Цель статьи – разобрать теоретические и некоторые практические аспекты работы домашней ректификационной колонны, нацеленной на получение этилового спирта, а также развеять самые распространенные в Интернете мифы и разъяснить моменты, о которых «умалчивают» продавцы оборудования.
Ректификация спирта – разделение многокомпонентной спиртосодержащей смеси на чистые фракции (этиловый и метиловый спирты, воду, сивушные масла, альдегиды и другие), имеющие разную температуру кипения, путем многократного испарения жидкости и конденсации пара на контактных устройствах (тарелках или насадках) в специальных противоточных башенных аппаратах.
С физической точки зрения ректификация возможна, поскольку изначально концентрация отдельных компонентов смеси в паровой и жидкой фазах отличается, но система стремится к равновесию – одинаковому давлению, температуре и концентрации всех веществ в каждой фазе. При контакте с жидкостью пар обогащается легколетучими (низкокипящими) компонентами, в свою очередь, жидкость – труднолетучими (высококипящими). Одновременно с обогащением происходит обмен теплом.
Принципиальная схема Момент контакта (взаимодействия потоков) пара и жидкости называется процессом тепломассообмена.
Благодаря разной направленности движений (пар поднимается вверх, а жидкость стекает вниз), после достижения системой равновесия в верхней части ректификационной колонны можно по отдельности отобрать практически чистые компоненты, входившие в состав смеси. Сначала выходят вещества с более низкой температурой кипения (альдегиды, эфиры и спирты), потом – с высокой (сивушные масла).
Состояние равновесия. Появляется на самой границе разделения фаз. Достигается только при одновременном соблюдении двух условий:
- Равное давление каждого отдельно взятого компонента смеси.
- Температура и концентрация веществ в обеих фазах (паровой и жидкой) одинакова.
Чем чаще система приходит в равновесие, тем эффективнее тепломасообмен и разделение смеси на отдельные составляющие.
Разница между дистилляцией и ректификацией
Как видно на графике, из 10% спиртового раствора (браги) можно получить самогон 40%, а при второй перегонке этой смеси выйдет 60-градусный дистиллят, при третьей – 70%. Возможны следующие интервалы: 10-40; 40-60; 60-70; 70-75 и так далее до максимума – 96%.
Теоретически, чтобы получить чистый спирт, требуется 9-10 последовательных дистилляций на самогонном аппарате. На практике перегонять спиртосодержащие жидкости концентрацией выше 20-30% взрывоопасно, к тому же из-за больших затрат энергии и времени экономически невыгодно.
С этой точки зрения, ректификация спирта – это минимум 9-10 одновременных, ступенчатых дистилляций, которые происходят на разных контактных элементах колонны (насадках или тарелках) по всей высоте.
| Отличие | Дистилляция | Ректификация |
| Органолептика напитка | Сохраняет аромат и вкус исходного сырья. | Получается чистый спирт без запаха и вкуса (проблема имеет решение). |
| Крепость на выходе | Зависит от количества перегонок и конструкции аппарата (обычно 40-65%). | До 96%. |
| Степень разделения на фракции | Низкая, вещества даже с разной температурой кипения перемешиваются, исправить это невозможно. | Высокая, можно выделить чистые вещества (только с разной температурой кипения). |
| Способность убрать вредные вещества | Низкая или средняя. Для повышения качества требуется минимум две перегонки с разделением на фракции хотя бы при одной из них. | Высокая, при правильном подходе отсекаются все вредные вещества. |
| Потери спирта | Высокие. Даже при правильном подходе можно извлечь до 80% от всего количества, сохранив приемлемое качество. | Низкие. Теоретически, реально извлечь весь этиловый спирт без потери качества. На практике минимум 1-3% потерь. |
| Сложность технологии для реализации в домашних условиях | Низкая и средняя. Подходит даже самый примитивный аппарат со змеевиком. Возможны улучшения оборудования. Технология перегонки проста и понятна. Самогонный аппарат обычно не занимает много места в рабочем состоянии. | Высокая. Требуется специальное оборудование, изготовить которое без знаний и опыта невозможно. Процесс сложнее для понимания, нужна предварительная хотя бы теоретическая подготовка. Колонна занимает больше места (особенно по высоте). |
| Опасность (в сравнении друг с другом), оба процесса пожаро- и взрывоопасны. | Благодаря простоте самогонного аппарата дистилляция несколько безопаснее (субъективное мнение автора статьи). | Из-за сложного оборудования, при работе с которым существует риск допустить больше ошибок, ректификация опаснее. |
Работа ректификационной колонны
Ректификационная колонна – устройство, предназначенное для разделения многокомпонентной жидкой смеси на отдельные фракции по температуре кипения. Представляет собой цилиндр постоянного или переменного сечения, внутри которого находятся контактные элементы – тарелки или насадки.
Также почти каждая колонна имеет вспомогательные узлы для подвода исходной смеси (спирта-сырца), контроля процесса ректификации (термометры, автоматика) и отбора дистиллята – модуль, в котором конденсируется, а затем принимается наружу извлеченный из системы пар определенного вещества.
Одна из самых распространенных домашних конструкции Спирт-сырец – продукт перегонки браги методом классической дистилляции, который можно «заливать» в ректификационную колонну. Фактически это самогон крепостью 35-45 градусов.
Флегма – сконденсировавшийся в дефлегматоре пар, стекающий по стенкам колонны вниз.
