Ректификационная колонна своими руками – подробное описание и схема. Делаем ректификационную колонну своими руками — пошаговая инструкция Делаем колонну для дистиллятора своими руками

Быстрый переход по статье

На следующем этапе можно заняться нагревательным элементом всего аппарата. Для этого можно использовать обычный кипятильник. Отступив некоторое расстояние от конца провода, чтобы хватило до аппарата, нужно отрезать часть, прикрутить все обратно придется после. Концы шнура от кипятильника нужно продеть таким образом, чтобы при закрытой крышке элемент находился внутри корпуса. После зачистки проводов их нужно соединить обратно

Важно позаботиться о качественной изоляции.

Кипятильник не должен касаться дна, желательно, чтобы он был полностью покрыт жидкостью в процессе эксплуатации. В это же отверстие, через которое проходит шнур кипятильника, нужно вставить длинный конец змеевика для аппарата. Оставшиеся промежутки между трубкой и шнуром нужно забить кусочками ваты, сделав это достаточно плотно. Важно добиться наилучшей герметизации.

Полученную конструкцию из ваты нужно залить суперклеем, который выполнен на цианакриловый основе. Это позволит получить максимально герметичное соединение, с использованием композитных материалов. После того как клей затвердеет, вам удастся получить герметичное прочное соединение. Останется сделать что-то наподобие кожуха для вентилятора, чтобы воздух омывал ребра теплообменника, представленного змеевиком.

Для выполнения кожуха можно задействовать упаковку тетра-пак. Если вами будет изготавливаться самогонный аппарат, то вы можете воспользоваться технологией, представленной в статье. Из упаковки нужно вырезать прямоугольник, ширина которого будет соответствовать габаритам вентилятора. Данные элементы пойдут на оклеивание вентилятора с 3 сторон. На четвертую сторону нужно вывести конец змеевика, чтобы осуществить отвод самогона. В оставшейся боковой стенке нужно проделать отверстие для этой части трубки и приклеить применяемым ранее суперклеем. Стенки между собой можно склеить скотчем. Когда изготавливается нужно обеспечить максимальную безопасность, его следует накрыть прозрачным защитным экраном.

На этом можно считать, что бражная колонна готова. В качестве источника питания для вентилятора можно использовать компьютерный блок питания. Для его включения без применения материнской платы необходимо замкнуть черный провод с зеленым. Специалисты используют более компактные источники на 12 вольт, которые вы можете найти самостоятельно.

Расчет параметров и подбор материалов

Прежде чем приступать к сборке колонны, следует определиться с размерами и другими характеристиками аппарата.

1. Высота царгиЕсли раньше ректификационные колонны представляли собой многометровые конструкции, то сегодня домашние винокуры пользуются компактными вариантами – около 1,5 метров длиной. Главный принцип, которым следует руководствоваться при расчете габаритов следующий: высота трубы должна быть равна примерно 50 ее диаметрам. Допускаются небольшие отклонения в одну или другую сторону. Однако длина царги не может быть меньше 1 метра. В противном случае часть сивушных масел попадет в отбор, и возникнут трудности с разделением фракций. Увеличение высоты колонны свыше 1,5 метров на качество продукта существенно не влияет, но удлиняет время перегона. К тому же, разместить такую конструкцию в домашних условиях будет проблематично. Оптимальные размеры трубы: длина – 1,3-1,4 м, диаметр – 3–5 см.
2. Материал и толщина стенокИдеальным вариантом для царги является пищевая нержавейка: она никак не влияет на состав напитков. Также подойдет медь. Оптимальная толщина стенок находится в пределах 1–2 мм. Больше можно, но это утяжелит конструкцию и увеличит расходы, не принося особой выгоды. К тому же стоит помнить, что в стенках придется делать отверстия.
3. Вид и параметры насадокВ качестве контактного элемента проще всего использовать бытовые мочалки из нержавейки, которыми чистят посуду. Чтобы проверить качество металла, можно замочить изделие в растворе соли и оставить в нем на сутки: хорошее изделие не заржавеет. Альтернативными вариантами являются стеклянные шарики, камни определенных пород, металлическая стружка. Плотность набивки составляет 250–270 г контактного элемента на 1 л объема колонны.
4. Объем кубаЕмкость для перегонки заполняют на 2/3, при этом количество спиртосодержащей жидкости должно соответствовать 10–20 объемам насадки. Для колонны с диаметром 5 см оптимально использовать бак на 40–80 л, для ширины в 4 см – 30–50 л.
5. Источник нагреваНе рекомендуется использование газовой, электрической или индукционной плиты. Первый вариант опасен, остальные не позволяют обеспечить равномерную подачу тепла. Оптимальным вариантом является электронагрев с помощью ТЭНов, которые можно вмонтировать в куб самостоятельно. Мощность элементов зависит от объема куба: на 50 л требуется не менее 4 кВт, на 40 л – не менее 3 кВт и т. д.
6. Вид теплоизоляционного материалаОн должен выдерживать высокие температуры, быть химически инертным. Обычно используют поролон 3–5 мм толщиной, фторопластовые или силиконовые (но не резиновые!) прокладки.
7. Вариант состыковкиЕсли используются резьбовые соединения, может потребоваться герметик. Лучше отдать предпочтение надеванию элементов друг на друга.

