Ректифікаційна колона принцип роботи призначення пристрою. Навіщо потрібна ректифікація та як працює ректифікаційна колона? Переваги та недоліки методу ректифікації

Завдяки особливій будові колони ректифікації стає можливим практично повністю очистити кінцевий напій від сивушних масел і домішок. На відміну від дистиляції, якість самої сировини не має такої ключової ролі, оскільки органолептика в кінцевому напої практично відсутня. В результаті виходить спирт міцністю до 96,6% із бідною органолептикою, проте чистий. Використовувати його можна для виробництва горілки та різних настоянок.

Розглянемо принцип влаштування ректифікаційної колони, і з яких частин вона складається.

Ректифікаційна колона, креслення

Ректифікаційна колона, принцип роботи

Ректифікація - це поділу бінарних чи багатокомпонентних сумішей за рахунок протиточного масо- та теплообміну між парою та рідиною. Частини колони ректифікації забезпечують послідовний процес:

1. Випарний куб - зберігання та нагрівання кубової рідини
2. Колона - тепломасообмін усередині самої колони за рахунок насадки
3. Дефлегматор - конденсація парів, утворення флегми
4. Вузол відбору - відбір флегми та ректифікату

Розглянемо роботу кожної частини окремо.

Випарний куб

Це ємність, в якій зберігається та нагрівається брага або дистилят. Також її називають кубовою рідиною. Нагріваючись, рідина випаровується, і пара піднімається вгору колоною, де поділяється на фракції. Одночасно куб є підставою для колони. Куб можна нагрівати на звичайній або . На індукційній – швидше та безпечніше.

Також як джерело тепла в деяких моделях використовується.

Зазвичай спочатку переганяється брага, щоб одержати спирт-сирець. Колону слід перевести в режим дистилятора, тобто максимально відкрити кран відбору. Після цього спирт сирець переганяється ще раз, цього разу повільно та з відбором харчової фракції.

На кубі розташований термометр, щоб контролювати температуру кубової рідини. При досягненні в кубі 60-70 ° С необхідно подати охолоджувальну рідину, щоб пари могли конденсуватися. При досягненні 70°С потужність нагрівального елемента треба зменшити і залишити при такому значенні до завершення ректифікації.

Царга

Царга – це тіло колони, її центральна частина. Тепломасообмін, який є принципом дії ректифікаційної колони, протікає саме тут. Саме вона робить процес ректифікації можливим:

1. Рідина в кубі випаровується, і по колоні пар піднімається нагору
2. Нагорі розташований дефлегматор (холодильник), у якому пара конденсується
3. Дистилят стікає вниз по дефлегматор і по стінках колони
4. Рідина контактує з парою на стінках насадки, якою заповнена колона
5. В результаті тепломасообміну у верхній частині колони накопичується найбільш легкокипляча фракція.
6. Легкокипляча фракція конденсується в холодильнику і надходить у канал відбору.

Колона може збиратися з кількох царг. Чим вище колона, тим інтенсивніше проходить тепломасообмін, тим чистіше розділяється рідина на фракції. Всередині колона заповнена насадкою: СПН або РНН. Без насадки тепломасообмін неможливий.

Для прискорення процесу ректифікації можна використовувати . Стінки колони підігріваються, тому флегма, яка не контактує із насадкою, випаровується зі стінок. В результаті процес прискорюється, а ступінь очищення підвищується.

Додатково з колоною можуть використовуватись. На її поверхні також відбувається тепло-масо-обмін між гарячою парою та холодною флегмою. Ступінь очищення зростає.

Насадка ректифікаційна

Ректифікаційна насадка - це універсальний інструмент, що складається з вузла відбору та холодильника. У холодильнику відбувається конденсація пар спирту, які повертаються вниз у вигляді флегми. Вузол відбору дозволяє контролювати кількість спирту, що виходить із колони. Контролюючи цей обсяг можна змінювати якість спирту, тобто ступінь його очищення. Чим повільніше йде процес, тим чистішим виходить спирт.

Насадку можна купити в готовому вигляді або окремо.

Вузол відбору спирту

Використовується для підвищення якості очищення

Автоматика для колони ректифікації

Ректифікація вимагає постійного контролю, щоб головна та хвостова фракції не потрапили до харчової частини. Цей процес можна полегшити, використовуючи БУР – блок управління ректифікацією. Блок обмежуватиме відбір ректифікату відповідно до заданої програми, щоб хвостова частина не змішалася з харчовою. Так ви можете відійти від колони, не побоюючись, що хвости потраплять у чистий ректифікат.

БУР - це необов'язкова частина колони ректифікації, проте працювати з ним набагато зручніше.

Що далі

Отриманий на виході спирт-ректифікат матиме жорсткий смак. Спирт треба розбавити, відфільтрувати та дати настоятися. Для очищення спирту можна використовувати, це називається. В результаті вуглевання спирт набуває більш м'якого смаку, вугілля пов'язує залишки сивушних масел, які в невеликій кількості проникають у напій дяже при дробовому відборі на колоні ректифікації. Саме так готується класична російська горілка.

Після сортування (розведення) та вуглевання спирту треба відпочити у скляній ємності кілька днів.

Докладніше про влаштування та роботу колони ректифікації читайте у відповідній картці товару.