Флегмовое число – отношение количества флегмы к массе отбираемого дистиллята. В спиртовой ректификационной колонне находятся три потока: пар, флегма и дистиллят (конечная цель). В начале процесса дистиллят не отбирают, чтобы в колонне появилась достаточно флегмы для тепломассообмена. Потом часть паров спирта конденсируют и отбирают из колонны, а оставшиеся спиртовые пары и дальше создают поток флегмы, обеспечивая нормальную работу.
Для работы большинства установок флегмовое число должно быть не меньше 3, то есть 25% дистиллята отбирают, остальной – нужен в колонне для орошения контактных элементов. Общее правило: чем медленнее отбирать спирт, тем выше качество.
Контактные устройства ректификационной колонны (тарелки и насадки)
Отвечают за многократное и одновременное разделение смеси на жидкость и пар с последующей конденсацией пара в жидкость – достижение в колонне состояния равновесия. При прочих равных условиях, чем больше в конструкции контактных устройств, тем эффективнее ректификация в плане очистки спирта, поскольку увеличивается поверхность взаимодействия фаз, что интенсифицирует весь тепломасообмен.
Теоретическая тарелка – один цикл выхода из равновесного состояния с повторным его достижением. Для получения качественного спирта требуется минимум 25-30 теоретических тарелок.
Физическая тарелка – реально работающее устройство. Пар проходит сквозь слой жидкости в тарелке в виде множества пузырьков, создающих обширную поверхность контакта. В классической конструкции физическая тарелка обеспечивает примерно половину условий для достижения одного равновесного состояния. Следовательно, для нормальной работы ректификационной колонны требуется в два раза больше физических тарелок, чем теоретических (расчетных) минимум – 50-60 штук.
Насадки. Зачастую тарелки ставят только на промышленные установки. В лабораторных и домашних ректификационных колоннах в качестве контактных элементов используются насадки – скрученная специальным образом медная (либо стальная) проволока или сетки для мытья посуды. В этом случае флегма стекает тонкой струйкой по всей поверхности насадки, обеспечивая максимальную площадь контакта с паром.
Насадки из мочалок самые практичные Конструкций очень много. Недостаток самодельных проволочных насадок – возможная порча материала (почернение, ржавчина), заводские аналоги лишены подобных проблем.
Свойства ректификационной колонны
Материал и размеры. Цилиндр колонны, насадки, куб и дистилляторы обязательно делают из пищевого, нержавеющего, безопасного при нагревании (равномерно расширяется) сплава. В самодельных конструкциях в качестве куба чаще всего используются бидоны и скороварки.
Минимальная длина трубы домашней ректификационной колонны – 120-150 см, диаметр – 30-40 мм.
Система нагрева. В процессе ректификации очень важно контролировать и быстро регулировать мощность нагрева. Поэтому самым удачным решением является нагрев с помощью ТЭНов, вмонтированных в нижнюю часть куба. Подвод тепла через газовую плиту не рекомендуется, поскольку не позволяет быстро менять температурный диапазон (высокая инертность системы).
Контроль процесса. Во время ректификации важно следовать инструкции производителя колонны, в которой обязательно указываются особенности эксплуатации, мощность нагрева, флегмовое число и производительность модели.
Термометр позволяет точно контролировать процесс отбора фракций Очень сложно контролировать процесс ректификации без двух простейших приспособлений – термометра (помогает определить правильную степень нагрева) и спиртометра (измеряет крепость полученного спирта).
Производительность. Не зависит от размеров колонны, поскольку, чем выше царга (труба), тем больше физических тарелок находится внутри, следовательно, качественнее очистка. На производительность влияет мощность нагрева, которая определяет скорость движения потоков пара и флегмы. Но при переизбытке подаваемой мощности колонна захлебывается (перестает работать).
Средние значения производительности домашних ректификационных колон – 1 литр в час при мощности нагрева 1 кВт.
Влияние давления. Температура кипения жидкостей зависит от давления. Для успешной ректификации спирта давление вверху колонны должно быть приближено к атмосферному – 720-780 мм.рт.ст. В противном случае при уменьшении давления снизится плотность паров и увеличится скорость испарения, что может стать причиной захлебывания колонны. При слишком высоком давлении падает скорость испарения, делая работу устройства неэффективной (нет разделения смеси на фракции). Для поддержания правильного давления каждая колонна для ректификации спирта оборудована трубкой связи с атмосферой.
О возможности самодельной сборки. Теоретически, ректификационная колонна не является очень сложным устройством. Конструкции успешно реализуются умельцами в домашних условиях.
Но на практике без понимания физических основ процесса ректификации, правильных расчетов параметров оборудования, подбора материалов и качественной сборки узлов, использование самодельной ректификационной колоны превращается опасное занятие. Даже одна ошибка может привести к пожару, взрыву или ожогам.
В плане безопасности прошедшие испытания (имеют подтверждающую документацию) заводские колонны надежнее, к тому же поставляются с инструкцией (должна быть подробной). Риск возникновения критической ситуации сводится только к двум факторам – правильной сборке и эксплуатации согласно инструкции, но это проблема почти всех бытовых приборов, а не только колонн или самогонных аппаратов.
Принцип работы ректификационной колонны
Куб наполняют максимум на 2/3 объема. Перед включением установки обязательно проверяют герметичность соединений и сборки, перекрывают узел отбора дистиллята и подают охлаждающую воду. Только после этого можно начать нагрев куба.
