Пристрій і принцип роботи ректифікаційної колони

Колона ректифікації розроблена майже 200 років тому і за свою історію справно послужила людям для отримання очищених рідин різного типу.

Основне призначення такої установки - це промислове виробництво (нафтопереробка, хімічна промисловість, нафтохімія, пивоваріння і т.д.).
У побуті невеликі пристрої активно використовують любителі якісного самогону. Куплені або саморобні колони дозволяють отримати практично чистий спирт в домашніх умовах.

Як працює цей пристрій докладно розглянемо в даній статті.

Принцип роботи

Колона ректифікації дозволяє реалізувати процес ректифікації на практиці. Конструктивно вона являє собою циліндр, в якому розташовується куб, куди подається і де розігрівається рідина, і дефлегматор, де утворюється рідкий конденсат (флегма).

Крім того, передбачаються контактні елементи, що забезпечують процес конденсації, збору рідини і повторного випаровування.

Працює колона ректифікації наступним чином:

1. Куб заповнюється вихідним сировиною (приблизно на 2/3 об`єму) і розігрівається до температури кипіння рідини.
2. Випаровування піднімається вгору, а зустрівшись з дефлегматором, частково конденсується, перетворюючись в флегму, яка стікає по стінках циліндра вниз.
3. Даний процес у міру підйому пара по циліндру відбувається кілька разів, причому спочатку конденсуються найбільш важкі фракції. До верху колони доходить найлегша фракція.
4. Під час роботи установки, в її циліндрі одночасно знаходяться пари, флегма, вихідна сировина і очищений, кінцевий продукт. Пари і флегма створюють взаімнопротівоположние потоки.
5. У початковий період (до стабілізації процесу) рекомендується не проводити відбір кінцевого продукту, який збагачує флегму і прискорює досягнення рівноважного режиму тепломассообмена.

Довідка! Ефективність роботи колони можна висловити флегмовое числом, тобто ставленням обсягу флегми до кількості відведеного готового продукту.

Для стабільної роботи установки цей показник підтримується на рівні 3, що забезпечує при обороті не більше 25% очищеної рідини.

Флегма, опустившись вниз, знову нагрівається до кипіння. Чергова порція пара піднімається вгору, починаючи новий цикл.

Якщо очищається самогон, то в самому низу колони з самого початку процесу осідають найважчі компоненти (сивушні масла).

Більш легкі фракції (метиловий спирт, ефіри, альдегіди) розподіляються уздовж труби. Вони поступово стікають вниз при врівноважені температури протягом 9-12 хвилин. Загальна тривалість розігріву куба становить 25-55 хвилин.

Різниця між дистиляцією і ректифікацією спирту

Найбільш поширеними способами очищення рідин є дистиляція і ректифікація. Ці технології багато в чому схожі, що часом викликає поєднання понять, що абсолютно невірно.

• дистиляція є очищення шляхом нагрівання суміші до певної температури, коли активно випаровуються тільки низкокипящие фракції, з подальшим охолодженням парів для забезпечення їх конденсації. Температура розігріву вихідної сировини вибирається так, щоб вскіпяла тільки зазначена фракція, при цьому висококиплячі компоненти не досягають кипіння, залишаючись в рідкому стані. По суті, самогонний апарат є прикладом дистилятора.
• ректифікація вимагає нагріву суміші до кипіння всієї маси з подальшим ТЕПЛОМАСООБМІННИХ рідкого і парового потоків. Дистиляція використовується, як завершальна стадія, коли відводиться легколетучий пар перетворюється в рідину шляхом конденсації для отримання готового продукту.

Так само у нас на сайті є стаття: як зробити самогонний апарат своїми руками

Принципові відмінності в механізмі процесу призводять до того, що кінцевий продукт при ректифікації має значно більш глибоке очищення і високу якість у порівнянні з дистиляцією.

Справа в тому, що під час дистиляції навіть не кипляча рідина частково випаровується, а значить, в будь-якому випадку, певну кількість різних фракцій виявляється в очищеної рідини. Для того щоб досягти хорошої якості, потрібне проведення до 6-7 процедур.