Ректифікація– це спосіб поділу компонентів суміші, що ґрунтується на властивості компонентів даної суміші википати при різних температурах.

Ректифікація є процесом поділу бінарних, багатокомпонентних або безперервних сумішей на практично чисті компоненти або їх суміші (фракції), що відрізняються температурами кипіння (для бінарних і багатокомпонентних сумішей) або інтервалами википання (для безперервних сумішей).

Аналіз та нафтопродуктів на вміст у них індивідуальних вуглеводнів та їх класів показує, що нафта та її фракції є складною багатокомпонентною сумішшю. Кількість компонентів у нафті перевищує 2000. Через велику кількість компонентів нафту прийнято вважати безперервною сумішшю і виражати її склад кривої істинних температур кипіння (ІТК), що має плавний, безперервний характер.

Тому процес ректифікації є масообмін, що протікає в обидві сторони між двома фазами суміші, одна з яких - рідина, а інша - пара. Іншими словами, це контактна взаємодія нерівноважних фаз, що багаторазово повторюється, у вигляді рідкої нафти, а також пари.

Процес ректифікації здійснюється в результаті контакту потоків пари та рідини. При цьому неодмінною умовою є переміщення пари та рідини назустріч один одному за висотою (довжиною) апарату ректифікації. Рушійною силою тепло- та масообміну між парою та рідиною в апараті є різниця температур по висоті (довжині) апарату.

Відпарні колони, їх класифікація та принцип роботи

Ректифікаційна колона є одним із центральних апаратів технологічної установки з первинної переробки нафти або нафтопродуктів. Застосування даного апарату спричинене необхідністю реалізації простого способу поділу нафти або її продуктів на фракції в залежності від їх температур кипіння. Такий спосіб отримав назву ректифікації, а апарат для проведення цього процесу - колоною ректифікації.

Але одна колона ректифікації не може впоратися із завданнями по розділенню фракцій. На нафтопереробних підприємствах колона тісно пов'язана з безліччю іншого обладнання – насосного, теплообмінного, пічного, сепараційного.

Найбільш зручно ілюструвати принцип дії апарату ректифікації на прикладі колони з ковпачковими тарілками.

Ректифікаційні колони

Тепломасообмін між протиточно рухомими нерівноважними паровою і рідкою фазами в ректифікаційних здійснюється на контактних пристроях (КУ), які часто називаються "тарілками".

У ректифікаційних колонах потік парового зрошення створюється нагрівальними елементами (піч, введення перегрітої водяної пари), а рідкого – конденсаційними пристроями ( , холодні циркуляційні зрошення).

В результаті взаємодії між паровою та рідкою фазами на КУ відповідно до законів термодинамічної парорідкістної рівноваги парова фаза збагачується легкокиплячими, а рідка – важкокиплячими компонентами. Тому саме КУ визначають значною мірою загальну ефективність процесу поділу.

Для нафтових колон взагалі і для колон АВТ, зокрема, можна виділити ряд властивих їм характерних рис:

• дуже висока продуктивність сировини (до 1000 м 3 /год для атмосферної колони);
• підведення тепла в розділову систему здійснюється вогневим нагріванням сировини в трубчастій печі (основна і вакуумна колони АВТ), введенням перегрітої водяної пари (практично всі колони) і циркуляцією «гарячого струменя» (котра, що відбензинює, АТ);
• остання обставина передбачає застосування спеціальних сепараційних зон для поділу парової та рідкої фаз;
• у схемі ректифікації присутні виносні відпарні секції, а також циркуляційні зрошення, що передбачає можливість організації на КУ бічних відборів рідкої фази і підведення як парової, так і рідкої фаз в декількох точках по висоті колони.

До речі, прочитайте цю статтю також: розподільники рідини

Ці особливості повинні враховуватися при виборі конструкцій контактних пристроїв завдання проектування блоків поділу нафти.

Принцип роботи колони ректифікації

Конструкція колони ректифікації являє собою вертикальну ємність циліндричної форми різного або постійного перерізу, яка використовується для фізичного поділу суміші вуглеводнів і отримання необхідних нафтопродуктів заданої якості в результаті ректифікації.

У колоні пари переміщуються вгору від тарілки до тарілки за рахунок різниці тисків в евапораційному просторі та вгорі колони. Рідина стікає вниз тарілками і зливним пристроям під дією сили тяжіння.

Ректифікаційну колону можна поділити на 3 функціональні частини:

1. Концентраційна секція – розташована вище за точку введення сировини в апарат
2. Секція харчування – у центрі колони, подається сировина на тарілку харчування
3. Відгінна секція – знаходиться нижче точки введення сировини

Секція живлення колони
Концентраційна секція
Відгінна секція

Для можливості протікання процесу ректифікації температура нафти повинна бути нижче температури пари, що подається. Дане слідство виходить із властивостей рівноважної системи. Якщо температура нафти дорівнювала або нижче температури пари процес ректифікації був би неможливий.

Процес ректифікації може проводитися тільки для сумішей з різними температурами кипіння для здійснення дифузійного процесу поділу. Для цього рідина рухається зверху вниз, а пара – знизу вгору, щоб забезпечити найкращий контакт та взаємодію фаз.