Оптимальная крепость подаваемой в колонну спиртосодержащей смеси – 35-45%. То есть в любом случае перед ректификацией требуется дистилляция браги. Полученный продукт (спирт-сырец) потом перерабатывают на колонне, получая почти чистый спирт.
Это значит, что домашняя ректификационная колонна не является полной заменой классического самогонного аппарата (дистиллятора) и может рассматриваться лишь как дополнительная ступень очистки, более качественно заменяющая повторную дистилляцию (вторую перегонку), но нивелирующая органолептические свойства напитка.
Справедливости ради отмечу, что большинство современных моделей ректификационных колон предполагают работу в режиме самогонного аппарата. Для перехода к дистилляции нужно лишь перекрыть штуцер соединения с атмосферой и открыть узел отбора дистиллята.
Если одновременно перекрыть оба штуцера, то нагретая колонна может взорваться из-за избыточного давления! Не допускайте подобных ошибок!
На промышленных установках непрерывного действия зачастую брагу перегоняют сразу, но это возможно благодаря гигантским размерам и особенностям конструкции. Например, стандартом считается труба 80 метров высоты и 6 метров диаметра, в которой установлено в разы больше контактных элементов, чем на ректификационных колоннах для дома.
Размер имеет значение. Возможности спиртзаводов в плане очистки куба больше, чем при домашней ректификации После включения жидкость в кубе доводится нагревателем до кипения. Образовавшийся пар поднимается вверх по колонне, затем попадает в дефлегматор, где конденсируется (появляется флегма) и по стенкам трубы возвращается в жидком виде в нижнюю часть колонны, на обратном пути контактируя с поднимающимся паром на тарелках или насадках. Под действием нагревателя флегма снова становится паром, а пар вверху опять конденсируется дефлегматором. Процесс становится циклическим, оба потока непрерывно контактируют друг с другом.
После стабилизации (пара и флегмы достаточно для равновесного состояния) в верхней части колонны скапливаются чистые (разделенные) фракции с самой низкой температурой кипения (метиловый спирт, уксусный альдегид, эфиры, этиловый спирт), внизу – с самой высокой (сивушные масла). По мере отбора нижние фракции постепенно поднимаются вверх по колонне.
В большинстве случаев стабильной (можно начинать отбор) считается колонна, в которой температура не меняется на протяжении 10 минут (общее время прогрева – 20-60 минут). До этого момента устройство работает «само на себя», создавая потоки пара и флегмы, которые стремятся к равновесию. После стабилизации начинается отбор головной фракции, содержащей вредные вещества: эфиры, альдегиды и метиловый спирт.
Ректификационная колонна не избавляет от необходимости разделять выход на фракции. Как и в случае с обычным самогонным аппаратом приходится собирать «голову», «тело» и «хвост». Разница только в чистоте выхода. При ректификации фракции не «смазываются» – вещества с близкой, но хотя бы на десятую долю градуса разной температурой кипения не пересекаются, поэтому при отборе «тела» получается почти чистый спирт. Во время обычной дистилляции разделить выход на фракции, состоящие только из одного вещества, невозможно физически какая бы конструкция не использовалась.
Если колонна выведена на оптимальный режим работы, то при отборе «тела» трудностей не возникает, так как температура всё время стабильна.
Нижние фракции («хвосты») при ректификации отбирают, ориентируясь по температуре или по запаху, но в отличие от дистилляции эти вещества не содержат спирта.
Возвращение спирту органолептических свойств. Зачастую «хвосты» требуются, чтобы вернуть спирту-ректификату «душу» – аромат и вкус исходного сырья, например, яблока или винограда. После завершения процесса в чистый спирт добавляют некоторое количество собранных хвостовых фракций. Концентрацию рассчитывают эмпирическим путем, экспериментируя на небольшом количестве продукта.
Преимущество ректификации в возможности добыть практически весь содержащийся в жидкости спирт без потери его качества. Это значит, что «головы» и «хвосты», полученные на самогонном аппарате, можно переработать на ректификационной колонне и получить безопасный для здоровья этиловый спирт.
Захлебывание ректификационной колонны
Каждая конструкция имеет предельную скорость движения пара, после которой течение флегмы в кубе сначала замедляется, а потом и вовсе прекращается. Жидкость накапливается в ректификационной части колонны и происходит «захлебывание» – прекращение тепломассообменного процесса. Внутри происходит резкий перепад давления, появляется посторонний шум или бульканье.
Причины захлебывания ректификационной колонны:
- превышение допустимой мощности нагрева (встречается наиболее часто);
- засорение нижней части устройства и переполнение куба;
- очень низкое атмосферное давление (характерно для высокогорий);
- напряжение в сети выше 220В – в результате мощность ТЭНов возрастает;
- конструктивные ошибки и неисправности.
Самогонщики в своей практике используют , придумывают конструкции, позволяющие получать продукт высокой крепости с минимальным содержанием вредных веществ. Особенно популярна укрепляющая колонна, отлично справляющаяся с этой задачей.
Часто это приспособление называют царгой . Основой деятельности приспособления является многократное испарение жидкостей из браги .
За счет чего происходит очистка конечного продукта от , которые постоянно, пытаясь вырваться из отбродившего сусла, вынуждены возвращаться обратно вместе с конденсированной водой. Из-за того, что пары воды также частично конденсируются, не доходя до холодильника, самогон получается с высоким градусом.
