Хотя чаще всего этот вопрос звучит «как работает укрепляющая пленочная колонна?», я намеренно не стал разделять в заголовке колонны пленочные (бражные) и насадочные (собственно ректификационные). Дело в том, что с принципиальной точки зрения, суть их работы одинакова. Давайте начнем все же с рассмотрения работы пленочной колонны с паровым отбором.
Возьмем для рассмотрения разрез дефлегмирующей части колонны.
Тут показан момент работы колонны в начале процесса, когда в дефлегматор подается полный поток охлаждения, и происходит полная утилизация подаваемой в куб мощности нагрева. Колонна, как говорится, работает на себя. Это означает, что температура жидкости в кубе уже достигла температуры кипения, соответствующей спиртуозности, но на отбор ничего не проходит, так как весь пар конденсируется дефлегматором и возвращается в куб. Для простоты понимания, примем, что в составе кубовой жидкости имеются три фракции с температурами кипения соответственно t
1 , t 2, и t 3 по возрастанию. Соответственно, фракция 1 закипает раньше, чем 2, а фракция 3 закипает последней.Сконденсировавшаяся на внутренней поверхности дефлегматора на определенной его высоте (в зоне, где температура пара сравнивается с температурой конденсации определенной фракции) флегма образует пленку, равномерно покрывающую поверхность трубы и стекает вниз. Навстречу ей по центру колонны поднимается горячий пар, который взаимодействует с пленкой, постепенно нагревая ее. Наступает момент, когда пленка начинает испаряться и присоединяется к движущемуся наверх пару. Это и называется переиспарение. Из-за инертности тепловых процессов и по ряду других причин, переиспарение имеет определенный диапазон и занимает определенное пространство поверхности колонны. На иллюстрации видно, что фракция 1 переиспаряется в диапазоне между t1 конд и t1 исп, занимая свою часть поверхности колонны. Такой же процесс происходит и с фракцией 2, а фракция 3 в данном примере полностью находится в кубе (у нее самая высокая температура кипения и конденсации).
Дав колонне поработать на себя приступаем к отбору первой фракции.
Для этого уменьшаем проток воды через дефлегматор до того момента, когда точка t1
конд выйдет за пределы дефлегматора. Конденсация фракции 1 будет теперь происходить уже в основном холодильнике. Мы можем начать отбирать ее.
Если бы температуры кипения фракций заметно различались, а их самих было бы немного (как в нашем примере — что нам может помешать смоделировать такую ситуацию, хозяин-барин), то отбор продолжался бы до полного изъятия фракции 1, после чего прекратился бы полностью. Фракция 2 при этом занимала бы в колонне место примерно аналогичное месту фракции 1 на первой картинке, а фракция 3 перешла на место фракции 2.
В этот момент, мы опять уменьшаем охлаждение дефлегматора и начинаем отбирать фракцию 2 до «полной победы». Ну и так далее, со всеми остановками. Менять проток воды через дефлегматор нужно аккуратно, не забывая о инерционности тепловых процессов и очень точно (для этого нужен термометр после дефлегматора и игольчатый кран на воду).
Весь подобный технологический процесс иллюстрирует такое понятие как «разделение».
Чем точнее регулировки, чем больше площадь контакта флегмы и пара — тем выше разделяющая способность колонны. Принято говорить о «тарелках». Что это такое? В промышленных колоннах внутренний объем восходящей части заполнен горизонтальными дисками сложной формы с прорезями, сквозь которые стекает флегма. Такая конструкция позволяет получить огромную площадь поверхности пленки и хорошее переиспарение. Чем больше таких дисков, называемых «тарелками», тем выше разделяющая способность колонны. В промышленных колоннах количество «тарелок» начинается от 100. Для сравнения насадочные колонны имеют одну «условную тарелку» на каждые 2-10см высоты насадочной части (зависит от диаметра, высоты и используемой насадки, разница в применяемой насадке как раз и определяет то, сколько условных тарелок вы получите в метре вашей колонны), а пленочные на 20см флегмообразующей части (опять таки зависит от состояния поверхности внутренней части колонны, наличия в ней спирали и т.п.). Но это в идеале. Вот и посчитайте — чтобы достичь качества разделения промышленной колонны насадочная колонна (работающая на традиционных насадках) должна была бы иметь высоту 2-10м, что, конечно, малореально в домашних условиях. Однако, промышленная технология отличается от «домашней» (отбор, например можно делать с любой нужной тарелки или с нескольких сразу, отбирая разные фракции) и далеко не весь свой потенциал промышленики пускают в дело. В общем случае, для получения качественного (с точки зрения «внутреннего» ГОСТа винокура) «спирта-дистиллята» вполне достаточно 15-20 «условных тарелок». Ну, а ректификат удовлетворительного качества можно получить на 50 тарелках (для насадки СПН — это примерно от 1 метра насадочной части), что вполне достижимо в домашних условияхС разделением вроде разобрались. А как быть с укреплением? Да все просто. Крепость-то зависит от количества воды в растворе, а вода тоже одна из фракций. Чем лучше делятся и отбираются фракции, тем больше крепость. Т.е. в принципе, при соблюдении всех технологических «премудростей» более крепкий продукт одновременно и более чистый. Хотя, при неправильных режимах работы можно ведь отобрать только воду (утрирую, конечно, но можно). Тогда получим крепкий шмурдяк на выходе.