Ректифікація забезпечує отримання чистого, однорідного продукту за один прохід. При очищенні самогону вказаний ефект істотно позначається на міцності:

1. Так при одній дистилляционной перегонці вона не перевищує 35-40%, при двох - до 50-55%, трьох - до 70%.
2. Фортеця 90-95% (спирт) досягається після не менше 5 перегонок.
3. Колона ректифікації дозволяє отримати практично чистий спирт за один цикл. Крім того під час дистиляції зберігається смак і запах вихідної сировини.

Спосіб дистиляції має і певні позитивні сторони:

• Навіть численні перегонки при дотриманні технології дозволяють втрачати не більше 20-22% рідини.
• Втрати в ректифікаційних установках значно вище - можуть досягати 32-35%.
• Треба відзначити і простоту технології. Ректифікація вимагає значно більш складного і дорогого обладнання.

Подивіться відео, в якому досвідчений самогонщик порівнює процеси дистиляції та ректифікації і дає поради щодо вибору апарату для перегонки самогону:

Важливі характеристики колони

Загальний принцип конструювання сучасних ректифікаційних колон зберігається незмінним. Метою вдосконалення установок стає підвищення продуктивності, глибини очищення, виходу і стабільності якості кінцевого продукту.

Рішення поставлених завдань досягається рухом в декількох напрямках.

Розміри і матеріали

Для дотримання всіх технологічних режимів важливо мати максимально можливу висоту робочого циліндра, а також оптимальне поєднання її з діаметром.

За розміром розрізняються:

1. промислові,
2. побутові установки.

Для домашніх умов необхідні мініатюрні апарати.

Їх висота знаходиться в межах 1,2-1,6 м. При менших розмірах якісного поділу фракцій досягти неможливо. Діаметр труби може складати від 3-5 см до 0,3-0,5 м.

важливо! Найкращий матеріал для виготовлення колони - нержавіючі сплави з дозволом використання в харчовій промисловості. Вони не виділяють шкідливих речовин при будь-яких, агресивних впливах.

нагрівальна система

При організації нагріву куба з сировиною важливе значення мають 2 фактори:

• достатня потужність,
• можливість плавного регулювання.

Газовий джерело енергії складно регулювати, а тому частіше використовуються електричні нагрівальні елементи (ТЕНи). Нормальна потужність встановлюється з такого розрахунку 4 кВт на куб об`ємом 50 л.

продуктивність

Вона безпосередньо пов`язана з потужністю ТЕНів і розмірів колони. Чим швидше будуть пересуватися потоки по трубі, тим вища продуктивність.

Крім того, вона підвищується при використанні безперервної технології, для чого передбачаються спеціальні пристосування для подачі сировини та своєчасного відведення готового продукту.

якість очищення

Воно залежить від кількості одночасно протікають конденсації за один прохід циліндра, що визначається кількістю відповідних контактних елементів.

В хороших установках встановлюється не менше 7-8 таких зон.

контроль процесу

Для забезпечення необхідного контролю в усіх зонах встановлюються термометри. Для підтримки стабільного режиму монтується автоматична система.

тиск

Ректифікації процес буде протікати нормально при підтримці стабільного внутрішнього тиску в інтервалі 725-785 мм.рт.ст.

При цьому підвищений тиск забезпечується в нижній частині, де накопичуються важкі фракції, а мінімальне - нагорі, куди направляється легкий пар.

У промислових установках вгорі колони взагалі може створюватися вакуум, але найбільш раціонально підтримувати нормальний атмосферний тиск.

При експлуатації ректифікаційних колон треба враховувати, що найбільш активно процес протікає при стабілізації умов і рівності температур зустрічних потоків.

Швидкість стабілізації режиму вважається одним з найважливіших показників якісної, сучасної установки.

Контактні пристрої (тарілки і насадки)

Контактні елементи в ректифікаційної колоні беруть участь у формуванні балансу рідини і пара, а також в концентрації пара.

Кожен такий елемент обмежує певну зону, в якій протікає своєрідний цикл дистиляції - випаровування і подальша конденсація окремої фракції, при цьому часто пара перетинає цю межу і рухається вгору, залучаючи до свого потік легколетучие компоненти.

У будь-якій подібній зоні встановлюється певна рівновага.

Довідка! Основний ефект забезпечується за рахунок збільшення площі фазних контактів, що активізує теплової і масовий обмін.