Пленочная — это колонна, не наполненная насадками (пустотелая). Что происходит внутри?
- Испаряясь из браги, пары спирта вместе с примесями попадают в укрепляющую колонну.
- Здесь они охлаждаются, либо принудительно с помощью водяной рубашки (что предпочтительнее), либо на воздухе.
- Происходит разделение на фракции:
- спирт, имеющий температуру кипения 78°С, поднимается выше в виде пара, попадает вначале во второй холодильник, где конденсируется, превращаясь в жидкость, и уже оттуда – по трубочке стекает в приемную посуду;
- все более тяжелые фракции (включая воду и сивушные масла) дальше не проходят. Они конденсируются уже в укрепляющей колонне и пленкой текут по ее стенкам обратно в перегонный куб. Именно поэтому данный вид укрепляющей колонны назван пленочным.
Справка. Изобретательные самогонщики иногда направляют на царгу поток воздуха от вентилятора.
Это дает эффект, но при этом ради собственной безопасности следует пользоваться исключительно электроплитой , чтобы вентилятор не задул газовое пламя.
Цилиндр укрепляющей колонны наполняется насадками (например, кусочками мочалок из нержавейки и т.п.) Кроме того, что такая колонна отбирает флегму с высоким содержанием сивухи, она еще не дает подняться выше метанолу. Поэтому на выходе крепкий спиртовой дистиллят будет чище от примесей, чем при использовании пленочной царги.
Необходимость колонки
Присутствие в самогонном аппарате укрепляющей колонны обусловлено желанием получения высокоградусного и уже в значительной мере самогона.
В парциальном охладителе происходит отбор самых вредных, наиболее насыщенных вредными веществами, «головных» паров. То есть то, что мы называем «головами» самогона и нещадно выливаем, несмотря на высокую крепость, уже не является вредоносным.
Избавленные от флегмы «головы» не имеют резкого сивушного запаха и почти не содержат опасных примесей, из-за которых от самой крепкой части самогона избавлялись.
Принцип работы
Охлаждаясь в колонке, самогонные пары разделяются и дальше уходят те, что имеют более низкую температуру кипения (спирты), а остальные компоненты стекают назад в перегонный куб.
Во время этого процесса пар, содержащий спирт, идущий кверху по царге, входит во взаимодействие со стекающей по стенкам флегмой.
Происходящий процесс называется тепломассообменом : пары вновь отбирают из конденсированной жидкости остающиеся составляющие, имеющие низкий градус кипения, а также отдают флегме сохранившиеся в спиртовых парах воду и сивуху. Так происходит повышение градуса будущего .
В начале перегона устанавливается минимальная температура, которая вверху колонки не должна превышать 76°. Так во второй охладитель (или единственный, если первого нет), проходят только головные фракции (они капают по 2-4 капли в секунду, их отбирают отдельно).
Особенности. Опытные винокуры определяют «головы» по специфическому запаху.
Как только он меняется в лучшую сторону – это уже тело. Для начинающих – это 50 мл (если перегоняется 15-17 литров браги). При использовании укрепляющей колонки спирт не выходит, а возвращается в куб. Затем температуру повышаем и гоним уже спирт, не отбирая «хвосты».
Устройство
Царга представляет собой трубу из нержавейки либо меди, которая устанавливается вертикально непосредственно на перегонный куб. В большинстве случаев она наглухо соединена с крышкой, навинчивающейся или иным способом закрепляющейся на емкости с брагой.
Обратите внимание . Укрепляющая колонна также может иметь свой холодильник, к которому подключена водяная рубашка. Называется это приспособление парциальным охладителем .
При упрощенной схеме проточного охладителя нет, труба охлаждается от воздуха. Но при таком устройстве удается отобрать сивуху только из самых первых (кстати, действительно наиболее ядовитых) порций спиртовых паров.
Тело самогона уже гонится, как обычно. Хвосты желательно не «подбирать» или гнать в отдельную посуду, чтобы в дальнейшем добавить при следующем перегоне.
Труба укрепляющей колонны иногда переходит в (в более сложных конструкциях), где спиртовые пары окончательно освобождаются от сивухи.
При такой конструкции действительно удается получить практически чистый ректификат — спирт крепостью до 95°.
Чаще царга переходит в , который дополнительно освобождает алкоголь от примесей, а оттуда – в , где спиртовые пары окончательно охлаждаются и стекают уже в виде жидкости в подставленную посуду.
Это – модель усовершенствованного дистиллятора, с помощью которого можно получить самогон крепостью в 80° и выше.
Самая простая конструкция, когда колонка непосредственно переходит в охладитель . Дистиллят также будет крепким (при условии разделения на фракции), но требует дополнительного очищения с помощью либо других веществ.
Как сделать своими руками?
Можно ли не покупать укрепляющую колонну, а сделать ее собственноручно? Да, это не слишком сложный механизм. Понадобятся:
- труба из пищевой нержавейки или меди. Наиболее распространенный размер: ширина – 22 мм, высота – от 40 до 90 мм;
Важно. Чем больше высота, тем качественнее разделение паров на фракции, но скорость перегона (производительность) снижается.