Класифікація колон ректифікації

Колони можна розділити в залежності від технологічного процесу:

• Атмосферна та вакуумна перегонка (нафти та мазуту);
• Вторинна перегонка бензину;
• стабілізація нафти, газоконденсатів, нестабільних бензинів;
• Фракціонування нафтозаводських, нафтових та природних газів;
• Відгін розчинників при процесах очищення масел;
• Поділ продуктів термодеструктивних та каталітичних процесів переробки нафтової сировини та газів тощо;

До речі, прочитайте цю статтю також: Насадкові та тарілчасті колонні апарати

Типи контактних пристроїв колон ректифікації

Для здійснення процесу ректифікації в колонних апаратах обов'язково використовують контактні пристрої:

• Насадочні;
• Тарілчасті;
• Роторні.

Роторні колони не набули великого поширення, тоді як тарілчасті та насадочні мають велику популярність.

Тарілка з ковпачковими контактними пристроями

Відео: пристрій та робота ректифікаційної колони

ВАМ БУДЕ ЦІКАВО:

На Атирауському НПЗ стартує пускові роботи на Комплексі глибокої переробки нафти На НПЗ «Газпром нафти» у Москві встановлено колону вакуумної перегонки нафти установки «Євро+» Атирауський НПЗ у 2017 році переробив 4 723 647 т нафти та перевиконав план на 1,6% Держави ОПЕК дійшли згоди щодо видобутку нафти цього року

Досвідчені самогонники знайомі з безліччю видів самогонних апаратів, але найвище їх ставлять ректифікаційну колону. Так, її складно виготовити самостійно та також складно використовувати в домашніх умовах, але що заважає купити колону промислового виготовлення? Благо на ринку різних моделей колон ректифікації дуже багато.

Але однієї покупки для отримання хорошого продукту недостатньо. Самогонщик повинен знати, як влаштовано ректифікаційну колону та принципи її роботи. Ця стаття допоможе дізнатися про це.

Під дистиляцією розуміє процесперегону перебродившей суміші в леткі компоненти, які потім конденсуються і перетворюються на самогон. Цей процес за своєю суттю є примітивним. Вода закипає при 100°С, а спирт починає випаровуватись при 78°С. Достатньо нагрівати брагу, але не доводити до кипіння, щоб спирт почав випаровуватися. Після цього він конденсується у вигляді самогону. Отриманий продукт знову можна перегнати, щоб отримати ще міцніший самогон.

Примітний той факт, що в примітивних ректифікаційних апаратах перші 100 мл самогону мають найбільшу міцність. Однак, крім високого вмісту спирту в цій рідині дуже багато шкідливих речовин:

• Летучих кислот.
• Ефірів.
• Альдегідів.

З цієї причини досвідчені самогонники перші мл ректифікаційного спирту виливають або використовують як засіб для розпалювання. Пити цей розчин дуже небезпечно для здоров'я.

Перші 100 г дистиляту, одержаного в домашніх умовах, називаються головою.

При ректифікації спирту в кубі перегінному концентрація спиртових пар при нагріванні поступово зменшується. Визначити рівень зниження спиртової пари можна за температурою спиртової колони. Не варто чекати, коли вона сильно нагріється. Тоді із перегінного кубапочне випаровуватися вода.

На завершальному етапі ректифікації утворюється ще одна непридатна для вживання частина спирту. Йдеться про хвости, що містять метанол та сивушні олії. Дізнатися хвіст можна за неприємним запахом. Він з'являється тоді, коли фортеця самогону на виході з колони ректифікації падає до 40%. Хвости зовсім не обов'язково виливати. Їх можна перегнати повторно.

Види дистиляції

Цей процес буває 2-х видів:

• Проста.
• Фракційна.

При простій дистиляції голови та хвости не відсікаються. Що залишилася після ректифікаціїу перегінному кубі брага зазвичай називається бардою, рідше кубовим залишком. Отриманий продукт – дистилятом. У такому продукті відсотковий вміст спирту зазвичай не перевищує 30%. Кількість шкідливих домішок у такому самогоні значно перевищує норму. Тому він потребує повторної перегонки.

Фракційна дистиляціяназивається так тому, що з самогонного апарату, що виходить з них, продукт ділиться на 3 частини:

1. Голова.
2. Серце.
3. Хвіст.

Першу та третю частини відсікають. Залишається друга частина, придатна для вживання. Її фортеця може коливатися від 50 до 70%. Якість такого продукту відносно висока.

Дистиляція і ректифікація суть те саме. Ось тільки при використанні повноцінної колони ректифікації на виході виходить не дистилят, а етиловий спирт.

Ректифікаційна колона для самогонного апаратудозволяє розділити бражний спирт на складові і отримати на виході чистий продукт без запаху, властивого сивушним маслами, ацетону і метанолу.

Завдяки ректифікатору самогонщик може в домашніх умовах своїми руками виготовляти настоянки та інші алкогольні напої, які за якістю не поступаються тим, що продаються в магазинах.

Природно, колону ректифікації можна використовувати в якості простого дистилятора, для отримання звичайного самогону.

Головна відмінність дистиляціївід ректифікації полягає у характеристиках кінцевого продукту. Ректифікатор дозволяє отримати чистий спирт, але для нього потрібний спирт-сирець. Останній можна отримати лише перегоном браги у самогонному апараті. Тобто ректифікатор та самогонний апарат повинні використовуватися разом.

Також слід розуміти, що з самогонного апарату виходить продукт, що має смак і запах вихідної сировини, колона ректифікації видає спирт з нейтральним смаком і запахом.