В продаже на сегодняшний день есть десятки разновидностей самогонных аппаратов, среди которых немало удачных моделей, с помощью которых можно получить не только традиционный самогон, но и довольно чистый спирт. Есть и аппараты с парогенераторами, предназначенные для перегонки плотного сусла, с их помощью можно получить домашний виски, кальвадос или сливовицу.
Заводская бражная колонна
Среди менее-более традиционных аппаратов несколько затерялись бражные колонны. О них известно сравнительно немногим людям, занимающимися самогоноварением как хобби, или профессионально перерабатывающим продукцию своего сада на спиртное. Такой вид деятельности распространен в регионах, привлекательных для туристов, где климат позволяет выращивать различные фрукты в промышленных масштабах.
Что такое бражная колонна
Следует уточнить, что бражная колонна, которая используется в домашних самогонных аппаратах, принадлежит к классу пленочных, несколько ограниченных в сфере применения и производительности. Но это самый простой конструктивно вариант тепломассообменного устройства, который, к тому же, на удивление качественно работает.
Почему «на удивление»? Многие домашние умельцы и производители промышленных самогонных аппаратов для бытового использования идут путем наименьшего сопротивления. Они берут принципиальную схему промышленной установки, какие используются на спиртовых и водочных заводах и путем уменьшения размеров создают свои конструкции. Принцип работы, вроде бы, тот же, но многие процессы при этом начинают происходить совершенно иначе.
Причиной тому теплоемкость материала установки, те же размеры - полный тепломассообмен происходит медленно, требует больших площадей контакта, стабильности температуры и соблюдения еще многих физико-химических параметров. Схема вроде бы рабочая, но не совсем.
Такой принцип конструирования напоминает авиастроителей, которые уменьшили «Боинг» до размеров «кукурузника» и удивляются, почему он не летает, а если и летает, то намного хуже.
Бражная колонна сделанная своими руками, конечно же, работает, но феноменальных результатов ждать от нее не приходится. Качественный спирт можно получить после второй перегонки, как на хорошем дистилляторе с сухопарником и барботером после третьей дистилляции и фильтровании при помощи активированного угля. Экономический эффект очевиден, но бражные колонны требуют постоянного контроля и соблюдения температурного режима.
По своей сути, бражная колонна представляет обычный дефлегматор, в котором с большой эффективностью отделяются пары спирта от высококипящих примесей (сивухи). Значительного увеличения выхода спирта нет, можно добиться прироста на 5-10%, но происходит ли это из-за применения бражной колонны, или благодаря тщательному соблюдению температурного режима. По эффекту действия бражная колонна равняется с тандемом сухопарник-барботер.
Конструкция колонны
Технически бражная колонна представляет собой отрезок медной или нержавеющей трубы диаметром 25-50 мм высотой равняющейся тридцатикратному диаметру. Колонны с меньшим соотношением выполняют более декоративные функции.
В верхней части колонны, приблизительно на отрезке в 25% от всей длины, монтируется первичный холодильник. Он должен охладить пары браги до точки конденсации тяжелых примесей и вернуть конденсат обратно в бак. Холодильник может быть сделан в виде встроенного змеевика, внешнего змеевика в виде намотанной на колонну медной трубки, водяной рубашки.
В бражной колонне изготовленной своими руками, лучше всего использовать первые два варианта. Водяную рубашку сделать самостоятельно довольно сложно, это доступно только при наличии промышленного оборудования и определенных инженерных знаний и слесарных навыков. Схема холодильника выбирается исходя из конкретных условий.
Чуть выше змеевика предусматривается место для установки термометра. В аппарате с бражной колонной обязательно должны быть два термометра - на баке и на верхней части колонны. Причем работать они должны с одинаковой точностью, как электронные, так и биметаллические.
Наличие на рынке многочисленных термометров из Поднебесной еще не гарантируют того, что вам удастся купить два, показывающие одинаковую температуру в одинаковых условиях. Придется их проградуировать. Делается это очень просто и доступно любому школьнику - в миску или кастрюлю наливается 1 л воды и засыпается 1 кг колотого льда (приготовить его придется заранее в морозилке холодильника).
Спустя минут 15-20, когда лед начнет потихоньку таять и останется его примерно половина от прежнего количества, погружаем датчики термометров в эту смесь. Минуты через две оба термометра должны показывать 0 С. Если показания разные, то вы хотя бы знаете, насколько они расходятся.
Но градуировка на этом не закончена. На плите вскипятите воду и погрузите термометры в кипяток. Тот, который покажет 100 С работает правильно. Его и следует использовать, как базовый, а на втором учитывать погрешность.
Верхняя часть колонны паропроводом из трубки диаметром 8-10 мм соединена с холодильником классической конструкции, какие используются в обычных дистилляторах. В бражной колонне очищаются спиртовые пары, а их конденсация происходит в холодильнике.
Оба охладителя, на колонне и на конденсаторе работают независимо друг от друга. При этом холодильник на колонне должен быть регулируемым. Это удобно сделать, смонтировав на входном (нижнем) его патрубке обычный кран-регулятор от батареи отопления. Для чего он нужен, будет сказано ниже.
Материалы изготовления
Бак аппарата с бражной колонной своими руками лучше всего сделать из нержавейки. В крышке следует сделать резьбовой или фланцевый штуцер для соединения с колонной. Очень удобно использовать хомуты Кламп. Соединение получается прочным, монтируется и демонтируется аппарат быстро и не требует применения инструментов.
Сама колонна изготовляется из меди или нержавеющей пищевой стали. Можно использовать и латунь, если удастся найти подходящую трубу. Утеплять бражную колонну не рекомендуется.
Холодильник и паропроводы тоже делаются из меди или нержавейки. Их этих материалов несложно изготовить змеевики и все виды соединений. Купить медную трубку любого диаметра (или нержавеющую) можно в интернете или хозяйственном магазине.
Как работает бражная колонна пленочного типа
Принцип работы бражной колонны очень похож на действие ректификатора, но в несколько упрощенном виде. Пары, содержащие спирт и сопутствующие жидкости (альдегиды, эфиры, сивуху и прочие примеси) поднимаются вверх по медленно прогревающейся трубе колонны и конденсируются на стенках, стекая обратно в резервуар. По мере прогревания высота уровня полной конденсации становиться все больше, пока не достигнет холодильника дефлегматора. Это происходит при температуре на верхнем холодильнике около 50-56 С.
Конденсат, флегма вместе со спиртом, стекает вниз, а легкокипящие пары (головы) поступают в холодильник-конденсатор и собираются в отдельную посуду. До начала основной перегонки с 10 литров браги нужно собрать до 0,5 литра голов, чрезвычайно ядовитой жидкости, которая непригодна ни для повторной перегонки, ни для употребления.
Продолжая нагрев куба, доводим температуру на верхнем холодильнике до 76 С. такой она должна быть на протяжении практически всего сеанса, только под конец дистилляции ее можно поднять на 2-4 градуса и собрать получившуюся жидкость в отдельную емкость. Она пойдет на повторную перегонку. Поддерживается требуемая температура с помощью крана на входе холодильника и регулятором плиты или ТЭН.
В самой колонне происходит процесс взаимодействия стекающей по стенкам трубы жидкости и поднимающихся из испарителя горячих паров. Флегма прогревается, и из нее испаряются остатки спирта, поднимаясь к паропроводу холодильника. Сивуха остается в жидком состоянии и стекает обратно в бак.
Все взаимодействие горячего пара и флегмы происходит на стенках колонны, где жидкость образует тонкую движущуюся вниз пленку. Поэтому и колонны такого типа называются пленочными.
