фракций применяют несколько последовательно работающих простых колонн или специальные сложные колонны, состоящие из нескольких простых.
В идеальном случае на каждой тарелке колонны паровая фаза и флегма находятся в состоянии фазового равновесия и, следовательно, каждой тарелке соответствует одна из точек, лежащей на кривой равновесия (рассматривали в начале лекции). В действительности полное равновесие фаз на тарелках ректификационной колонны не достигается. Это учитывается путем введения коэффициента полезного действия.
Для приближения к фазовому равновесию действительных концентраций жидкости и пара разработаны различные конструкции тарелок и насадок. Тарелки или насадки являются наиболее важным конструктивным элементом ректификационных колонн. Именно на них происходит процесс тепломассообмена между восходящим потоком пара и флегмой.
Ректификационные колонны в которых тепломассообменные устройства выполнены в виде тарелок называют барботажными , так как пар барботируется через слой флегмы. Если тепломассообменные устройства выполнены в виде различных насадок, то колонны называют насадочными .
Барботажные ректификационные колонны могут иметь тарелки со сливными устройствами или без них. Тарелки со сливными устройствами. К ним относятся колпачковые, ситчатые и клапанные.
Для разделения растворов используют колпачковые тарелки . Это связано с тем, что данный тип обеспечивает хороший контакт между паром и флегмой на тарелках. Смесь паров, поднимаясь, проходит патрубки (рис 3, методический материал) и, ударяясь о колпачки, барботирует сквозь слой флегмы на тарелках. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези для дробления пара на мелкие струи. Приток и отток жидкости регулируют с помощью переливных трубок.
Ситчатые тарелки , имеют большое количество мелких (от 0,8 до 3мм) отверстий. Пар, проходит сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. Важным требованием является постоянные скорость движения пара и его давление, достаточное для преодоления давления слоя жидкости на тарелке и предотвращающее ее стекание через отверстия.
Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонта. Но они чувствительны к наличию примесей, которые забивают отверстия тарелок и создают условия для образования повышенных давлений. В случае значительного снижения давления пара вся жидкость с ситчатых тарелок сливается вниз и для возобновления процесса приходится запускать колонну вновь. Указанное накладывает существенные ограничения на использование данного типа тарелок.
Клапанные тарелки. Имеют отверстия перекрывающиеся специальными клапанами, которые поднимаются в зависимости от величины давления пара. При подъеме клапана образуется зазор, через который проходит пар барботирующийся через слой жидкости. С изменением давления клапан закрывается под действием силы собственной тяжести. Высота подъема клапана не превышает 8 мм. Достоинством таких тарелок является сравнительно высокая пропускная способность по пару, высокая эффективность в широком интервале нагрузок. Недостаток – повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное весом клапана.
Тарелки без сливных устройств. Их особенностью является то, что пар и флегма проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелках одновременно с взаимодействием флегмы и пара путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку. Жидкость «проваливается». Выделяют дырчатые тарелки, решетчатые, трубчатые, волнистые.
Насадочные колонны. Тепломассообмен между паром и флегмой протекает в объеме насадок, выполненных из твердых тел различной формы (таблица с типами насадок). Принцип действия колонн. Пар из исчерпывающей части движется вверх по колонне навстречу стекающей жидкости. Распределяясь по большой поверхности насадочных тел пар интенсивно контактирует с жидкостью и теряет при этом часть высококипящего компонента и обогащается легкокипящим. Требования к насадкам – большая поверхность в единице объема, хорошая смачиваемость флегмой и равномерное ее распределение по всей насадке, малое гидравлическое сопротивление, химическая инертность, механическая прочность.
Для того, чтобы самогон получился чистым и без характерного сивушного запаха, его необходимо прогонять через аппарат как минимум дважды. За время перегонки оседает бОльшая часть сивушных масел, что и дает повод назвать готовый продукт чистым. Однако специалисты настаивают на том, что получить действительно чистый спиртосодержащий напиток в домашних условиях можно только при использовании ректификационной колонны.
Для того, чтобы понимать, как делается ректификационная колонна для самогонного аппарата своими руками и зачем она вообще нужна, попробуем разобраться в принципе ее работы. Здесь же мы рассмотрим, какие материалы понадобятся и целесообразно ли ее домашнее изготовление.
Как работает ректификационная колонна
При нагревании перегонного куба, куда залита брага, начинается постепенное закипание с интенсивным выделением спиртосодержащего пара. Эти пары, более легкие, чем жидкость, поднимаются вверх по ректификационной колонне, откуда попадают в охлаждаемый водой дефлегматор. Здесь в самой верхней точке начинается конденсация пара, и он снова в виде конденсата стекает в колонну. Та, в свою очередь, заполнена специальными элементами, сквозь которые и протекает жидкость. В это время продолжается кипение браги, и пары ее поднимаются вверх по колонне, встречаясь по пути с конденсатом. Именно этот непрерывный процесс обмена жидкости и пара именуется ректификацией.
Во время такого обмена жидкий конденсат (флегма) насыщается паром, а пар, наоборот, жидкостью с более низкой температурой кипения. Этот процесс происходит постоянно, пока кипит брага и образуется конденсат. В итоге в изголовье ректификационной колонны собирается самый легкий пар с максимально высокой концентрацией спирта, который и отводится в холодильник для финальной конденсации. Уже из холодильника в приемочную емкость спускается абсолютно чистый дистиллят - самогон.
Принцип работы ректификационной колонны показан на этом рисунке
За счет чего происходит непрерывная ректификация
Для того, чтобы пар и стекающая жидкость (флегма) контактировали наиболее эффективно, в ректификационной колонне используются специальные контактные элементы. В промышленных образцах эту функцию выполняют физические тарелки, в домашних - металлическая губка для мытья сковородок. Эти элементы за счет разрозненной структуры увеличивают площадь контакта флегмы и пара, и, соответственно, эффективность такого взаимодействия. Это становится возможным благодаря тому, что между двумя фазами (жидкой и парообразной) очень быстро достигается равновесие.