Выбор конструкции

Размеры и конструкция аппарата зависит от ряда факторов:

1. Требуемая производительность. при большей производительности царга с набивкой будет выше и шире - пара проходит больше. Охладитель и узел отбора также должны обеспечить достаточную эффективность. Минимальная длина царги - 1.5 метра, лучше сделать ее разборной из трех колен - 1 метр, 0.2 метра, 0.5 метра. это позволит использовать аппарат как для дистилляции, так и для ректификации.
2. Возможные размеры. Часто домашние ректификационные колонны ограничены в размерах из-за высоты потолка. Сэкономить место поможет смещение холодильника димрота в верхней части аппарата, или размещение его перпендикулярно царге (молот Тора).
3. Доступ к технологиям металлообработки. Аппарат из нержавеющей стали прослужит долго и не будет окислять спирт, но для соединения деталей потребуется аргоновая сварка или электроды по нержавейке. Варить нержавейку сложно. При возможности можно применять лабораторное термостойкое стекло, но оно слишком хрупкое. Отличный вариант для самодельщика - медь. Она легко паяется газовой горелкой, в продаже есть большое количество
4. Объем заправляемого сырья. Чем больше применяемый куб, тем выше должна быть производительность. Испарение спирта происходит при 75 - 80 °С, снижение температуры снизит скорость процесса.
5. Бюджет. При минимальном бюджете рассматривать надо простую, но эффективную конструкцию с механическими регулировками. Если бюджет не стеснен, аппарат дополняется точными игольчатыми кранами, дополнительными узлами и автоматикой управления.

В продаже на сегодняшний день есть десятки разновидностей самогонных аппаратов, среди которых немало удачных моделей, с помощью которых можно получить не только традиционный самогон, но и довольно чистый спирт. Есть и аппараты с парогенераторами, предназначенные для перегонки плотного сусла, с их помощью можно получить домашний виски, кальвадос или сливовицу.

Заводская бражная колонна

Среди менее-более традиционных аппаратов несколько затерялись бражные колонны. О них известно сравнительно немногим людям, занимающимися самогоноварением как хобби, или профессионально перерабатывающим продукцию своего сада на спиртное. Такой вид деятельности распространен в регионах, привлекательных для туристов, где климат позволяет выращивать различные фрукты в промышленных масштабах.

Что такое бражная колонна

Следует уточнить, что бражная колонна, которая используется в домашних самогонных аппаратах, принадлежит к классу пленочных, несколько ограниченных в сфере применения и производительности. Но это самый простой конструктивно вариант тепломассообменного устройства, который, к тому же, на удивление качественно работает.

Почему «на удивление»? Многие домашние умельцы и производители промышленных самогонных аппаратов для бытового использования идут путем наименьшего сопротивления. Они берут принципиальную схему промышленной установки, какие используются на спиртовых и водочных заводах и путем уменьшения размеров создают свои конструкции. Принцип работы, вроде бы, тот же, но многие процессы при этом начинают происходить совершенно иначе.

Причиной тому теплоемкость материала установки, те же размеры - полный тепломассообмен происходит медленно, требует больших площадей контакта, стабильности температуры и соблюдения еще многих физико-химических параметров. Схема вроде бы рабочая, но не совсем.

