Влаштування ректифікаційної колони. Ректифікаційні колони, їх будову та принцип роботи

Робота колони ректифікації грунтується на багаторазовому випаровуванні спирту для його очищення. Переробка цієї речовини є важливим завданням сучасної промисловості. Спирт має широкий спектр використання, тому його якість має відповідати вимогам технічного та харчового характеру.

1

Процес ректифікації є поділ сумішей із вмістом спирту на чисті елементи. Для цього використовується кипіння речовин, кожна з яких має свою температуру випаровування. У ході цього процесу відбувається утворення пари, а кожна фракція відокремлюється від початкової суміші. Як правило, в ході ректифікації виділяють альдегіди, воду, етилові та метилові спирти, сивушні олії та інші. Такий пристрій найбільш ефективний від вторинних домішок.

Поділ сумішей із вмістом спирту на чисті елементи в колоні ректифікації

Ректифікація можлива через різний коефіцієнт вмісту окремих компонентів у рідкій основі та в стані парового випаровування. Оскільки система прагне рівноваги, вона намагається вирівняти показники температури, тиску та концентрації речовини у кожній із фаз. Коли пара входить у контакт з рідиною, вона збагачується компонентами низькокиплячих "летючих" компонентів, а рідина вбирає в себе висококиплячі речовини. Цей процес супроводжується обміном тепла.

Параметри колони ректифікації:

• Розміри та матеріал. Конструкція включає насадки, циліндри, дистилятори і куб. Для колони використовується нержавіючий харчовий сплав, який не виділяє шкідливі речовини в рідині.
• Система нагрівання. Для якісної колони необхідно точно контролювати потужність нагрівання. Самим оптимальним способомна сьогодні є використання ТЕНів, які встановлюються в нижню частинуколони. Не рекомендується використовувати стандартне постачання газу, оскільки її особливості не дозволяють проводити плавне регулювання потужності нагріву.
• Продуктивність. У цей параметр входить потужність нагрівання, яка відповідає за інтенсивність руху пари всередині конструкції.
• Точний контроль. Кожен процес має свої особливості експлуатації та припустимі значення роботи, яким потрібно слідувати.
• Внутрішній тиск впливає температуру кипіння. Для кращої ректифікації спирту слід утримувати тиск у діапазоні 720-780 мм. рт. ст. Якщо це не контролювати, тиск знизиться, а це зменшить щільність пари, що призведе до "захлину" колони. Аналогічна ситуація і з високим тиском, яке неприпустимо для ефективної роботиобладнання.

Ректифікаційна колонавключає насадки, циліндри, дистилятори і куб. Для колони використовується нержавіючий харчовий сплав.

У компаніях все частіше встановлюється ректифікаційна колона, принцип роботи якої заснований на стіканні рідини та піднятті пари, що необхідно для досягнення рівноваги, що дозволяє виділити чисті компоненти речовин (спочатку надходять рідини з низькою температурою кипіння, потім з високою). Запорукою цього є стан рівноваги.

2 Сучасна конструкція колони – як у ній розібратися?

Має вигляд циліндра змінного або постійного перерізу з розташованими всередині насадками та тарілками. Кожен креслення враховує ці елементи при спорудженні колони. У кожній колоні встановлено допоміжні вузли для надходження спирту-сирцю, а також контролю та відбору підсумкового продукту.

Основні показники:

• спирт-сирець є результатом перегонки браги після дистиляції (самогон 35 градусів);
• флегма – пар, що утворився, стікає по колоні;
• флегмове число - співвідношення пари до дистилятора.

Ректифікаційна колона використовується в умовах промислових та лабораторних процесів. Вона ефективно зарекомендувала себе у нафтохімічній, газовій, нафтопереробній, пивоварній, хімічній та інших галузях. Принцип дії конструкції заснований на появі двох зустрічних потоків у вигляді пари та рідини, що стікає. Між ними відбувається контакт у спеціальних тарілках, при цьому температура пари буде вищою, ніж у рідини.