Принцип роботи колони ректифікації

Схему колони ректифікаціїможна знайти в Інтернеті. Відповідно до неї, ректифікатор складається з наступних частин:

• Випарний куб, в якому зберігається та нагрівається сировина.
• Колона, усередині якої за рахунок спеціальної насадки відбуваються процеси тепломасообміну.
• Дефлегматор.
• Вузол відбору дистиляту в колоні ректифікації.

Щоб зрозуміти пристрій колони ректифікації потрібно зрозуміти принцип роботи кожного її елемента.

Це ємність для зберігання та нагрівання браги або дистиляту. При нагріванні кубова рідинавипаровується і потихеньку піднімається вгору колоною. У верхній частині ректифікатора відбувається розподіл рідини на окремі фракції.

Нерідко куб є основою колони. Його можна нагрівати як на газовій, так і електричній плиті. У деяких моделях куба використовується нагрівальний елемент ТЕН.

При виготовленні спирту у перегінному кубі спочатку переганяється брага. Так можна отримати спирт сирець, необхідний подальшої ректифікації.

Куб, виготовлений у промислових умовах, обов'язково має вбудований термометр, що дозволяє контролювати температуру браги. Як правило, сировину в кубі спочатку нагрівають до 70°С і лише після цього подають у колону рідину, що охолоджує.

Царга

Це центральна частина колони, В якій відбуваються процеси темпломассобмена.

Її робота виглядає так:

• Брага в кубі починає випаровуватися і піднімається вгору колоною, у верхній частині якої встановлено холодильник.
• Дефлегматор забезпечує конденсацію спиртової пари.
• Отриманий дистилят після конденсації спускається вниз спиртової колони.
• Під час опускання дистилят стикається з парою. Відбувається тепломассобмен, в результаті якого у верхню частину колони піднімається частина фракції, що найбільш випаровується.
• Вона конденсується і йде канал відбору.

Зміцнююча колона може складатися з кількох царг. Крім того, потрібно враховувати той факт, що при збільшенні висоти колони процеси тепломассобмена стають активнішими. Це дозволяє отримати на виході ректифікованіший спирт.

Існує різновид цього пристроюпід назвою "торнадо". Вона відрізняється від звичайного ректифікатора тим, що стінки її підігріваються. Такий підхід змушує флегму випаровуватися безпосередньо зі стін до моменту контакту з холодильником. Це дозволяє прискорити процес ректифікації та отримати чистіший продукт.

Ректифікаційна насадка

Вона складається з 2-х частин:

Сучасні колони ректифікації нерідко оснащуються автоматичними блоками управління ректифікацією. Цей прилад дозволяє за заданоюпрограмі відокремлювати хвостову та харчову частини. В результаті самогонник може не сидіти весь час біля самогонного апарату та робити відбір своїми руками. Апарат завдяки БУРу зробить все сам.

Чи можна зробити повноцінну колону ректифікації своїми руками?

Зробити самогонний апарат з колонкою ректифікації можна в домашніх умовах. Але чи варто це робити? Економія коштів буде незначною. Крім того, через те, що вдома складно витримати всі необхідні параметри, можна зіткнутися із захлинанням домашнього апарату під час виробництва ректифікатного спирту.

Відбувається це через недотримання геометричних параметрів пристрою, у результаті максимальна швидкість руху пари перевищується. Це призводить до накопичення рідини.в центральній частині колони, внаслідок чого тепломассобні процеси припиняються. Тиск усередині царги зростає. Самогонщик починає чути булькання всередині апарату.

До цієї проблеми, крім конструктивних недоліків, можуть наводити такі причини:

• Зайве нагрівання самогонного апарату.
• Переповнення перегінного куба.
• Засмічення нижньої частини зміцнюючої колони.
• Перегонка за умов низького атмосферного тиску.

Щоб уникнути цих проблем, апарат ректифікації краще купити, ніж робити своїми руками.

Пожежна безпека процесу ректифікації

Ректифікація- це метод поділу суміші на чисті компоненти, що здійснюється шляхом багаторазового чергування процесів випаровування рідкої фази та конденсації парів.

Фізична сутність процесуполягає у двосторонньому масо-і теплообміні між нерівноважними потоками пари та рідини при високій турбулізації поверхні контактуючих фаз. В результаті масообміну пара збагачується низькокиплячими, а рідина - висококиплячими компонентами. При певному числі контактів можна отримати пари, що складаються в основному з низькокиплячих компонентів і рідина, що складається в основному з компонентів, що висококиплять.

Процес ректифікації можна проводити, у найпростішому випадку, у багатоступінчастій установці. У першому ступені такої установки випаровується вихідна суміш. На другий ступінь надходить на випаровування рідина, що залишилася після відділення парів першого ступеня. У третьому ступені випаровується рідина, що надійшла з другого ступеня (після відбору з останньої пари). Аналогічно може бути організований процес багаторазової конденсації, при якому на кожну наступну щабель надходять для конденсації пари, що залишилися після відокремлення від них рідини (конденсату) у попередній щаблі.

При досить великій кількості щаблів таким шляхом можна отримати рідку або парову фазу з досить високою концентрацією компонента, яким вона збагачується. Однак вихід цієї фази буде досить малий по відношенню до її кількості у вихідній суміші. Крім того, такі установки громіздкі та їх експлуатація супроводжується великими втратами тепла у навколишнє середовище.