Такой принцип конструирования напоминает авиастроителей, которые уменьшили «Боинг» до размеров «кукурузника» и удивляются, почему он не летает, а если и летает, то намного хуже.

Бражная колонна сделанная своими руками, конечно же, работает, но феноменальных результатов ждать от нее не приходится. Качественный спирт можно получить после второй перегонки, как на хорошем дистилляторе с сухопарником и барботером после третьей дистилляции и фильтровании при помощи активированного угля. Экономический эффект очевиден, но бражные колонны требуют постоянного контроля и соблюдения температурного режима.

По своей сути, бражная колонна представляет обычный дефлегматор, в котором с большой эффективностью отделяются пары спирта от высококипящих примесей (сивухи). Значительного увеличения выхода спирта нет, можно добиться прироста на 5-10%, но происходит ли это из-за применения бражной колонны, или благодаря тщательному соблюдению температурного режима. По эффекту действия бражная колонна равняется с тандемом сухопарник-барботер.

Конструкция колонны

Технически бражная колонна представляет собой отрезок медной или нержавеющей трубы диаметром 25-50 мм высотой равняющейся тридцатикратному диаметру. Колонны с меньшим соотношением выполняют более декоративные функции.

В верхней части колонны, приблизительно на отрезке в 25% от всей длины, монтируется первичный холодильник. Он должен охладить пары браги до точки конденсации тяжелых примесей и вернуть конденсат обратно в бак. Холодильник может быть сделан в виде встроенного змеевика, внешнего змеевика в виде намотанной на колонну медной трубки, водяной рубашки.

В бражной колонне изготовленной своими руками, лучше всего использовать первые два варианта. Водяную рубашку сделать самостоятельно довольно сложно, это доступно только при наличии промышленного оборудования и определенных инженерных знаний и слесарных навыков. Схема холодильника выбирается исходя из конкретных условий.

Чуть выше змеевика предусматривается место для установки термометра. В аппарате с бражной колонной обязательно должны быть два термометра - на баке и на верхней части колонны. Причем работать они должны с одинаковой точностью, как электронные, так и биметаллические.

Наличие на рынке многочисленных термометров из Поднебесной еще не гарантируют того, что вам удастся купить два, показывающие одинаковую температуру в одинаковых условиях. Придется их проградуировать. Делается это очень просто и доступно любому школьнику - в миску или кастрюлю наливается 1 л воды и засыпается 1 кг колотого льда (приготовить его придется заранее в морозилке холодильника).

Спустя минут 15-20, когда лед начнет потихоньку таять и останется его примерно половина от прежнего количества, погружаем датчики термометров в эту смесь. Минуты через две оба термометра должны показывать 0 С. Если показания разные, то вы хотя бы знаете, насколько они расходятся.

Но градуировка на этом не закончена. На плите вскипятите воду и погрузите термометры в кипяток. Тот, который покажет 100 С работает правильно. Его и следует использовать, как базовый, а на втором учитывать погрешность.

Верхняя часть колонны паропроводом из трубки диаметром 8-10 мм соединена с холодильником классической конструкции, какие используются в обычных дистилляторах. В бражной колонне очищаются спиртовые пары, а их конденсация происходит в холодильнике.

Оба охладителя, на колонне и на конденсаторе работают независимо друг от друга. При этом холодильник на колонне должен быть регулируемым. Это удобно сделать, смонтировав на входном (нижнем) его патрубке обычный кран-регулятор от батареи отопления. Для чего он нужен, будет сказано ниже.

Материалы изготовления

Бак аппарата с бражной колонной своими руками лучше всего сделать из нержавейки. В крышке следует сделать резьбовой или фланцевый штуцер для соединения с колонной. Очень удобно использовать хомуты Кламп. Соединение получается прочным, монтируется и демонтируется аппарат быстро и не требует применения инструментов.

Сама колонна изготовляется из меди или нержавеющей пищевой стали. Можно использовать и латунь, если удастся найти подходящую трубу. Утеплять бражную колонну не рекомендуется.

Холодильник и паропроводы тоже делаются из меди или нержавейки. Их этих материалов несложно изготовить змеевики и все виды соединений. Купить медную трубку любого диаметра (или нержавеющую) можно в интернете или хозяйственном магазине.