- фитинги переходные с 22 на 15 мм. Количество зависит от того, каким образом колонка соединена с крышкой перегонного куба. Если это глухое соединение, то нужен один фитинг – в месте перехода укрепительной колонки в холодильник;
- сварочный аппарат либо паяльник с расходными материалами;
- отрезок трубки и заглушка – для градусника;
- градусник . Предпочтительнее – кухонный механический (с круглой шкалой);
- по желанию – металлическая сетка (закрепляется в нижней части колонки) и кусочки мочалки из нержавейки (меди), если планируете сделать колонку с насадками.
Внимание. У колонки с насадками периодически необходимо менять кусочки мочалки либо другой используемый материал (медные пружинки и т.п.).
Порядок работы:
- Отрезаем кусок трубы диаметром 22 мм необходимой длины.
- При использовании насадок нижнее отверстие закрываем сеткой, чтобы кусочки мочалок не проваливались в куб, но пары могли свободно подниматься, а флегма – стекать вниз.
- Не доходя 1 см до верха трубы, просверливаем отверстие под трубку 15 мм, в которую будет вставлен градусник.
- Трубку 15 мм обрезаем, заглушаем и вставляем под углом в проделанное отверстие. Впаиваем или ввариваем.
- Надежно соединяем укрепляющую царгу с патрубком (пробкой) перегонного куба сваркой или фитингом.
- Если делаем колонку с насадками, наполняем ими трубу.
- Закрепляем фитинги, проверяем герметичность всей конструкции и опробуем в действии.
Особенности. Медь предпочтительнее также в том случае, если с помощью аппарата с царгой вы собираетесь гнать зерновой виски. Именно этот материал используют в (в том числе – промышленных).
При использовании медной трубы и фитингов (подойдут для соединения пищевых водопроводов) работать проще, ведь медь прекрасно поддается пайке и не нужно применять сварочный аппарат.
Усложняя задачу и желая изготовить дополнительный водяной кожух, можно использовать для колонки трубку 15 мм, для кожуха – 22 мм. Также понадобятся патрубки (0,9 – 10 мм) для подключения и отвода воды.
Обладая определенными навыками, вы справитесь с поставленной задачей и без лишних хлопот изготовите собственную укрепляющую колонну.
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.
Безусловно, среди всех разновидностей самогонных аппаратов домашняя ректификационная колонна является одной из наиболее сложных как в эксплуатации, так и в изготовлении. Как правило, для самогоноварения в домашних условиях применяют колонны промышленного производства, которые можно приобрести почти без ограничений в каждом специализированном магазине. Однако, также вполне возможно сделать ее своими руками.
Для того чтобы сделать этот аппарат нужно иметь его схему и чертежи конструкции, а также знать главные принципы работы колонны и смысл процессов, происходящих в ней. А происходит здесь довольно много интересного - процедура ректификации от обычной дистилляции отличается своими химическими и физическими основами.
Ректификационная колонна: Принцип работы
В колонне, как и в простом дистилляторе, находятся и холодильник, и нагреватель, и регулятор, являющиеся рабочими и полноценными элементами. Однако от поверхности браги на пути спиртосодержащего пара до змеевика холодильника расположен еще один сложный узел, называющийся ректификационной колонной. Данный узел собой представляет высокую трубу, сечение которой больше ее размера в 40-60 раз. На схеме в разрезе показана как устроена спиртовая или бражная колонна для приготовления спирта.
Горячий пар по трубе поднимается вверх, охлаждается медленно по пути, конденсируется, и стекает вниз, назад в емкость. Конденсат во время движения сверху вниз контактирует с горячим паром, заново нагревается, и легкокипящие вещества опять превращаются в пар. Среди данных веществ находится и этиловый спирт.
Когда подобрать режим работы этой колонны так, чтобы пары спирта начинали на определенной высоте конденсироваться, в которой находится заборный патрубок, то в холодильник начнет поступать чистый спирт, без различных примесей. Через определенное время в этом устройстве начинается режим динамического равновесия, за счет разницы паровой фазы и теплоемкостей жидкости, помимо этого, жидкостно-паровая смесь начинает разделяться по химическому составу на фракции, от чего будет зависеть температура парообразования
.
Непосредственно в самом верхнем участке скапливаются пары летучих примесей - ацетона, альдегидов и других ядовитых компонентов. Во время температуры колонны на верхнем термометре более 70 градусов они просто выходят в атмосферу, так как она с внешним воздухом соединена клапаном или патрубком и работает почти под атмосферным давлением.
Приблизительно на высоте три четверти от размера колонны начинают собираться пары спирта, которые и необходимо отобрать . Ниже - сивушные масла и другие элементы, у которых температура кипения больше спирта. На участке отбора спирта необходимо сохранять температуру в пределах 75-77 градусов, чтобы это можно было реализовать и потребуется значительный размер колонны, нежели объемнее зоны различных фракций, так проще отделить один элемент от другого.
Как сделать ректификационную колонну своими руками?
Сооружение ректификационной колонны в домашних условиях своими руками - это не миф. Это доказывают множественные фото и видео в интернете, а также посты на форумах. Даже когда они наполовину такие, как утверждают их владельцы, то этот агрегат стоит сделать. Однако необходимо учесть тот факт, что для как такового получения самогона ректификационная колонна, вне зависимости от того, промышленного или самодельного производства, не подходит.