Значно економічніший, повніший і чіткіший поділ сумішей на компоненти досягається шляхом проведення процесів ректифікації в більш компактних апаратах – ректифікаційних колон.

Робота ректифікаційних колон заснована на створенні двох зустрічних потоків - пари, що піднімаються, і рідини, що стікають назустріч їм. Контакт між ними відбувається на горизонтальних тарілках, причому пара, що підходить до тарілок, має температуру дещо вищу, ніж рідина, що знаходиться в них. Внутрішній об'єм колони умовно розбивається на три частини– евапораційної, зміцнюючої, вичерпної. У першому обсязі відбувається випаровування рідини, що подається. Подача виробляється в середню частину колони, так як у цій частині склад флегми приблизно дорівнює складу розчину ректифікації, що підлягає. Підігріта суміш надходить в тарілку живлення колони і частково випаровується. Парова фаза рухається вгору, а невипаровується змішується з флегмою і стікає вниз. Частина колони, розташована вище введення початкової суміші, називається зміцнюючою, так як в ній парова фаза зміцнюється легкими фракціями. Частина колони, що знаходиться нижче введення початкової суміші називається вичерпною, так як в ній з стікає вниз флегми відганяються (вичерпуються) легкі фракції, що залишилися.

Для забезпечення нормальної роботи колони ректифікації необхідна постійна наявність висхідного потоку пари і низхідного потоку флегми. Для отримання пари в нижній частині колони передбачено систему обігріву. Процес ректифікації може здійснюватися при атмосферному тиску, під вакуумом, надмірним тиском при зниженій температурі. В основному процес ректифікації здійснюється при тиску близькому до атмосферного. Вакуумної ректифікації піддають суміші речовин, схильних до термічного розпаду або полімеризації при високих температурах. Низькотемпературна ректифікація застосовується для розподілу розчинів, що мають низьку температуру кипіння.

Розглянемо принцип дії колони ректифікації,що входить до складу ректифікаційної установки безперервної дії, призначеної для поділу бінарних сумішей.

Ректифікаційна колона є вертикальним циліндричним апаратом зі зварним або збірним корпусом 1 . Вихідна суміш попередньо нагрівається в підігрівачі 5 і подається до середньої частини колони. У нижній частині колони забезпечується підігрів рідини до температури кипіння. Пари, що утворюються при цьому, піднімаються вгору по колоні і створюють висхідний потік.У верхній частині колони пари відбираються і надходять у дефлегматор 3 де відбувається їх часткова конденсація. Суміш флегми (рідини, отриманої в результаті часткової конденсації пари) і пари, що не конденсується, з дефлегматора подається в сепаратор 4 на поділ. Пар з сепаратора надходить у конденсатор-холодильник 6 на повну конденсацію і там же відбувається охолодження дистиляту (ректифікату), а флегма прямує назад в колону і створює в ній низхідний потік.

Таким чином, в ректифікаційній колоні створюються два зустрічних потоку - потік парів, що піднімаються вгору, і потік стікає назустріч їм рідини. Контакт між ними відбувається на спеціальних тепломасообмінних пристроїв,розташовані по висоті колони з певним кроком. Такі пристрої виконуються як горизонтальні тарілки або насадки.

Сутність теплообмінних процесів.У ковпачковій колоні кожна тарілка має кілька отворів з невисокими патрубками 3 призначеними для пропускання парів, що піднімаються знизу. На тарілках колони завжди є шар флегми. Зверху кожного парового патрубка монтується ковпачок 2 нижні краї якого занурені в рідину. Ковпачки біля основи мають зубчасті прорізи для дроблення пари на дрібні цівки. Тим самим збільшується площа контакту між парами та рідиною. Оскільки флегма трохи холодніша за пару, останні, барботуючи через шар рідини, охолоджуються і частково конденсуються. У процесі конденсації пари виділяється кілька теплоти. Крім того, дно кожної тарілки обігрівається парами тарілки, що лежить нижче. За рахунок цього тепла флегма нагрівається та кипить. Рівень флегми на кожній тарілці підтримується за допомогою переливних труб 4 які пов'язують між собою всі тарілки.

Таким чином,на тарілках відбувається збагачення флегми висококиплячим компонентом (за рахунок часткової конденсації парів). А висхідні потоки пари збагачуються низькокиплячим компонентом. Оскільки пари в міру просування знизу вгору дедалі більше збагачуються низькокиплячим компонентом, температура кипіння рідини на тарілках (знизу вгору) стає дедалі нижчою. При цьому флегма, що стікає з тарілки на тарілку, все більше збагачується висококиплячим компонентом, і тому на нижніх тарілках температура кипіння максимальна. В результаті багаторазового протікання процесу теплообміну пар, що відводиться з верхньої частини колони, є майже чистим низькокиплячим компонентом, а залишок в нижній частині колони - чистий висококиплячий компонент.

Зі сказаного вище, що для нормальної роботи будь-якої колони ректифікації необхідно: щоб вихідний продукт був попередньо нагрітий, безперервно відбувалося зрошення верхньої частини колони і підігрів нижньої частини.