Как работает бражная колонна пленочного типа

Принцип работы бражной колонны очень похож на действие ректификатора, но в несколько упрощенном виде. Пары, содержащие спирт и сопутствующие жидкости (альдегиды, эфиры, сивуху и прочие примеси) поднимаются вверх по медленно прогревающейся трубе колонны и конденсируются на стенках, стекая обратно в резервуар. По мере прогревания высота уровня полной конденсации становиться все больше, пока не достигнет холодильника дефлегматора. Это происходит при температуре на верхнем холодильнике около 50-56 С.

Конденсат, флегма вместе со спиртом, стекает вниз, а легкокипящие пары (головы) поступают в холодильник-конденсатор и собираются в отдельную посуду. До начала основной перегонки с 10 литров браги нужно собрать до 0,5 литра голов, чрезвычайно ядовитой жидкости, которая непригодна ни для повторной перегонки, ни для употребления.

Продолжая нагрев куба, доводим температуру на верхнем холодильнике до 76 С. такой она должна быть на протяжении практически всего сеанса, только под конец дистилляции ее можно поднять на 2-4 градуса и собрать получившуюся жидкость в отдельную емкость. Она пойдет на повторную перегонку. Поддерживается требуемая температура с помощью крана на входе холодильника и регулятором плиты или ТЭН.

В самой колонне происходит процесс взаимодействия стекающей по стенкам трубы жидкости и поднимающихся из испарителя горячих паров. Флегма прогревается, и из нее испаряются остатки спирта, поднимаясь к паропроводу холодильника. Сивуха остается в жидком состоянии и стекает обратно в бак.

Все взаимодействие горячего пара и флегмы происходит на стенках колонны, где жидкость образует тонкую движущуюся вниз пленку. Поэтому и колонны такого типа называются пленочными.

При перегонке нельзя допускать, чтобы брага закипела. Температура в кубе не должна превышать 85-90 С.

Бражная колонна из меди лучше нержавеющей по причине высокой теплопроводности меди. Она лучше отводит тепло от пленки флегмы и ее конденсация начинается раньше, что позволяет уменьшить высоту колонны без снижения производительности. Медная трубка и фитинги обеспечивают надежную герметизацию при высокой прочности и надежности всей конструкции.

Другие виды бражных колонн

Часто приходится встречать описания колонн с наполнителем, призматическими насадками и прочими приспособлениями, якобы увеличивающими эффективность колонны. Это не совсем так. Насадки и наполнитель - атрибут ректификационной колонны, в бражной они не совсем уместны.

Отличается по конструкции бражная колонна непрерывного действия. В ней брага подается сверху непрерывным потоком и по пути взаимодействует с поднимающимся снизу водяным паром из парогенератора. Стекающая брага по пути разделяется на множество потоков специальными тарелочными устройствами и прогревается до температуры испарения спирта. Остальные жидкости беспрепятственно стекают в заборную емкость.

Сивуха и прочие вредные жидкости попросту не успевают испариться. Этот принцип работы очень эффективен при промышленном производстве спирта, но трудно реализуем в бытовых условиях.

В 80-х годах XIX века, когда самогонное дело начало набирать популярность среди любителей алкоголя, никто и представить не мог, что ректификационные колонны, которые приносили огромное количество чистого спирта, при малых затратах, станут доступны рядовому любителю по вменяемой цене.

Для получения самогона, очистки браги, дистилляции, применяют ректификационной колонны . Тем не менее, конструкция этого устройства проста и его можно сделать своими руками, тем самым сведя затраты на аппаратуру к минимуму.

Рассмотрим, как сделать её своими руками, какие можно применять материалы, как сконструировать отдельные элементы и интегрировать в самогонный аппарат.

Для начала разберёмся, что такое ректификация:

• Это процесс, когда из смеси выделяется один компонент под действием давления и температуры.
• Нагревающий элемент испаряет брагу, которая проходит через фильтры.
• Часть её возвращается назад, а часть проходит дальше.
• Так происходит из-за жидкости, которая поступает на изгибе трубки.
• Она конденсирует часть раствора и возвращает назад.
• Более легкая летучая часть проходит дальше, в последний сегмент, где находится поток воды.

Конечный продукт осаждается в сосуде.