Схема роботи установки ректифікації заснована на безперервному і періодичному дії. У першому випадку сировина надходить і приділяється з установки в циклічному процесі. У періодичній роботі речовини поставляються дозами і проходять ректифікацію до досягнення необхідного результату.

Класифікація внутрішнього обсягу колони: евапораційна, що зміцнює та вичерпна. Рідина, що подається, випаровується і переноситься в середній обсяг колони. Ця суміш розігрівається і частково випаровується на розігрітій тарілці. При цьому процесі відбувається змішування легких частинок із флегмою, через що вони важчають і стікають униз. У верхній частині колони розташовується частина, що зміцнює, в тілі якої пара збагачується легкими фракціями. У нижній частині знаходиться вичерпна стадія, куди стікає флегма і відводяться легкі фракції.

3 Робота ректифікаційної установки – як досягти кращого результату?

Оскільки система переробки спирту працює на принципах конденсації речовин, що надходять, потрібно дотримання технології ректифікації. Це необхідно для рівноваги пар і сумішей, щоб забезпечити їх ефективне очищення. У разі системи періодичного нагріву (використовуються при невисокому робочому навантаженні) на нижній частині фракції розташований нагрівальний елемент, який запускає процес. Ректифікація може проводитися не лише конденсатом – для цього може використовуватись вакуум, дія атмосферного тискуабо низької температури.

Ректифікаційна колона є ефективним засобомочищення спирту. На її основі конструюють домашні апарати, що дозволяють очищати спиртовмісні суміші. У ході цього процесу можуть погіршитись органолептичні якості, але в цьому випадку спирту можна повернути нижні фракції. Відповідальний підхід до процесу та дотримання норм дозволять отримати очищений спирт високої якості. Успіхів вам у цій справі!

І трохи про секрети...

Російські вчені кафедри біотехнологій створили препарат, який зможе допомогти при лікуванні алкоголізму лише за 1 місяць.

Головна відмінність препарату - ЙОГО 100% НАТУРАЛЬНІСТЬ, а значить ефективність та безпека для життя:

• усуває психологічну тягу
• виключає зриви та депресію
• захищає клітини печінки від ураження
• виводить із сильного запою за 24 ГОДИННИКИ
• ПОВНИЙ ЗБІР від алкоголізму незалежно від стадії
• дуже доступна ціна.. всього 990 рублів

Курсовий прийом всього ЗА 30 ДНІВ забезпечує комплексне рішенняПРОБЛЕМИ З АЛКОГОЛЕМ.
Унікальний комплекс АЛКОБАР'ЄР є на сьогоднішній день найефективнішим у боротьбі з алкогольною залежністю.

Перейдіть за посиланням і дізнайтеся про всі переваги алкобар'єру

Ректифікаційна колона своїми руками провадиться виходячи зі схеми. Схема потрібна у тому, ніж зробити помилки. Вона містить невеликі обсяги, якщо порівнювати з іншими пристроями, що сягають 19 метрів. Виготовлена ​​вдома колона ректифікації, її конструкція і сам механізм неможливо охарактеризувати легким - він складається з безлічі компонентів. Спочатку слід купити металеву трубку - її довжина в ідеалі приблизно 119-149 см.

Замість дефлегматора дозволяється користуватися звичайним термосом. Крім того, знадобляться:

• перехідники, що поєднують трубку з бачками;
• Утеплювач та лист з нержавіючої сталі для виробництва основних шайбок;
• Маленька трубка, що зміцнює, застосовується з метою відводити воду;
• Охолодний механізм.

З приладів потрібно молот, дрилька зі свердлом, пасатижі, напильник, твердий папір, паяльник з припоєм або флюсом, перехідний пристрій в краник, гумова трубочка невеликих властивостей і покажчик температурного режиму.
Саморобний апарат виробляється згідно встановленої схеми. Трубка повинна мати необхідну довжину, та її кінчики повинні бути відшліфовані. З метою компонування трубочки та вузла дистиляту застосовується європейський перехідник. Об'єднання труби та куба слід запаяти, а частина пайки надалі вимагає зачистки.