Слід звернути увагу, що у промисловості найчастіше поділяють не бінарні, а багатокомпонентні суміші. У цьому випадку для поділу сумішей на три і більше фракцій застосовують кілька послідовно працюючих простих колон або спеціальні складні колони, що складаються з декількох простих.

В ідеальному випадку на кожній тарілці колони парова фаза і флегма знаходяться в стані фазової рівноваги і, отже, кожній тарілці відповідає одна з точок, що лежить на кривій рівноваги (розглядали на початку лекції). Насправді повна рівновага фаз на тарілках колони ректифікації не досягається. Це враховується шляхом запровадження коефіцієнта корисної дії.

Для наближення до фазової рівноваги дійсних концентрацій рідини та пари розроблені різні конструкції тарілок та насадок. Тарілки чи насадки є найважливішим конструктивним елементом ректифікаційних колон. Саме на них відбувається процес тепломасообміну між висхідним потоком пари та флегмою.

Ректифікаційні колони в яких тепломасообмінні пристрої виконані у вигляді тарілок називають барботажними , оскільки пара барботується через шар флегми. Якщо тепломасообмінні пристрої виконані у вигляді різних насадок, то колони називають насадковими .

Барботажні ректифікаційні колони можуть мати тарілки зі зливальними пристроями або без них. Тарілки із зливними пристроями.До них відносяться ковпачкові, ситчасті та клапанні.

Для поділу розчинів використовують ковпачкові тарілки. Це з тим, що цей тип забезпечує хороший контакт між парою і флегмою на тарілках. Суміш пари, піднімаючись, проходить патрубки (рис 3, методичний матеріал) і, ударяючись об ковпачки, барботує крізь шар флегми на тарілках. Ковпачки мають отвори або зубчасті прорізи для дроблення пари на дрібні струмені. Приплив та відтік рідини регулюють за допомогою переливних трубок.

Ситчасті тарілкимають велику кількість дрібних (від 0,8 до 3мм) отворів. Пара проходить крізь отвори тарілки і розподіляється в рідині у вигляді дрібних струмочків і бульбашок. Важливою вимогою є постійні швидкість руху пари та її тиск, достатній для подолання тиску шару рідини на тарілці і запобігає її стіканню через отвори.

Ситчастітарілки відрізняються простотою пристрою, легкістю монтажу, огляду та ремонту. Але вони чутливі до наявності домішок, які забивають отвори тарілок та створюють умови для утворення підвищених тисків. У разі значного зниження тиску пари вся рідина з ситчастих тарілок зливається вниз і для відновлення процесу доводиться запускати колону знову. Зазначене накладає суттєві обмеження використання даного типу тарілок.

Клапанні пластини.Мають отвори, що перекриваються спеціальними клапанами, які піднімаються в залежності від величини тиску пари. При підйомі клапана утворюється зазор, через який проходить пара, що барботується через шар рідини. Зі зміною тиску клапан закривається під дією сили власної тяжкості. Висота підйому клапана не перевищує 8 мм. Перевагою таких тарілок є порівняно висока пропускна здатність по парі, висока ефективність у широкому інтервалі навантажень. Недолік – підвищений гідравлічний опір, зумовлений вагою клапана.

Тарілки без зливальних пристроїв.Їх особливістю є те, що пара та флегма проходять через одні й ті самі отвори чи щілини. На тарілках одночасно з взаємодією флегми і пари шляхом барботажу відбувається стік частини рідини на тарілку нижче. Рідина "провалюється". Вирізняють дірчасті тарілки, гратчасті, трубчасті, хвилясті.

Насадочні колони.Тепломасообмін між парою і флегмою протікає обсягом насадок, виконаних з твердих тіл різної форми (таблиця з типами насадок). Принцип дії колон. Пара з вичерпної частини рухається вгору колоною назустріч стікаючої рідини. Розподіляючись по великій поверхні насадочних тіл, пар інтенсивно контактує з рідиною і втрачає при цьому частину висококиплячого компонента і збагачується легкокиплячим. Вимоги до насадок – велика поверхня в одиниці об'єму, хороша змочуваність флегмою та рівномірний її розподіл по всій насадці, малий гідравлічний опір, хімічна інертність, механічна міцність.

Ректифікація – це складний процес поділу різних багатокомпонентних сумішей за рахунок теплообміну між парою та рідиною. Аналогічна колона, що використовується в побуті для самогонного апарату, якраз і призначена для очищення рідини, що містить спирт, від сивушних масел та інших шкідливих домішок.

Користувачам, яким необхідно знати технічні параметри, конструкцію, а також позитивні та негативні властивості цього виробу, необхідно прочитати нашу статтю, де вони знайдуть усі відповіді на питання, що їх цікавлять.

Ректифікаційний виріб колонного типу допоможе в домашніх умовах отримати практично чистий спирт, який можна використовувати не тільки для самогону, але і у виробництві елітних сортів міцних напоїв, де не буде сивушних олій, а також інших шкідливих для нашого організму домішок.

Самогонний апарат з колоною аналогічної дії відрізняється від інших виробів кустарного виробництва вищими характеристиками. Принцип дії такої колони можна порівняти з багатоповерховим будинком, де на кожному поверсі проводиться своєрідне очищення та активна фільтрація. Пристрій також є дуже потужним конденсатором, який працює так:

1. Очищаються пари спирту від сивушних олій під час проходження через спеціальний наповнювач.
2. Пари стикаються з конденсатом, і олії випадають в осад.
3. Потім вони проходять через холодильник та сухопарник.
4. У самому кінці процесу відбувається пастеризація, і назовні виходить алкоголь високої очистки та великої фортеці.