Медная

Стандартная структура, которая подразумевает медную конструкцию в качестве основы. Такой материал как медь обладает отличными характеристиками теплопроводности, сжатия-расширения.

Внимание! Медь не добавляет вредные примеси и осадки в раствор, что делает её эталонным материалом.

Тем не менее, у меди есть один весомый минус – как и любой металл, она окисляется и приобретает зеленоватый цвет.

Коррозионные процессы негативно влияют на качество и чистоту продукта. Так же окисляются металлические фильтры внутри трубки и вся конструкция становится непригодной.

Из полипропилена

Также распространённый вариант.

Полипропилен материал, используемый в сантехнике:

1. Он стоит дешевле и доступен в любой строительном магазине.
2. Он не портится в ходе множества циклов нагрева-охлаждения и не трескается от перепада температур.
3. Из-за большого количества форм можно соорудить конструкцию с любым изгибом.

Минусом является попадание примесей в раствор, так как часть полипропилена испаряется в ходе нагревания.

Из фитингов сантехники

Бюджетный вариант для любителей конструкторов.

Фитинги – это металлические закручивающиеся переходники для коммутации труб и шлангов.

Из них можно соорудить колонну, закрутив в определённом порядке. Металл для таких элементов может применяться любой (в том числе и нержавеющий). Минусов у такой конструкции практически нет, за исключением того, что на сбор и коммутацию уйдёт больше времени.

Справка! Хорошая колонна будет состоять из всех вышеописанных материалов, сочетая в себе плюсы и нивелируя минусы.

Как сделать своими руками?

В первое время, когда самогонное дело только начало развиваться, аппараты делали из всего, что было под ногами, поэтому качество самогона было соответствующее.

С развитием отрасли, любители научились делать продукцию всё лучшего и лучшего качества, модернизируя установки и дополняя стандартные конструкции новыми элементами.

Перегонный куб

Для того, чтобы сконструировать куб своими руками, понадобится выполнить сварочный шов на листе нержавеющей стали, предварительно согнув его в цилиндр.

Днище так же можно выполнить, приварив лист слили и обрезав ножницами по металлу (можно оставить лист необрезанным для большей устойчивости). Припоем послужит олово.

Герметичную крышку можно соорудить своими руками, обклеив стык резиной, или использовать крышку от кастрюли.

Справка! Куб можно полностью выполнить из кастрюли или металлического бидона, если крышка предусматривает возможность соединения со всей остальной конструкцией.

Как сделать перегонный куб своими руками рассказывается на видео:

Царга

Царга представляет собой обычный фильтр, соорудить который можно из обыкновенного водного смесителя или пластикового стакана, в который будет утрамбована металлическая губка для мытья посуды.

Несколько критериев, которые важны для хорошей царги:

• наличие входа и выхода,
• возможность отсоединять ее, чтобы сменить фильтр,
• возможность легко заменить корпус конструкции в случае поломки (поэтому рекомендуется использовать пластиковые стаканы).

Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра.

Насадка

В качестве насадки применяется регулярная проволочная медная насадка , тем не менее можно использовать обычную металлическую губку .

От материала насадки будет зависеть чистота конечного изделия и длительность процесса ректификации. Можно соорудить многослойную насадку, комбинируя несколько элементов и материалов.

Узел отбора

Узел отбора находится на изгибе, в котором не происходит разделение первоначальной смеси, поступающей воды, конечного продукта.

Выполнить его желательно из меди, так как пластиковые конструкции имеют свойство к расширению под воздействием температуры, а изменение траектории движения раствора может затянуть процесс ректификации, или вовсе остановить его.

Справка! Например, давления и температуры недостаточно для того, чтобы летучая часть жидкости смогла преодолеть изгиб и осаждаться в сосуде. Тем не менее, более пологий изгиб позволит ей легко проходить и накапливаться.

Идеальным материалом для узла отбора является медь или нержавеющая сталь.

Элементы конструкции можно приобрести в тематических специализированных магазинах, или в отделе сантехники, выбрав то, что подходит конкретно для вашей конструкции.

На видео рассказывается, как сделать узел отбора своими руками:

Дефлегматор

Дефлегматор это своего рода продвинутый фильтр:

• Он установлен в непосредственной близости к узлу отбора и служит для того, чтобы возвращать часть раствора назад.
• Вода, поступающая внутрь конденсирует тяжёлые элементы раствора и отделяет ненужные части от нужных.

Дефлегматор можно выполнить из металла, железа, стали, или из стекла, так как она отлично отдает тепло и будет способствовать быстрой конденсации пара.

Холодильник

Чаще всего в самогонных аппаратов используются холодильные установки класса “холодильник-змеевик” . Такое название он получил потому, что внутри находится металлическая спираль, которая служит для циркуляции жидкости. Невооружённым взглядом она напоминает змею, которая свернулась в клубок по диагонали.

Работа холодильника состоит в пропускании жидкости через себя и передачи её внутрь самогонного аппарата. Исходя из этого, материал стенок желательно делать неметаллическим, так как металл долго охлаждается и хуже передаёт тепло.

Наилучшим материалом будет:

• пластик,
• стекло,
• полимер.

Холодильник должен содержать всего два отверстия – вход и выход жидкости.

Между металлической спиралью и стенками холодильника должна быть вода или другая жидкость, хорошо пропускающая температуру, так как именно эта конфигурация позволяет максимально быстро поглощать тепло и понижать температуру.

Как изготовить простейший холодильник для самогонного аппарата рассказывается на видео:

Царга пастеризации (опционально)

Царга пастеризации – это конечный элемент самогонного аппарата, который служит для осаждения и фильтрации конечно жидкости:

• Представляет собой трубу, покрытую теплоизоляционным материалом, на выходе из которой находится фильтр.
• Именно оттуда, капля за каплей, жидкость будет попадать в сосуд.

Конструкция такой царги незамысловатая – труба из полипропилена или ПВХ, обшитая любым теплоизоляционным материалом, на конце которой можно установить стандартную царгу.

Автоматика

Едва ли не самый сложный элемент конструкции, который может усилить КПД и увеличить общую производительность самодельного аппарата.

Автоматическая система управления может самостоятельно контролировать процессы, происходящие в аппарате, включать и выключать его, сигнализировать о готовности.

К элементам автоматического управления также относятся сенсорные анализаторы:

• датчик давления;
• датчик температуры;
• показатели расхода электроэнергии и жидкости;
• прочее.

Одной универсальной схемы нет, так как все самодельные аппараты имеют разную конструкцию, длину, высоту, объём и прочие характеристики.

Важно! Автоматику могут установить только опытные пользователи, которые имеют понятие о электронных цепях, устройстве микросхемы, процессе спайки и коммутации автоматических элементов. Намного проще приобрести готовую автоматику для самогонного аппарата, после чего подсоединить её к конструкции.

Плюс в том, что человек экономит время. Ему нужно просто описать конструкцию своего аппарата продавцу, который подберет для него оптимальную автоматическую контрольную панель.

Устройство самодельного самогонного аппарата

Обычно самодельный самогонный аппарат состоит из:

1. источника огня, который нагревает сосуд с брагой;
2. после прохождения точки кипения пар попадает в змеевик, который заполнен охлаждающей жидкостью;
3. температуру в змеевике поддерживает холодильник;
4. после выхода из змеевика самогон попадает в царгу, где фильтруется и выливается в сосуд.

Важно! Не экономьте а фильтрах! Чем больше их будет, тем лучше. Некоторые исходные вещества не так хороши и чисты, какими их описывают производители, а на выходе получается продукция ужасного качества.

Чтобы компенсировать убыток от самого “грязного” исходника, рекомендуется ставить фильтры на входе и выходе каждого элемента.

Как сделать и собрать простейший самогонный аппарат в домашних условиях рассказывается на видео:

Подведем краткие итоги: сделать конструкцию можно своими руками.

Каких-то сложных инженерных конструкций в ней нет, а значит самодельная колонна практически ничем не будет отличаться покупной, материалы для колонн и можно выбирать любые от материал внешней стенки будет зависеть параметры теплопередачи, расширение и сужение пропускного канала вследствие термических перепадов.

Внимание! Источник нагрева и фурнитура могут быть любые, тем не менее от качества всех деталей будет зависеть чистота и крепость конечного продукта.

Надеемся, что наша статья помогла вам разобраться в том, что из себя представляет ректификационная колонна, какое имеет строение, какие процессы в ней происходят и из каких материалов ее делать.

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 .

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.