В процессе стекания флегмы вниз по колонне она минует целых слой металлических пружинок, встречаясь по пути с паром. В тот момент, когда пар преодолевает первый слой контактного элемента, наступает фаза физического равновесия. Для получения оптимальной высоты бытовой ректификационной колонны ее диаметр должен быть не менее 30 и не более 50 мм.
Изготовление ректификационной колонны
Вопрос приобретения такого оборудования для многих стоит очень остро. Если речь идет о промышленном производстве, то в большинстве образцов есть много недоработок. Все же потоковое производство дает о себе знать. Можно, как вариант, заказать ручную сборку, но тогда цена ее будет приблизительно такой же, как у «крыла» хорошего внедорожника. Поэтому самый оптимальный вариант - сделать ректификационную колонну своими руками. Безусловно, ее строение чуть более сложное, чем у самодельного самогонного аппарата, но все же не настолько, чтобы терять сознание от чертежа и инструкций.
В качестве материала для изготовления подходит нержавеющая сталь - химически инертный материал, не подвергающийся коррозии и не дающий посторонних примесей и запаха.
Это схема ректификационной колонны, по которой ее можно будет собрать
Теперь более подробно об основных элементах оборудования и о том, из чего их можно будет сделать.
- Тело — труба из нержавеющей стали диаметром 30-50 мм и суммарной длиной 1300-1400 мм. Допустимая толщина стенки трубы 2-3 мм, поскольку придется делать отверстия для резьбового соединения.
- Водяной корпус (дефлегматор) — чаще всего изготавливается из обычного термоса. Буквально 10-15 минут, и этот элемент идеально заменит промышленный образец. В некоторых случаях дефлегматор изготавливают из медной трубы. Самый экзотический и неэффективный вариант - змеевик, изготовленный из медной трубки. Его наматывают по верху колонны и пускают по нему холодную воду. По опыту, даже расплющенная трубка не обеспечивает необходимой потери тепла за счет малого пятна контакта.
- Холодильник - емкость с погруженным змеевиком и холодной водой. Бак и трубки изготавливают из меди. Можно также приобрести в магазине химреактивов готовый лабораторный холодильник.
- Контактный элемент - несколько металлических губок-сеток, которыми обычно домохозяйки снимают с кастрюль и сковород накипь и пригоревшую пищу.
Помимо этого необходимы также силиконовые соединительные и медные трубки, упорные шайбы, резьбовые гайки, переходники.
В колонне предусмотрено 2 места состыковки - точка обора и соединение с перегонным кубом. Обычно для соединения используют резьбовые элементы, но опасность здесь в протекании. Можно также надевать один элемент на другой, при этом состыковывать максимально плотно, чтобы не допускать пропускания пара и просачивания флегмы. Можно, конечно, обработать края герметиком и состыковать конструкцию навечно, но тогда вы ее не сможете разбирать и чистить.
Как собрать ректификационную колонну
- Берем медную трубу высотой 1300-1400 мм и диаметром 30-50 мм. Разрезаем ее на 2 части, они могут быть как равной длины, так и с небольшими отклонениями - это не принципиально. Края у обоих частей зачищаете, торцуете, обязательно снимаете фаску и состыковываете друг с другом резьбовыми соединениями или посредством переходника. Напоминаем! Соединение должно быть герметичным.
- На одной части трубы устанавливаете сетку и упорные шайбы, чтобы исключить выпадение контактного элемента. Это нижняя часть колонны, которая будет надеваться на перегонный куб. Сюда засыпаются металлические пружинки.
В качестве такого контактного элемента могут использоваться не только пружинки, но и небольшие стеклянные шарики, хотя это довольно дорогое удовольствие. Совершенно не уступают по площади контакта и качеству теплообмена обычные металлические губки. Изготовленные из нержавеющей стали, они абсолютно инертны к спиртовой массе и не подвержены коррозии.
Перед тем, как купить такую губку, проверьте магнитом, действительно ли она изготовлена из нержавейки. Если используется другой металл, со временем пружинки начнут ржаветь, что сведет на нет качество очистки самогона.
- Покупаете 30-40 металлических мочалок и разрезаете их на небольшие фрагменты до 5 мм.
- В нижнюю часть трубы, где установлена металлическая сетка-фиксатор, засыпаете контактный элемент, периодически постукивая о стол. Не надо заталкивать его принудительно, чтобы пружинки по возможности не переплетались, а компактно утрамбовывались. Вот так, встряхивая и постукивая, заполняете весь отрезок трубы, после чего закрываете сеткой и фиксируете упорной шайбой.
Уже установленную на перегонный куб эту часть трубы следует утеплить любым изолятором, подойдет даже поролон толщиной 3-5 мм.
- На вторую часть трубы припаиваете паяльником водяной корпус (дефлектор) с двумя патрубками - один на вход воды, другой на вывод.
- Сверху трубу закрываете крышкой или запаиваете, сделав отверстие для трубки.
- В 15-20 мм от стыка с нижней частью трубы делаете отверстие под патрубок для вывода дистиллята, а под ним небольшую пластинку для сбора конденсата - флегмы.
- Соединяете колонну и холодильник силиконовым шлангом, на который установлен зажим от капельницы - это очень удобный инструмент для регулировки движения жидкости.
На этом собственноручное изготовление ректификационной колонны закончено, можно приступать к перегонке.
Если у вас остались вопросы, на видео вы посмотрите, как правильно делать колонну и в какой последовательности.