Процес дистиляції відбувається у кілька етапів, але основна перевага тут у наповнювачі, саме він допомагає очистити самогон від присутності шкідливих домішок та сивухи, тим самим підвищити смакові характеристики та кінцеву фортецю.

Конструкція

Вона не така вже й складна, але розміри окремих складових мають бути строго витримані, інакше результат буде не таким високим, як очікує споживач.

Перегінний куб

Або ємність, куди наливається сировина, що містить спирт, вона повинна бути досить просторою і виконаною з міді, нержавіючої сталі або емальованої, але без порушення шару. Для невеликого виходу цілком придатна скороварка на 5 літрів, для більшого виробництва краще зварити ємність з листа нержавіючої сталі.

Основна вимога - це повна герметичність, тому що при активному кипінні кришка не повинна пропускати пару, а тим більше рідину, що википає. Надлишок тиску повинен стравлювати зворотний клапан - готовий куб якраз і відповідає всім цим вимогам. Важливо, щоб об'єм перегінного куба для самогону відповідав розмірам колони.

Увага! Перегінний куб заповнюється брагою не більше 2/3 початкового об'єму, інакше при активному кипінні колона буде захльостуватися надлишками.

Царга

Або порожнистий циліндр із нержавіючого металу, який буде корпусом колони ректифікації. Товщина стінок повинна бути не менше 1,5 мм, а діаметр 30-50 мм, висота її повинна бути не менше 1,0-1,5 м, тому що чим повільніше відокремлюються домішки, тим чистіший і міцніший кінцевий продукт. Якщо вона буде короткою, то домішки потраплять у дистилятор, а якщо довша, то збільшиться процес очищення, але на ефективність це ніяк не вплине.

З обох кінців нарізається різьблення, щоб один кінець прикрутити до куба, а другий приєднати до дефлегматора. Знизу царга повинна мати сітку, яка утримуватиме наповнювач та інші насадки, що заповнюють внутрішній об'єм циліндра. Деякі спеціалісти з великим стажем укутують його поролоном для утеплення.

Насадки

Наповнення нутрощів царги - це основна умова всього процесу ректифікації: якщо вона буде порожниста, то відбудеться лише дистиляція, в результаті ви отримаєте простий самогон. Ціль всіх складових наповнювача в тому, щоб багаторазово збільшити площу поверхні, по якій стікає флегма.

Тяжкі домішки осідають і не можуть потрапити у фінальний продукт, а пари спирту легко проникають до дистилятора. Начинка може бути різною, головне щоб вона була з нержавіючого металу або іншого інертного матеріалу:

• керамічні або скляні кульки;
• кухонні сітки з нержавіючого дроту, нарізані на шматки – через певний період їх треба міняти;
• кільця Рашига, РПН Панченкова – це найкращі варіанти для заповнення.

Останній варіант найкраще тримає в облозі фракції і з часом використання не вимагає заміни.

Вузол відбору дистиляту

Це невеликий відрізок труби з нержавіючого металу, його призначення – збирати залишки флегми: спочатку йдуть шкідливі домішки та фракції, їх називають «голови», потім з'являється «тіло» – пари спирту без смаку та неприємного запаху. Саморобні апарати все роблять по-різному, але принцип один:

• до труби зсередини приварюють трубку меншого діаметра таким чином, щоб по колу утворилася кишеня, де і збиратиметься флегма;
• іноді замість неї використовується пластина з нержавіючої сталі, що відповідає внутрішньому діаметру, але з отвором у середині - частина флегми залишається на пластині, а частина повертається назад у царгу.

Зовні приварюють два штуцери до різних отворів: до одного прикріплюють кран для відведення домішок, а в інший (він трохи менше за розміром) вставляється термометр для вимірювання температури спиртової пари.

Зовні у трубі роблять два отвори для двох штуцерів: до одного прикріплюється кран для відведення флегми, а в інший (менше) вставляється термометр для вимірювання температури пари.

Дефлегматор

Ця деталь встановлюється на верху, саме тут пари спирту охолоджуються, випадають конденсатом на стінки і самопливом направляються вниз. Деякі умільці роблять такі конструкції дефлегматора:

1. Прямоточний або сорочковий виготовляється із двох труб різного діаметру. Між ними постійно циркулює холодна вода, яка охолоджує внутрішню трубу, де знаходиться пара.
2. Виріб Дімрота більш ефективний - корпусом служить труба з ідентичним царги діаметром. Усередині скручена спіраллю трубка, а в ній циркулює холодна вода. Якщо діаметр царги 50 мм, то змійовик роблять із трубки 6 мм і завдовжки близько трьох метрів, тоді довжина всієї конструкції буде 25-35 см.
3. Кожухотрубний варіант складається з декількох труб - усередині труби великого діаметра закріплюються дрібніші, де і проходить спиртова пара. Продуктивність такої конструкції відмінна і є маса переваг: економніша витрата води, і швидше відбувається конденсація.

Третій варіант зручно кріпити до колони під нахилом, що значно зменшує загальну висоту.