Потім необхідно зробити металеві насадки, що заповнюють трубу аж під верхівку. Зараз у трубу вводиться основна шайбочка, до неї впроваджується невеликий торець відбору. Ділянка сполучних точок спайується. Наступним етапом стане теплове ізолювання труби.

Термос, що застосовуватиметься як дефлегматор, необхідно розглянути та вилучити низ. Внутрішню пробірку необхідно вийняти із зовнішнього боку та прибрати вакуумну покришку термоса. У пробірці слід зробити прохід, в центральній частині самого низу деталі і в основному місці її заднього краю.
Через верхній прохід потрібно вмонтувати трубу та закласти її там. Потім основа ставиться на колбочку.

У зовнішній колбі, крім того, роблять дірки для трубочок надходження та виведення води. Розташовані вони вгорі та внизу пробірки. Зони обов'язково закріпити. У вузлі відбору дистиляту необхідно зробити прохід для втулки покажчика температури. Ректифікаційна колона створюється з особливою обережністю, щоб не зашкодити здоров'ю.

У наше покоління досить актуальна маленька ректифікаційна колона. Пристрій це загальнодоступне всім, і для апарата потрібно трохи місця. Креслення індустріального виготовлення колони ректифікації – це трохи складно для звичайних людей. Проте виготовлення спирту в побутових умовахвідбувається досить часто, і багато людей це практикують.

Модель ректифікаційної колони, потребує великої кількості тарілочок, з метою отримання продукту найвищої якості. Це дуже ускладнює перебіг установки. Щоб зробити такого роду апарат, як колона ректифікації, власними рукамиу побутових умовах, знадобляться деякі деталі. Охолодний механізм виготовляють із червонувато-жовтої трубки. З метою цього необхідно обернути нею колону ректифікатора.

Залізні мочалки виготовляють із нержавіючої сталі. Термін дії та їх резерв користування в колоні ректифікації досить тривалий. У існуючі 9,8 см труби необхідно брати по 1 мочалці. Хороша ідея, використовувати медичний затискач з крапельниці можна взяти замість краніка. Схему колони ректифікації, як правило, завершують трубкою, з метою взаємозв'язку з довкіллям.

Суть роботи колони

Якщо коротко обговорити систему вироблення спирту та ректифікації, то це, насправді, неодноразовий перегін бражки, що відбувається у спеціальних тарілках. Замість них зазвичай використовують всілякі компоненти. З метою виробництва спирту будинку, колони ректифікації з діаметром з 3 аж до 5 см, як сполучний компонент можна використовувати залізну мочалку. Саме через неї колона ректифікації самогонного апаратубуде заповнюватися.

Під час процесу дії колони ректифікації, плавно до низу спускається дистилят, а догори піднімаються випаровування. Ректифікатор потрібний для того, щоб підвищувати градуси. Окремі модифікації цього пристосування, мають на увазі застосування кип'ятильника і текучого прохолодного струменя, з метою охолодити. Всі елементи пристрою цілком можуть об'єднатися один з одним, за допомогою звичайного паяльного інструменту. Незначні відмінності обсягів у виробництві настільки необхідного у господарстві агрегату, особливо вплинуть якість продукту.

Проте з метою збільшення кількості спирту, необхідно підвищити значно об'єми ректифікаційного пристрою, 1,5 м трубка колони, що гарантує аж до 28 л спиртового елемента приблизно за два дні. Після завершення виробництва апарату необхідно промазати всі з'єднання миючою речовиною. Подібним способом, допускається оглянути зайві отвори, якщо вони з'являються бульбашки. Коли пароводяний охолоджувач з'єднаний з трубкою, через яку надходить вода і встановлюють отвори під час роботи - це система колонного типу.