Ректификационное устройство требуется для получения спирта с минимальным количеством добавок, в том числе и смол, и ароматических веществ, которые самогону придают особый привкус и аромат. Однако полученный спирт можно применять в качестве основы для каких-то алкогольных напитков сделанных в домашних условиях, не переживая за отравление эфирами и метилами или сивухой, способствующие сильному похмелью
.
Для повторной перегонки обычного самогона или спирта-сырца, который получен на привычном дистилляторе для самогонщиков, ректификатор является незаменимой вещью. Ни одна система перегонки не сравнится с качеством полученного продукта.
Технология изготовления
В домашних условиях ректификационная колонна своими руками будет работать должным образом лишь, если ее высота будет составлять не меньше 1,9-2,1 метра при внутреннем диаметре 45-60 мм. Эта колонна сложная в эксплуатации, хранении и изготовлении. Желательно ее соорудить разборной, на резьбовых или ламповых соединениях, довольно удобно применять и муфты.
Муфтовое соединение не будет проблемой, когда у вас есть опыт работы на токарном станке. Иначе нужно будет воспользоваться платными услугами специалистов.
Принцип конструкции
Основные составные элементы ректификационной колонны следующие:
- холодильник-дефлегматор;
- корпус;
- термометры;
- тепловая изоляция;
- насадка (спиральная или тарельчатая).
В общей схеме непосредственно самогонного аппарата находится еще и емкость для браги, а также холодильник для конденсата, который собой представляет простой змеевик. Если грамотно смастерить ректификационную колонну, то ее будет можно поставить на любое самогонное устройство с баком объемом не меньше 20 л.
При меньших размерах
можно будет лишь разогнать ее до рабочего состояния и получить пару литров спирта (от вероятного выхода процентов 50). Наилучший объем испарителя - 27-45 литров. Таким образом, удобней отрегулировать температуру процесса, которая во время ректификации считается одним из главных факторов.
Помимо этого, производство спирта в количестве до 9-12 литров занимает такое же количество времени на разгон и подготовку колонны, как и 4-6 литров. Чаще всего экономия времени также довольно важна для уменьшения себестоимости продукта.
Корпус
Корпус желательно изготовить из трех частей, приблизительно одинаковых по длине. Снизу к трубе из нержавейки для крепления на перегонный бак приваривается фланец с крепкой крышкой. Высота колонны довольно большая - приблизительно 2 метра. Оптимальное решение – это фланцевое соединение на герметичной прокладке. Фланцы обязаны быть приварены так, чтобы вся конструкция находилась в четко вертикальном положении, лишь в этом случае она будет работать, как нужно.
Элементы корпуса соединяются друг с другом резьбой или клампами - как удобнее. Самое важное, чтобы сохранялась герметичность. Наилучший материал для основной трубы - пищевая нержавеющая сталь .Этот материал имеет относительно низкую теплопроводность, а в колонне нежелательны потери тепла, вплоть до прохода в холодильник паров.
Две части снизу - это просто отрезки трубы. Здесь будут установлены насадки - приспособления, которые увеличивают площадь контакта жидкости и пара. Наиболее сложный самый верхний элемент конструкции, здесь:
- необходимо оборудовать проточный холодильник;
- предусмотреть воздушный клапан;
- гнездо для термометра;
- отводной патрубок.
Проточный холодильник занимает примерно половину части верхней 1/3 колонны. Наиболее простое решение - намотать поверх трубы нержавеющий или медный змеевик. Более сложный способ - это установить тот же змеевик, охладитель Димрота или шариковый холодильник вовнутрь трубы.
Для этой задачи можно приобрести трубу большего сечения, соединив с помощью переходника с нижней частью. Вариантов в этом случае большое количество - смысл один, дефлегматор обязан на пути пара обеспечить барьер и до достижения воздушного клапана преобразовать его в конденсат. Сюда обязаны попадать лишь пары
с температурой не более 60 градусов. Когда холодильник не сможет справиться с его задачей, то в воздух одновременно с летучими элементами выйдет спирт.
Воздушный клапан ставится в самой верхней точке и требуется для выравнивания давления. Клапан можно и не ставить, а просто установить медную тонкую трубку (Ø4-5 мм). Наличие трубки потребует на всех стадиях ректификации особого контроля за температурой. Во время отбора голов Т=55–65 С обязана находиться на уровне заборного патрубка.
Отбор производится через патрубок, который врезается в корпус ниже холодильника с дистанцией 3-6 см от него. Он собой представляет простую трубку, куда подключается от медицинской капельницы силиконовый шланг.
Сделанная своими руками ректификационная колонна работает довольно медленно, главный забор происходит в капельном режиме. Это необходимо учитывать - изготовление 9-12 литров спирта может занять целый день .
Насадка
Данная часть колонны является одной из наиболее важных. Для ректификации применяются два типа насадок:
- спиральная, из стальной сетки, туго закрученной в спираль либо специальных проволочек, которые свиты в призматические спиральки, они просто засыпаются вовнутрь колонны;
- тарельчатая, в форме сетчатых или колпачковых элементов.
В первом случае снизу колонны ставится сетчатый фильтр, который не допускает выпадение насадки. Для изготовления своими руками ректификационной колонны наиболее эффективной считается тарельчатая насадка колпачкового типа. В данном случае необходимо работу начинать именно с покупки тарелок - размер корпуса обязан соответствовать их диаметру. Проще всего подобрать трубу под тарелки, нежели наоборот.