Основними є такі контактні елементи:

1. теоретична тарілка. По суті це сформована рівноважна зона без установки додаткового деталі. Для отримання добре очищеного алкогольного напою організовується від 24 до 32 таких зон.
2. фізична тарілка. Це реальна деталь тарельчатой ​​форми, в якій накопичується рідинний шар. Пар вимушено проходь крізь нього, що проявляється численними бульбашками. Даний варіант забезпечує досить велику контактну площу. Для отримання повноцінного, чистого спирту в колоні треба встановити до 45-55 фізичних тарілок.
3. насадки. Дані контактні елементи в основному призначені для забезпечення процесу конденсації пари. Вони набагато менше, ніж тарілки, чинять опір паровому потоку. У колонах може використовуватися кілька різновидів - кільце, сітка, спіраль. У саморобних апаратах нерідко ставиться «решето» - диск з численними отворами. Одним з кращих матеріалів для насадок вважається мідь. Можна застосувати мідні сплави або алюміній.

Тарілчасті контактні елементи монтуються в основному в промислових колонах, що мають велику висоту і достатній діаметр для їх установки.

У побутових апаратах (покупних і саморобних) пріоритет віддається насадок, які можна закріпити в трубі діаметром 4-5 см.

Як домогтися кращого результату?

При експлуатації ректифікаційної колони потрібно дотримуватися певних заходів, що дозволяють добиватися нормального режиму її роботи і отримання якісного кінцевого продукту.

Особливо слід виділити заходи в наступних напрямках.

Виняток «захлебиванія» установки

Ця «хвороба» пов`язана з уповільненням і припиненням стікання флегми, що призводить до її накопичення в циліндрі і блокування парового потоку. В результаті «захлебиванія» всередині колони підвищується тиск, з`являється гучне булькання і шум.

Явище може провокуватися такими причинами:

1. Перевищення припустимої швидкості руху парового потоку, що може викликатися надмірним нагріванням рідини в кубі;
2. Зайве наповнення куба вихідним сировиною або засмічення в нижній зоні труби;
3. Дуже маленький тиск в нижній частині колони, що характерно для високогірних умов;
4. Підвищення напруги в електромережі, що викликає незаплановане підвищення потужності нагрівального елементу;
5. Порушення в конструкції або технології.

Уникнути цього неприємного явища допомагає установка автоматичного контролю і регулювання процесу. Особлива увага приділяється нагрівання сировини і наповненню куба.

Своєчасне виведення готового продукту і осідають важких фракцій

У першому випадку, методика проста - на початковому етапі (до стабілізації температури і тиску) тільки чверть легколетких парів конденсується з кінцевим продуктом і виводиться назовні, а далі - відводиться максимальний його обсяг.

Поява осаду з важких фракцій виявляти складніше. Орієнтуватися доводиться на запах і колір рідини в самому низу колони.

Правильна підготовка установки до пуску

Перед початком ректифікації необхідно перевірити стан апарату, перш за все, герметичність колони. Для перевірки перекривається висновок готового продукту і закачується холодна вода.

Тільки переконавшись в герметичності установки можна приступати до заливання сировини і нагрівання куба.

Не слід чекати від побутового апарату чудес і заміни їм самогонного апарату. Мінімальна фортеця вихідної рідини повинна бути не менше 30%, в іншому випадку на виході не вийде продукт, по фортеці близький до чистого спирту.

важливо! Не слід в куб заливати брагу, що не пройшла первинну дистиляцію.

При виготовленні установки своїми руками можна допускати втрати теплової енергії через корпус колони. Особливо важливо захистити нижню частину, тобто зону до першого дефлегматора.

В якості теплоізоляції рекомендується використовувати:

• пінопласт,
• пеноизол,
• сучасні фольговані утеплювачі.

Ректифікаційні колони дозволяють глибоко очистити рідини або виділити легку фракцію. У промислових умовах вони знаходять застосування в багатьох галузях, в т.ч. з їх допомогою забезпечується нафтопереробка, виготовляється якісний спирт.

У домашніх умовах такі установки придатні для отримання дуже міцних, якісних спиртних напоїв з самогону. При правильній експлуатації вони абсолютно безпечні і ефективні.

Відео огляд

У самогоноваріння роль колони ректифікації велика - з її допомогою можна отримати чистий, якісний і безпечний спирт. На жаль, влаштований цей апарат досить складно.

Розібратися з конструкцією і принципом роботи апарату для перегонки самогону допоможе відео: