Основные понятия ректификация спирта, особенности метода и принцип работы колоны

Ректификационная колонна (РК) — устройство для выделения спирта из спиртосодержащей жидкости, значительно превосходящее самогонный аппарат по степени очистки. Без нее приготовить из органического сырья по-настоящему качественный алкогольный напиток невозможно. В данной статье рассмотрены принципы конструирования РК.

Что такое ректификация спирта

Ректификация спирта — разделение спиртосодержащей смеси на составляющие с различной температурой кипения, осуществляемое за счет тепломассообмена. Последний происходит как результат стремления системы уравновесить температуру, давление и концентрацию каждой составляющей (спирты, вода, сивушные масла и пр.) в жидкой и газообразной фазах.

В ходе тепломассобмена пар насыщается веществами с низкой температурой кипения (летучие или низкокипящие), жидкость — высококипящими. Пар поднимается вверх, что позволяет по достижении системой равновесия произвести отбор самого летучего компонента.

Преимущество и недостатки метода ректификации

Ректификация спирта обладает двумя достоинствами:

1. Мизерное содержание примесей в конечном продукте. Метод позволяет с высокой точностью отделить друг от друга компоненты, отличающиеся температурой кипения всего на 0,1 градуса. Концентрация спирта на выходе составляет 96% — 98%.
2. Низкие потери спирта. В отходы попадает всего 1% — 3%.

Недостатки:

1. Сложность метода. Ректификация возможна только при правильном сочетании ряда условий, что требует от оператора глубокого знания процесса. Ректификационная колонна устроена просто, но все ее параметры нужно точно рассчитать.
2. Относительно большая высота ректификационной колонны.
3. Отсутствие привкуса сырья.

Аромат и вкус присутствующих в сырье фруктов в ходе ректификации полностью отсекается, что компенсируют следующими способами:

• готовят из полученного чистого спирта настойки;
• добавляют к спирту в допустимых количествах высококипящие фракции.

Как работает колонна

Устройство ректификационной колонны сложности не представляет. Она состоит из таких узлов:

• куб: емкость для сырья;
• царга (вертикальная труба) с контактными элементами — насадками или тарелками;
• дефлегматор: установлен в верху царги;
• узел отбора с доохладителем;
• нагреватель;
• термометры.

Принцип работы ректификационной колонны состоит в следующем:

1. Сырье нагревается в кубе (заполняется на 2/3 объема) и испаряется.
2. Заполнивший царгу пар остывает в дефлегматоре (сюда подается охлаждающая жидкость) и превращается в конденсат — флегму.
3. Флегма стекает по контактным элементам. Конструкция последних ориентирована на создание значительной площади контакта жидкости с паром, что необходимо для интенсивного тепломассообмена.
4. При наступлении процесса равновесия, о чем свидетельствует постоянная температура, оператор открывает клапан отбора и находящийся в верху царги пар поступает в доохладитель. Сюда также подается холодная вода.
5. Как и в самогонном аппарате, первыми отделяют низкокипящие составляющие — альдегиды, эфиры, метиловый и этиловый спирты, затем — сивушные масла и другие высококипящие.

Часто интересуются, что лучше — ректификационная колонна или самогонный аппарат (дистиллятор)? В последнем применен более простой метод и сохраняется вкус сырья, но имеется ряд важных недостатков:

1. Высокая концентрация примесей в конечном продукте: доля спирта составляет всего 40% — 65%. Для получения 96%-ой концентрации требуется повторить дистилляцию 9 – 10 раз.
2. Значительные потери спирта: не менее 20%.

Но заменой самогонному аппарату компактная домашняя ректификационная колонна выступать не может: она эффективна при концентрации спирта в сырье 35% — 45%, тогда как в браге его только 10%.

Оба устройства применяют последовательно:

• получают из браги при помощи дистиллятора спирт-сырец;
• загружают спирт-сырец и богатые спиртом побочные продукты дистилляции в РК и получают на выходе чистый продукт.