Все вищезгадане дає можливість зрозуміти, що ж це за саморобний апараті навіщо він взагалі потрібний людям. З колоною ректифікації у вас є можливість отримати чистий спирт. Крім цього, можна зробити такий висновок, що зовсім не складно створити апарат своїми руками – потрібно лише уважно прочитати інструкцію. Досить мати сильне бажання, і необхідні деталі для його створення. Кожен сам вирішує, що краще – купувати спирт або робити в домашніх умовах, адже в такій самогоні не буде жодних шкідливих добавок, а його якість залежить виключно від перегінної конструкції.

Завдяки особливій будові колони ректифікації стає можливим практично повністю очистити кінцевий напій від сивушних маселта домішок. На відміну від дистиляції, якість самої сировини не має такої ключової ролі, оскільки органолептика в кінцевому напою 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 колони ректифікації, і з яких частин вона складається.

Ректифікаційна колона, креслення

Ректифікаційна колона, принцип роботи

Ректифікація - це поділу бінарних або 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 пари, 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, щоби отримати 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 охолодну рідину, щоб пари могли конденсуватися. Досягши 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 пара піднімається нагору
2. Нагорі розташований дефлегматор (холодильник), у якому пара конденсується
3. Дистилят стікає вниз по дефлегматору та по стінках колони
4. Рідина контактує з парою на стінках насадки, якою заповнена колона
5. Внаслідок 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.

Можна прискорити процес ректифікації. Стінки колони підігріваються, тому флегма, яка не контактує з 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 боячись, 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 та 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 у вигляді рідкої нафти, а також пара.

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 способурозподілу нафти або її продуктів на фракції в залежності від їх температур кипіння. Такий спосіб отримав назву ректифікації, а апарат для проведення даного 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 і значною мірою визначають 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 та вакуумна колони АВТ), введенням перегрітої водяної пари (практично всі колони) та циркуляцією «гарячого струменя» (відбензинювальна колона 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 та підведення як парової, так і рідкої фаз у 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 розділити на 3 функціональні частини:

1. Концентраційна секція - розташована вище точки введення сировини в апарат
2. Секція живлення – 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 була б або нижче температури пари процес ректифікації був би неможливий.

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

Класифікація ректифікаційних колон

Колони можна розділити залежно 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 ректифікаційних колон

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» в 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

Рано чи пізно майже кожен любитель саморобного алкоголю замислюється над придбанням або виготовленням ректифікаційної колони (РК) – пристрою для одержання чистого спирту. Починати треба з комплексного розрахунку базових параметрів: потужності, висоти, діаметра царги, об'єму куба тощо. Ця інформація буде корисна як охочим зробити всі елементи своїми руками, так і тим, хто зібрався купити готову колону ректифікації (допоможе визначитися з вибором і перевірити продавця). Не чіпаючи конструктивних особливостейокремих вузлів, ми розглянемо загальні принципипобудови збалансованої системи для ректифікації в домашніх умовах

Схема роботи колони

Характеристики труби (царги) та насадки

Матеріал.Труба багато в чому визначає параметри колони ректифікації і вимоги до всіх вузлів апарату. Матеріалом для виготовлення царги є хромонікелева нержавіюча сталь – «харчова» нержавіюча сталь.

Завдяки хімічній нейтральності харчова нержавіюча сталь не впливає на склад продукту, що й потрібно. На спирт переганяють сирець із цукрової брагиабо відходи дистиляції («голови» та «хвости»), тому головною метою ректифікації є максимальне очищення виходу від домішок, а не зміна органолептичних властивостей спирту в той чи інший бік. Використовувати мідь у класичних колонах ректифікації недоречно, оскільки цей матеріал злегка змінює хімічний складнапою і підходить для виробництва дистилятора (звичайного самогонного апарату) або бражної колони (частка ректифікації).

Розібрана труба колони із встановленою насадкою в одній із царг

Товщина.Царгу роблять із нержавіючої труби з товщиною стінки 1-1,5 мм. Товстіша стінка не потрібна, так як це призведе до подорожчання і обтяження конструкції без отримання будь-яких переваг.