При перегонке нельзя допускать, чтобы брага закипела. Температура в кубе не должна превышать 85-90 С.
Бражная колонна из меди лучше нержавеющей по причине высокой теплопроводности меди. Она лучше отводит тепло от пленки флегмы и ее конденсация начинается раньше, что позволяет уменьшить высоту колонны без снижения производительности. Медная трубка и фитинги обеспечивают надежную герметизацию при высокой прочности и надежности всей конструкции.
Другие виды бражных колонн
Часто приходится встречать описания колонн с наполнителем, призматическими насадками и прочими приспособлениями, якобы увеличивающими эффективность колонны. Это не совсем так. Насадки и наполнитель - атрибут ректификационной колонны, в бражной они не совсем уместны.
Отличается по конструкции бражная колонна непрерывного действия. В ней брага подается сверху непрерывным потоком и по пути взаимодействует с поднимающимся снизу водяным паром из парогенератора. Стекающая брага по пути разделяется на множество потоков специальными тарелочными устройствами и прогревается до температуры испарения спирта. Остальные жидкости беспрепятственно стекают в заборную емкость.
Сивуха и прочие вредные жидкости попросту не успевают испариться. Этот принцип работы очень эффективен при промышленном производстве спирта, но трудно реализуем в бытовых условиях.
Это самогонный аппарат колонного типа (дистиллятор), который используется для получения «недоректификата (крепкого, но не дотягивающего до 96,6% крепости спирта). Иногда её путают с или колонной. От ректификационной она отличается отсутствием длинной царги , которая в совокупности с позволяет получать чистейший продукт.
Это отличный вариант для тех самогонщиков, которые не готовы тратить большие деньги на ректификатор, но хотят пить самогон достойного качества . Пленочные конструкции достойны по цене и очень распространены в специализированных магазинах. Предлагаем изучить её устройство и познакомится с принципами работы.
Пленочная, бражная и укрепляющая колонна - это по конструкции одно и то же (хотя и возможности у них разные) . Она состоит из царги, и холодильника.
Пленочная колонна может быть трансформирована в ректификационную только в том случае, если соединения сделаны на клампах. Её необходимо увеличить в размерах, добавив царги и насадки Панченкова. Но изначально её мощности не хватает, чтобы выдавать на выходе чистейший спирт максимальной крепости.
Это хороший самогонный аппарат, позволяющий получать крепкий самогон весьма хорошего качества (выше, чем у классического дистиллятора).
Благодаря неполной очистке, продукт получается немного ароматным и со специфичным вкусом . Он полностью раскрывается при разбавлении водой до классической крепости 40%.
Это одновременно хорошо и плохо : можно сделать чачу или с интересным вкусом, но вместе с ним останутся и вредные примеси. Поэтому если вы любите вкусные крепкие напитки, то пленочный вариант для вас очень достойный. Если же вы предпочитаете обычную водку (грубо говоря), то отдайте предпочтение ректификационной колонне.
Как правильно на ней работать
Чтобы получить более-менее нормальный продукт, вам нужно будет совершить двойную перегонку и во время второго раза очень точно отобрать головы . В этом состоит весь секрет успеха работы на подобном оборудовании.
Поэтапно это выглядит следующим образом:
Кожухотрубный дефлегматор — самый лучший. Но обычно в подобное оборудование ставят рубашечный.
- Перегоняем в первый раз брагу без использования дефлегматора на максимальной мощности.
- Моем дистиллятор. Многие ничего не чистят, но мы предпочитаем потратить лишние 15 минут и сделать это.
- Начинаем нагревать наш спирт-сырец. Сразу же включаем дефлегматор и дожидаемся температуры в кубе 80-85 градусов. После этого снижаем нагрев и ждём ещё 15 минут, пока фракции максимально стабилизируются в царге.
- Постепенно уменьшаем подачу воды в дефлегматор, дожидаемся капельного отбора и из нашего продукта. Ориентируйтесь на запах ацетона. Как только самогон станет адекватным на запах, меняйте приёмную ёмкость и продолжайте отбирать тело.
- Где-то начиная с подъёма температуры до 92 градусов начнут капать . Их можно собрать в отдельную тару, а можно просто закончить перегонку.
- Разбавляем продукт до крепости 40% и даём ему настояться несколько дней.
Многие включают дефлегматор после того, как начинает капать дистиллят (в целях экономии).