Виды колонн

По типу контактного элемента различают два вида РК:

• тарельчатые: используются тарелки, в основном это промышленные установки;
• насадочные: применяются свитые из проволоки насадки — вариант для домашних и лабораторных РК.

Наряду с обычными РК выпускаются комбинированные устройства полного цикла — самогонные аппараты с ректификационной колонной.

Как сделать в домашних условиях

В процессе изготовления ректификационной колонны своими руками наиболее сложный этап — расчет. Рассмотрим все составляющие и их параметры.

Царга

Изготавливается из стальной трубы с параметрами:

• материал: пищевая нержавейка (12Х18Н10Т);
• внутренний диаметр: D = 28 – 60 мм;
• высота (царга размещена вертикально): H = 1200 – 1500 мм;
• толщина стенки: 1,0 – 1,5 мм.

Чем выше царга, тем чище спирт на выходе.

Нагреватель

Для ректификации требуется тонкая настройка температуры, потому нужен нагреватель:

• с малой тепловой инерцией;
• с возможностью регулировки мощности с шагом в 5 – 10 Вт.

Этим требованиям удовлетворяют только ТЭНы, подключенные через реле со стабилизацией напряжения на выходе. Газовая плита не подходит.

Для достаточно быстрого нагрева сырья на каждые 10 л требуется мощность в 1 кВт. После разогрева выходят на номинальную мощность. Она примерно равна площади поперечного сечения царги в мм (просвета). Более точные значения для различных соотношений D/H:

• 52/1000: 1950 Вт;
• 50,8/1500: 1790 Вт;
• 42/1500: 1190 Вт;
• 40/1000: 1133 Вт;
• 32/1500: 660 Вт;
• 28/1500: 490 Вт.

Насадка

Наиболее эффективна спирально-призматическая насадка (СПН). Стоит дорого, но доступна для самостоятельного изготовления. Оптимальный размер — (0,067 – 0,083)D. Для различных D он составит:

• 50 мм: 3,5х3,5х0,25 мм;
• 40 мм: 3,0х3,0х0,25 мм;
• 32 и 28 мм: 2,0х2,0х0,25 мм.

Допускается использовать вместо СПН проволочную мочалку для мытья посуды.

Куб

Изготавливается из бидона, скороварки или варится из стальных листов. Заполненный на 2/3 куб должен содержать сырье в количестве 10 – 20 объемов насадки. То есть при H = 1.5 м объем куба для разных D составляет:

• 50 мм: 45 – 90 л;
• 40 мм: 25 – 50 л;
• 32 мм: 15 – 30 л;
• 28 мм: 10 – 20 л.

Дефлегматор и доохладитель

Изготовленные своими руками ректификационные колонны оснащают дефлегматорами двух видов:

• холодильник Димрота: удельная утилизационная мощность (УУМ) составляет 4 – 5 Вт/кв. см поверхности;
• холодильник с рубашкой: УУМ — 2 Вт/кв. см.

Площадь дефлегматора рассчитывают путем деления номинальной мощности колонны на УУМ применяемого холодильника. Для колонн с отбором по пару выше дефлегматора полученную величину умножают на 2/3.

Доохладитель конструктивно схож с дефлегматором и имеет те же размеры.

Расчет

Расчет ректификационной колонны отличается сложностью и требует знания характеристик применяемых материалов. Даже незначительные ошибки могут всю работу сделать бесполезной: фракции будут частично смешиваться, и получить на выходе чистый продукт не удастся. Правильнее при изготовлении использовать готовые чертежи ректификационной колонны, доказавшей свою пригодность на практике, или приобрести аппарат заводского изготовления.

Нашли ошибку? Выделите ее и нажмите Shift + Enter или нажмите здесь

Статьи для Вас:

Самогон из вина: особенности перегонки Калькулятор разбавления спирта водой Особенности употребления ликера Основные болезни домашнего вина: лечение и профилактика