Параметри насадки.Говорити про характеристики колони без прив'язки до насадки неправильно. При ректифікації в домашніх умовах використовують насадки із площею контактної поверхні від 1,5 до 4 кв. м/літр. Зі збільшенням площі контактної поверхні зростає і здатність, що розділяє, але падає продуктивність. Зменшення площі призводить до зниження розділяючої та зміцнюючої здатності.

Продуктивність колони спочатку зростає, але потім підтримки фортеці виходу оператор змушений знижувати швидкість відбору. Це означає, що існує якийсь оптимальний розмірнасадки, який залежить від діаметра колони та дозволять досягти найкращого поєднання параметрів.

Розміри спірально-призматичної насадки (СПН) повинні бути меншими від внутрішнього діаметра колони приблизно в 12-15 разів. Для діаметра труби 50 мм – 3.5х3.5х0.25 мм, для 40 – 3х3х0.25 мм, а для 32 та 28 – 2х2х0.25 мм.

Залежно від поставлених завдань доцільно використати різні насадки. Наприклад, при отриманні укріплених дистилятів часто застосовують мідні кільця діаметром та висотою 10 мм. Зрозуміло, що в цьому випадку метою є не розділяюча та зміцнююча можливість системи, а зовсім інший критерій – каталітична здатність міді усувати із спирту сірчисті сполуки.

Варіанти спірально-призматичних насадок

Не варто обмежувати арсенал однією, нехай навіть найкращою насадкою, таких просто немає. Є найбільш підходящі на вирішення кожної конкретної задачи.

Навіть невелика зміна діаметра колони серйозно впливає на параметри. Для оцінки досить пам'ятати, що номінальні потужність (Вт) та продуктивність (мл/год) чисельно рівні площі поперечного перерізуколони (кв. мм), отже, пропорційні квадрату діаметра. Звертайте на це увагу при виборі царги, завжди рахуйте внутрішній діаметр і по ньому порівнюйте варіанти.

Залежність потужності від діаметра труби

Висота труби.Для забезпечення хорошої утримуючої та розділової здатності, незалежно від діаметра, висота колони ректифікації повинна бути від 1 до 1,5 м. Якщо менше – не вистачить місця для накопичених в ході роботи сивушних масел, в результаті сивуха почне прориватися у відбір. Ще один недолік – голови нечітко поділятимуться на фракції. Якщо висота труби більше – це не призведе до істотного поліпшення розділяючої та стримуючої здатності системи, але збільшить час перегону, а також кількість «голів» і «підголовників». знижується. Ефект від збільшення труби з 50 см до 60 см на порядок вищий, ніж із 140 см до 150 см.

Об'єм куба для колони ректифікації

Щоб підвищити вихід якісного спирту, але не допустити переповнення сивухої колони, навалку (наповнення) спирту-сирцю в кубі обмежують у діапазоні 10-20 об'ємів насадки. Для колон заввишки 1,5 м і діаметром 50 мм – 30-60 л, 40 мм – 17-34 л, 32 мм – 10-20 л, 28 мм – 7-14 л.

З урахуванням заповнення куба на 2/3 об'єму для колони внутрішнім діаметром царги 50 мм підійде 40-80 літрова ємність, для 40 мм - 30-50 літрова, для 32 мм - 20-30 літровий куб, а для 28 мм - скороварка.

При використанні куба об'ємом ближче до нижньої межі рекомендованого діапазону можна сміливо усунути одну царгу і зменшити висоту до 1-1,2 метра. В результаті сивухи буде відносно мало для прориву у відбір, а ось обсяг підголовників помітно зменшиться.

Джерело та потужність нагрівання колони

Тип плити.Самогінне минуле не дає спокою багатьом новачкам, які вважають, що якщо раніше використовували для нагрівання самогонного апарату газову, індукційну або звичайну електричну плиту, то можна залишити це джерело і для колони.

Процес ректифікації істотно відрізняється від дистиляції, все набагато складніше і багаття не підійде. Потрібно забезпечити плавне регулювання і стабільність потужності нагрівання, що подається.