Водний холодильник

Такий пристрій можна зробити самостійно без особливих витрат, водяний охолоджувач потрібен для зниження температури продукту, що виходить. Роблять його за типом сорочкового дефлегматора, але з труб меншого діаметра: в нижній вода входить, а з верхнього входить і направляється силіконовим шлангом до дефлегматора для охолодження. Швидкість протікання води регулюється напором із крана.

Царга пастеризації

Це обов'язковий елемент сучасної колони для ректифікації, можна подумати, що вона лише ускладнює конструкцію, але це не так: вона вдосконалює її, тому що відбувається повніше очищення продукту від головних фракцій. Розмір її трохи менше – 30 см, вона ніби доповнює основну царгу.

Фінальний, очищений продукт збирається з нижнього відбору малої царги, тому має максимальну чистоту.

Автоматика

Ректифікація - досить тривалий процес і постійно вимагає контролю, тому слід встановити хорошу автоматику, наприклад, блок керування ректифікацією або БУР. У його завдання входить:

• увімкнути воду для охолодження;
• зменшити потужність апарата під час фільтрації;
• коли процес очищення завершено, він припиняє відбір;
• вимкнути надходження води та нагрівання після відбору хвостової частини.

Звичайно, без автоматики можна обійтися і самотужки, якщо є великий досвід, а новачкам з нею буде зручніше працювати.

Переваги і недоліки

Сучасні колони мають індивідуальні переваги та недоліки, але основні плюси виглядають наступним чином:

• дозволяють виробляти вдома алкоголь високої очистки та міцності;
• одержаний продукт не вимагає повторної перегонки, відсутній неприємний запах;
• вони оснащені всіма необхідними деталями та можуть працювати самостійно, без участі самогонного апарату;
• для її використання не потрібні особливі знання, треба стежити, щоб трубки не засмічилися в процесі очищення;
• допомагають виробляти спирт у промислових обсягах, але це залежить від потужності виробу.

• досить тривалий процес за часом;
• на годину вихід трохи більше одного літра;
• готові пристрої мають дуже високу вартість.

Багато любителів домашнього міцного напою роблять самогонні апарати кустарним способом, а на очищенні економлять, тому в результаті отримують не якість, а мутну рідину з терпким характерним запахом.

Мистецтво вибору

При покупці такого обладнання треба звертати особливу увагу на такі моменти:

1. Матеріал. Найкращі зразки виготовляються з інертного металу, який за жодних обставин не вступить у взаємодію з парами спирту. Для цього ідеально підходить спеціальна нержавіюча сталь – харчова чи медична.
2. Контактні елементи. У виробах для дому використовуються спеціальні насадки, які не мають недоліків.
3. Дефлегматор. Він знаходиться у верхній частині колони і призначений для охолодження спиртовмісних пар.
4. Термометр – він допомагає визначити справжню температуру, що важливо при відділенні фракцій від кінцевого продукту.
5. Клапан скидання тиску – його наявність необхідна для безпечної роботи.
6. Регульований вузол відбору. Він значною мірою впливає на точність поділу фракцій. Буває знімним, тому укомплектовані не всі моделі.
7. Вартість виробу. Потрібно ознайомитись з декількома моделями, щоб вибрати оптимальний варіант для своїх потреб.

Судячи з відгуків реальних користувачів такого обладнання, перевагу мають вироби з нержавіючого матеріалу, а для приготування міцного домашнього напою з винограду або зерна застосовують насадки з міді.

Рейтинг найкращих моделей

• Тип: колона ректифікації плівкового типу
• Матеріал: нержавіюча сталь
• Продуктивність: до 3 л/год
• Об'єм перегінного куба: 20 л
• Товщина стінок бака: 1 мм.
• Дно куба: 2 мм, багатошарове
• Вид ємності: бак-каструля
• Діаметр бака: 280 мм
• Висота установки: 107 см

• якість металу
• зручна конструкція
• тритрубчасте охолодження
• можна збільшувати потужність за рахунок доопрацювання

• не виявлено

• Тип: бражна колона
• Матеріал: харчова сталь
• Продуктивність: до 1,0 л/год
• Об'єм перегінного куба: 20 л
• Товщина стінок бака: 1 мм.
• Діаметр: горловини – 110 мм, колони – 42,5 мм
• Висота установки: 99 см
• Фортеця кінцевого продукту: 93%

• якісне складання
• відмінне очищення
• висока якість з першого перегону
• нормальні обсяги

• не виявлено

• Тип: із сухопарником
• Матеріал: AISI 304/430
• Продуктивність: до 4 л/год
• Об'єм перегінного куба: 25 л
• Товщина стінок бака: 1,5 мм.
• Габарити бака: 250х300 мм
• Діаметр горловини: 115 мм
• Висота установки: 60 см

• підходить під усі плити
• висока якість матеріалів
• захисний атмосферний клапан
• гарантія 5 років

• не виявлено

• Тип: самогонний апарат
• Матеріал: нержавіюча сталь
• Продуктивність: до 7 л/год
• Об'єм перегінного куба: 20 л
• Товщина: стінок бака – 1,5 мм, дна – 5 мм
• Діаметр: бака – 300 мм, горловини – 90 мм
• Висота установки: 90 см
• Загальна вага: 3,1 кг
• тритрубний холодильник
• наявність аромакошика
• два біметалеві термометри
• гарантія на 12 місяців