Сетчатые перегородки изготовить гораздо проще, для чего потребуется лишь набор сверл 2-3 мм и сверлильный станок или дрель. Перегородки изготавливаются из меди, латуни или нержавейки. На один метр высоты колонны их необходимо 8-10 штук.
Спирально призматические специальные насадки Панченкова (РПН), сетку либо аналоги нужно будет приобретать в специализированных магазинах. Самому их не получится изготовить . Выбирать сетки для мытья посуды не стоит - для них применяют неизвестные сплавы, которые смогут войти в реакцию с парами примесей или спирта.
Теплоизоляция
Колонну нужно защитить от теплопотерь на высоту не меньше нижнего среза дефлегматора. В качестве утепления можно выбрать любой эластичный теплоизолятор - трубчатые базальтовые фольгированные утеплители, пеноизол, пенополиуретан. Утепление - это довольно важный этап. Если избежать теплопотерь, то высоту фракционных слоев можно уменьшить на 10-20%. Причем концентрация вещества, в данном случае - спирта, в них повысится, четко сохраняя границы фракций.
Автоматизация ректификационной колонны
Довольно сложный процесс ректификации нуждается в постоянном наблюдении и присутствии человека. Качественная автоматика позволяет проводить ректификацию, без постоянного присмотра. Она дает возможность отобрать головные фракции в отдельную емкость, не допускает в товарный спирт попадания «хвостов».
Блок управления ректификацией (БУР) уменьшит мощность во время отбора, включит воду для охлаждения при необходимой температуре и автоматически снизит отбор в конце. После отбора хвостов отключит воду и нагрев. Простейший способ автоматизации – это монтаж старт стопа с клапаном, прекращающего отбор во время увеличения температуры в колонне, после восстановления температуры, возобновляется отбор. Для домашнего мини-спиртзавода дешевле приобрести автоматику на профильных форумах или собрать из китайских комплектующих.
Все мы трепетно, с большой гордостью и любовью относимся к тому, что выращено и произведено нашими руками, называя эту продукцию экологически чистой. Не остался в стороне от тяготения к натуральности и чистоте .
Продукт, безусловно, качественный и в разумных количествах — полезный. Однако по-прежнему остро перед мастерами изготовления горячительных напитков стоит вопрос об избавлении продукта от вредных примесей .
А вы умеете очищать самогон? Ведь сивушные масла непременно содержатся даже в «чистой как слеза» жидкости, тонко струящейся из трубки обычного , в котором не предусмотрена колонна для дистилляции, в подставленную банку.
Готовая водка, которую мы все периодически покупаем в магазинах, избавлена от вредных веществ, прежде всего – от сивушных масел. А секрет довольно прост.
На заводах, занимающихся производством алкогольных напитков, применяют не дистилляцию (как в самогоноварении), а ректификацию , принципиально другой метод.
Поэтому «казенка» избавлена от примесей и оказывает обычно более мягкое воздействие на организм. Мы, естественно, говорим о качественной водке.
Рассмотрим, что такое ректификационная колонна и зачем она нужна доке самогоноварения. Прежде всего – это своеобразная надстройка над перегонным баком , служащая фильтром, в котором оседают . Подробная схема ректификационной колонны приведена ниже.
Основной принцип действия колонны – механическая очистка самогона от разнообразных примесей еще на стадии производства.
При обычной дистилляции (перегонке) все спиртовые, а также другие пары во время нагревания выделяются из браги, перемешиваются между собой, чтобы вместе уйти через отводную трубку в холодильник, а затем уже 
Разделение этих паров на спиртовые и сивушные в обычных бытовых условиях сложно.
Только частично можно добиться результата контролем температурного режима, и отделением «голов» с «хвостами» .
А вот как работает ректификационная колонна: при ректификации смешанные пары, поднимаясь вверх, преобразуются в жидкость, стекающую в специальные «тарелочки», которыми снабжена ректификационная очищающая колонна перегонного аппарата.
Во флегме (жидкости в тарелочках) остаются легколетучие соединения (закипающие при довольно низких температурах), а выше, в систему охлаждения, поднимаются труднолетучие, где превращаются в спиртосодержащую жидкость — очищенный самогон.
Во флегме остаются сивушные масла и другие вредные соединения, а спирт беспрепятственно конденсируется в и стекает в подставленную посуду.
Для самодельных устройств принцип работы ректификационной колонны остается тем же, но функцию задержки флегмы выполняют не тарелочки, а множественные мелкие пружинки из кухонных мочалок, сделанных из нержавеющей стали.
Как сделать в домашних условиях?
Существуют уже готовые самогонные аппараты с ректификационной колонной, которые можно купить через интернет. Как правило, они удобны и достаточно качественны, но цены на ректификаторы многих останавливают даже в стремлении изготавливать исключительно качественный самогон.
Так что, опустить руки и пользоваться «дедовскими» методами для очистки продукта: ватой, активированным углем, кофейными фильтрами? Конечно же нет, народные умельцы нашли выход и из этого положения.
Мы научим, как сделать ректификационную колонну самостоятельно, буквально из подручных материалов . Но прежде чем приступать к реализации задумки, взвесьте как следует плюсы и минусы этого устройства.
Плюсы ректификации:
- Практически идеальная очистка самогона от вредных примесей.
- С помощью самогона, полученного из аппарата, оборудованного колонной для очистки самогона, сделанной своими руками, можно приготовить очень качественные различные напитки с высоким содержание алкоголя.