Електроплитки, що працюють по терморегулятору в режимі старт-стоп, не використовуються, тому що як тільки відбудеться короткочасне відключення живлення, пара перестане йти в колону, а флегма впаде в куб. У такому разі доведеться почати ректифікацію заново – з роботи колони на себе та відбору голів.

Індукційна плита – вкрай грубий апарат зі ступінчастою зміною потужності по 100-200 Вт, а при ректифікації потрібно міняти потужність плавно, буквально по 5-10 Вт. Та й стабілізувати нагрівання незалежно від коливання напруги на вході навряд чи вдасться.

Газова плита при залитому в куб 40-відсотковому спирті-сирці і 96-градусон продукті на виході становить смертельну небезпеку, не кажучи вже про коливання температури нагріву.

Оптимальне рішення - врізати в куб колони тен потрібної потужності, а для регулювання використовувати реле зі стабілізацією вихідної напруги, наприклад РМ-2 16А. Можна взяти аналоги. Головне отримати на виході стабілізовану напругу та можливість плавно змінювати температуру нагріву по 5-10 Вт.

Подається потужність.Щоб нагріти куб за прийнятний час, потрібно виходити із потужності 1 кВт на 10 літрів спирту-сирцю. Отже, для 50 л куба, заповненого на 40 літрів, потрібно щонайменше 4 кВт, 40 л – 3 кВт, 30 л – 2-2.5 кВт, 20 л – 1.5 кВт.

При тому самому обсязі куби можуть бути низькими і широкими, вузькими і високими. Вибираючи відповідну ємність, потрібно враховувати, що часто куб використовується не тільки для ректифікації, але і при дистиляції, тому виходять з найжорсткіших умов, щоб потужність, що підводиться, не призводила до бурхливого піноутворення з викидами бризок з куба в паропровід.

Досвідченим шляхом встановлено, що при глибині розміщення тену близько 40-50 см нормальне кипіння відбувається у випадку, якщо на 1 кв. см дзеркала навалки доводиться трохи більше 4-5 Вт потужності. При зменшенні глибини допустима потужність збільшується, а при збільшенні зменшується.

Є й інші чинники, що впливають характер кипіння: щільність, в'язкість і поверхневе натяг рідини. Буває, що викиди відбуваються наприкінці перегонки браги, коли зростає щільність. Тому вести процес ректифікації на межі дозволеного діапазону завжди загрожує неприємностями.

Поширені циліндричні куби мають діаметр 26, 32, 40 см. Виходячи і допустимої потужності на площу поверхні дзеркала кубового навалки 26 см куб, нормально працюватиме при потужності нагріву до 2,5 кВт, для 30 см – 3.5 кВт, 40 см – 5 кВт .

Третім фактором, що визначає потужність нагріву, є використання однієї з цар колони без насадки як сухопарник для боротьби з бризгоуносом. Для цього потрібно, щоб швидкість пари в трубі не перевищувала 1 м/с, при 2-3 м/с захисний ефект слабшає, а при великих значенняхпар буде гнати флегму вгору трубою і закидати у відбір.

Формула для розрахунку швидкості пари:

V = N * 750/S (м/сек),

• N - Потужність, кВт;
• 750 - пароутворення (куб. см/сек кВт);
• S – площа поперечного перерізу колони (кв. мм).

Труба діаметром 50 мм подолає бризгоунос при нагріванні до 4 кВт, 40-42 мм – до 3 кВт, 38 – до 2 кВт, 32 – до 1,5 кВт.

Виходячи з перерахованих вище міркувань, вибираємо об'єм, розміри куба, потужність нагріву і дистиляції. Всі ці параметри узгоджені з діаметром та висотою колони.

Розрахунок параметрів дефлегматора колони ректифікації

Потужність дефлегматора визначається залежно від типу колони ректифікації. Якщо будуємо колону з рідинним відбором або паровим нижче за дефлегматор, то необхідна потужністьмає бути не менше номінальної потужності колони. Зазвичай у цих випадках як конденсатор застосовують холодильник Димрота з утилізаційною потужністю 4-5 Ватт на 1 кв. см поверхні.

Якщо колона з відбором по пару вище за дефлегматор, то розрахункова потужність становить 2/3 від номінальної. У цьому випадку можна застосувати Дімрот або "сорочник". Утилізаційна потужність сорочника нижче, ніж у димрота і становить близько 2 Ватів на квадратний сантиметр.

Приклад холодильника Дімрота для колони

Далі все просто: номінальну потужність поділяємо на утилізаційну. Наприклад, для колони з внутрішнім діаметром 50 мм: 1950/5 = 390 кв. см площі Дімрота або 975 кв. див «сорочника». Значить, холодильник Дімрот можна зробити з трубки 6х1 мм завдовжки 487/(0.6*3.14) = 2.58 см для першого варіанту, з урахуванням коефіцієнта запасу 3 метри. Для другого варіанта множимо на дві третини: 258*2/3 = 172 см, з урахуванням коефіцієнта запасу 2 метри.

Сорочник для колони 52 х 1 - 975/5.2/3.14 = 59 см * 2/3 = 39 см. Але це для приміщень з високими стелями.

«Сорочка»

Розрахунок прямоточного холодильника

Якщо прямоточник застосовується як доохолоджувач в колоні ректифікації з рідинним відбором, то вибирають найменший і компактний варіант. Достатньо потужності в 30-40% від номінальної потужності колони.

Виготовляють прямоточний холодильник без спіралі в зазорі між сорочкою та внутрішньою трубою, потім запускають відбір у сорочку, а воду, що охолоджує, подають по центральній трубі. У цьому випадку сорочка наварюють на трубу подачі води в дефлегматор. Це дрібний «олівець» довжиною близько 30 см.

Але якщо той самий прямоточник використовується як при дистиляції, так і при ректифікації, будучи універсальним вузлом, виходять не з потреби РК, а з максимальної потужності нагріву при дистиляції.

Для створення турбулентного потоку пари в холодильнику, що дозволяє забезпечити інтенсивність теплопередачі не менше 10 Ватт/кв. см, необхідно забезпечити швидкість пари близько 10-20 м/с.

Діапазон можливих діаметрів досить широкий. Мінімальний діаметр визначається із умов не створення великого надлишкового тиску в кубі (не більше 50 мм вод стовпа), а максимальний розрахунком числа Рейнольдса, виходячи з мінімальної швидкості та максимального коефіцієнта кінематичної в'язкості парів.

Можлива конструкція прямоточного холодильника

Щоб не вдаватися в непотрібні подробиці, наведемо найпоширеніше визначення: «Для того, щоб у трубі підтримувався турбулентний режим руху пари, достатньо, щоб внутрішній діаметр (мм) був не більше 6-кратної потужності нагріву (в кіловатах)».

Для запобігання завозу водяної сорочки необхідно підтримувати лінійну швидкість води не нижче 11 см/с, але надмірне збільшення швидкості вимагатиме великого тиску у водопроводі. Тому оптимальним вважається діапазон від 12 до 20 см/с.

Щоб сконденсувати пару і охолодити конденсат до прийнятної температури, потрібно подавати воду при 20°C в обсязі близько 4.8 куб см/с (17 літрів на годину) на кожен кіловат потужності, що підводиться. Водночас вода нагріється на 50 градусів – до 70°C. Звичайно, взимку води знадобиться менше, а при використанні автономних систем охолодження приблизно в півтора рази більше.

На підставі попередніх даних можна розрахувати площу поперечного перерізу кільцевого зазору та внутрішній діаметр сорочки. Потрібно враховувати доступний сортамент труб. Розрахунки та практика показали, що зазор в 1-1.5 мм цілком достатній для дотримання всіх необхідних умов. Цьому відповідають пари труб: 10х1 – 14х1, 12х1 – 16х1, 14х1 – 18х1, 16х1 – 20х1 та 20х1 – 25х1.5, які перекривають весь діапазон потужностей, які застосовуються в домашніх умовах.