- Качество полученного продукта будет соответствовать ГОСТам для промышленного производства.
- Только с помощью ректификационной колонны можно получить действительно чистый и качественный конечный продукт . При обычной перегонке, даже , такого результата не достичь.
Минусы :
- По мнению многих маститых самогонщиков, после прохождения через ректификационную колонну конечный продукт «выхолащивается», теряя не только сивуху, но и большую часть ароматической составляющей (к примеру, привкус варенья, которое вы добавили к ней).
- Процесс изготовления конечного продукта более растянут по времени, значит – требует и больших энергозатрат (электроэнергии, газа, дров).
- Нужна сама колонна, которую необходимо либо купить, либо изготовить самостоятельно.
Чтобы сделать своими руками ректификационную колонну, необходимо, поняв принцип действия, изготовить такой 
прибор.
Помните, что ректификационная колонна для самогонного аппарата требует качественного сырья , чтобы она могла выполнять свое главное назначение.
Понадобится:
- нержавеющая труба диаметром от 30 до 50 мм и высотой 1,3 – 1,4 метра. Желательно выдержать именно такой диаметр, чтобы добиться максимально правильной работы оборудования. Нержавейка — инертный химически материал, он не подвержен коррозии, не выделяет посторонних запаха и химпримесей;
- многие считают, что еще лучше изготовить ректификационную колонну из меди , но это уже – на ваше усмотрение и возможности;
- соединительные элементы , а также силиконовые и/или медные трубки;
- утеплитель (подойдет кусок поролона);
- зажим от медицинской капельницы (не обязательно, но удобства добавляет);
- 2 металлических фиксатора из сетки – по внутреннему диаметру трубы и упорные шайбы для них;
- контактные элементы , которые будут очищать спиртовые пары от примесей. Просто отличны в этом плане мелкие стеклянные шарики, но вопрос в том, где их взять в нужном количестве (они должны на 2/3, или хотя бы наполовину заполнить внутренность колонны). Поэтому нашлась замена – металлические губки для чистки посуды в количестве 30 – 40 штук.
Выбор металлических пружинных губок-мочалок – важнейший этап изготовления ректификатора. Отправляться за покупкой можно только с магнитом . Пищевая нержавеющая сталь (которая допущена к использованию в пищевой промышленности) НЕ МАГНИТИТСЯ!
В противном случае вы можете купить мочалку, которая поржавеет внутри колонны, либо изготовленную из технической нержавейки, выделяющей вредные соединения.
Вот, собственно, и все дополнительное оборудование, при учете, что самогонный аппарат, включая куб и холодильник, у вас уже есть.
Процесс изготовления
Какой будет ваша ректификационная колонна своими руками – решать вам. Принцип сборки также предусматривает несколько возможных решений:
- Выбранную трубу разрежьте на две части (верхняя – 0,5 – 1/3 общей высоты).
- Края, сняв фаску, состыкуйте. Можно – с помощью переходника или резьбового соединения.
- В нижней части трубы необходимо установить сетку из металла, чтобы частички наполнителя не падали в куб. Этой частью самодельная ректификационная колонна будет установлена на перегонный куб.
- Разрежьте имеющиеся у вас губки из нержавейки на небольшие кусочки примерно по полсантиметра. Наполните нижнюю часть (помните, она должна быть не менее 0,5 общей высоты ректификатора, но и не более 2/3) кусочками металлической губки. После этого закройте трубу сеткой и зафиксируйте упорной шайбой.
- Присоединяете нижнюю часть трубы непосредственно к баку, соединение утепляете.
- Общее устройство ректификационной колонны предусматривает наличие водяной рубашки, поэтому на верхнюю часть трубы герметично припаивают водяной корпус с двумя патрубками на ввод и отвод воды для охлаждения.
- Сверху трубу нужно закрыть крышкой либо запаять, сделав отверстие под атмосферную трубку.
- Выше от стыка с нижней трубой на 1,5-2 см проделайте отверстие для патрубка, через который выводится дистиллят (самогон). Под ним прикрепите пластинку, на которой будет собираться конденсат — флегма.
- Состыковываете отрезки трубы между собой. Вот колонна, предназначенная для очистки самогона своими руками и готова.
Важно! Соединение труб должно быть герметичным, но разборным. Если посадить его на герметик, исчезнет возможность промывать внутреннее наполнение, а также при потребности – заменять его.
Важно чтобы кусочки пружинок не переплетались между собой, а компактно утрамбовывались . Не заталкивайте наполнитель принудительно, лучше встряхивайте и постукивайте трубой, заполнив весь отрезок.
Завершающий этап – подсоединение к уже имеющемуся в самогонном аппарате холодильнику. Делать это удобно с помощью силиконовой трубки, с установленным в ней зажимом от капельницы. Так вы в любой момент сможете регулировать скорость движения жидкости.
Полезные видео по устройству и изготовлению своими руками
Принцип работы ректификационной колонны:
Новая ректификационная колонна «Прима», принцип быстросъёмного соединения, смотрим:
Практическая работа на колонне с момента залива спирта-сырца до отделения хвостов:
Рассмотрев чертеж ректификационной колонны, вы поймете, как ее правильно собрать. А проверив ее в действии, поймете, что теперь вы изготавливаете крепкий и идеально очищенный самогон. Поделитесь информацией с друзьями по социальным сетям!