Є ще одна важлива деталь прямоточника – спіраль, навита на парову трубу. Робиться така спіраль із дроту діаметром, що забезпечує зазор 0.2-0.3 мм до внутрішньої поверхні сорочки. Навивається із кроком рівним 2-3 діаметрам парової труби. Основне призначення – центрування парової труби, у якій під час роботи температура вище, ніж у трубі сорочки. Це означає, що внаслідок теплового розширення парова труба подовжується і згинається, притуляючись до сорочки, виникають мертві зони, що не омиваються водою охолодження, в результаті ефективність холодильника різко падає. Додатковими плюсами навивки спіралі є подовження шляху та створення турбулентності охолодного потоку води.

Грамотно виконаний прямоточник може утилізувати до 15 Ватт/кв. см площі теплообміну, що підтверджено досвідченим шляхом. Для визначення довжини охолоджуваної частини прямоточника скористаємося номінальною потужністю 10 Вт/кв. см (100 кв. см/кВт).

Необхідна площа теплообміну дорівнює потужності нагріву в кіловатах, помноженої на 100:

S = P*100 (кв. див).

Довжина зовнішнього кола парової труби:

Lокр = 3.14*D.

Висота сорочки охолодження:

H = S/Lокр.

Загальна формула розрахунку:

H = 3183*P/D (потужність у кВт, висота та зовнішній діаметр парової труби в міліметрах).

Приклад розрахунку прямоточника

Потужність нагріву – 2 кВт.

Можливе застосування труб 12х1 та 14х1.

Площі перерізу – 78,5 та 113 кв. мм.

Об'єм пари - 750 * 2 = 1500 куб. см/с.

Швидкості пари в трубах: 19,1 та 13,2 м/с.

Труба 14х1 виглядає краще, так як дозволяє мати запас по потужності, залишаючись у рекомендованому діапазоні швидкості пари.

Парна труба для сорочки – 18х1, кільцевий зазор становитиме 1 мм.

Швидкість подачі води: 4,8*2=9.6 см3/с.

Площа кільцевого зазору – 3.14/4* (16*16 – 14*14) = 47.1 кв. мм = 0,471 кв. див.

Лінійна швидкість – 9.6/0.471 = 20 см/с – значення залишається у рекомендованих межах.

Якби кільцевий проміжок був 1,5 мм – 13 см/с. Якщо 2 мм, то лінійна швидкість впала б до 9.6 см/с і довелося б подавати воду вище за номінальний об'єм, виключно для того, щоб не завозявся холодильник, - безглузда витрата грошей.

Висота сорочки – 3183*2/14 = 454 мм або 45 см. Коефіцієнт запасу не потрібен, все враховано.

Підсумок: 14х1-18х1 з висотою частини, що охолоджується 45 см, номінальна витрата води - 9.6 куб. см/с або 34.5 літри на годину.

При номінальній потужності 2 кВт нагрівання холодильник видаватиме 4 літри спирту на годину з добрим запасом.

Ефективний та збалансований прямоточник при дистиляції повинен мати співвідношення швидкості відбору до потужності нагріву та витрати води на охолодження 1 л/год – 0,5 кВт – 10 літрів/год. Якщо потужність вища, будуть великі втрати, мала - корисна потужність нагріву знизиться. Якщо витрата води вища, то прямоточник має неефективну конструкцію.

Ректифікаційну колону можна використовувати як бражну. Обладнання для бражних колонмає свої особливості, але друга перегонка відрізняється переважно технологією. Для першої перегонки особливостей більше і окремі вузли можуть виявитися не застосовними, але це тема окремої розмови.

Виходячи з реальних домашніх потреб та існуючого асортименту труб, розрахуємо за наведеною методикою типові варіанти колони ректифікації.

P.S.Висловлюємо подяку за систематизацію матеріалу та допомогу у підготовці статті користувачеві нашого форуму.