Мы предпочитаем сразу же давать небольшой напор, чтобы не пропустить лишний продукт и проверить работу охладителя. Если вдруг что-то потечет, то лучше это предвидеть сразу, а не в процессе отбора.
Что можно сделать для увеличения крепости и чистоты самогона
Есть ряд тонкостей, которые важно понимать и при необходимости использовать.
Насадка Панченкова в любом случае не повредит.
- Если аппарат сделан на кламповых соединениях, то добавьте ещё одну-две царги, запихните в них насадки Панченкова и увеличьте крепость самогон до 96,6% крепости . Преобразовать ваш дистиллятор в ректификационную колонну можно, но диаметр основной трубы должен быть хотя бы 1,5 дюйма (38 мм), иначе наращивать высоту смысла особого нет.
- Чем медленнее отбор, тем точнее вы отбираете фракции . На большой скорости вместе с головами будет попадать и тело продукта, а вместе с телом и хвосты. Чтобы чётко отбирать то, что вам необходимо, увеличивайте подачу воды в дефлегматор и отбирайте всё медленно.
- Проверяйте дефлегматор заранее, чтобы не облажаться во время перегонки . Если что-то вдруг потечёт или шланг оторвется от штуцера, то лёгкая паника может привести к печальным последствиям. Выделите 50 рублей из бюджета на воду и подайте напор заранее, это спасёт вас от многих психологических проблем.
Общий совет: не спешите .
Если первая перегонка ещё требует ускоренного темпа, чтобы во время варки выделялось поменьше вредных примесей, то во время второй смысла в этом нет.
Анализируя запросы поисковиков, по которым на мой блог попадают посетители, я пришел к выводу, что суть работы дефлегматора и самой пленочной колонны не до конца всем понятна. Соответственно и отличие от обычного аппарата с одной стороны и от рекколонны с другой.
Давайте попробуем более детально разобраться в чем тут дело.
Начнем с терминов. Как говорит нам википедия:Ректификация (от лат. rectus - прямой и facio - делаю) - это процесс разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счет противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью. Ректификацию можно проводить периодически или непрерывно. Ректификацию проводят в башенных колонных аппаратах, снабженных контактными устройствами (тарелками или насадкой), ректификационных колоннах.
Дистилляция (лат. distillatio - стекание каплями) - перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров.
Из сравнительного анализа этих терминов видно, что в одном случае имеет место прямой проход пара на охладитель/конденсатор (дистилляция), а во втором случае часть сконденсированного пара возвращается в виде жидкости обратно, повторно/многократно реагирует с вновь образованным паром (ректификация) и лишь потом поступает на конденсатор. Результатом этого многократного переиспарения является качественное разделение смеси на составные части (и значительное укрепление продукта с одновременным уменьшением общей производительности). Т.е. в результате ректификации мы получаем набор разных продуктов (отдельно спирт, воду, сивушное масло), а в результате дистилляции — более менее однородный продукт (спирт, вода и сивушное масло вместе). Напомню, что термин «сивушное масло» является собирательным и обозначает некий комплекс веществ и соединений, входящих в состав дистиллятов/ректификатов спиртосодержащего сырья помимо воды и собственно спирта (см. ). Кроме вредных для здоровья компонентов сивуха содержит и вкусоароматические составляющие, наличие которых в готовом продукте часто приветствуется.
Таким образом разделителем понятий дистилляция и ректификация является «противоточный массо- и теплообмен между паром и жидкостью» . Как и когда он возникает? Или, иначе:
Что такое дефлегматор? Дефлегматор по своей сути является холодильником/конденсатором, который конструктивно может быть выполнен по разным схемам. Его главное предназначение — сконденсировать часть проходящего паропотока в жидкость (которая называется флегмой ) и направить эту жидкость обратно в куб навстречу потоку пара. Встречаясь с паром флегма разогревается и вся/частично вновь превращается в пар. И опять конденсируется дефлегматором и снова стекает в куб, и так далее и так далее. Тут важно понимать ряд условий, максимизирующих выгоды подобной конструкции:
1. Для максимально эффективного переиспарения толщина потока/слоя флегмы должна быть минимальной, а площадь потока максимальной. Поэтому в пустотелых трубах флегма должна стекать равномерно тонким слоем по внутренней стенке трубы, образуя пленку — отсюда название «пленочная». Если использовать колонну, наполненную какой-либо насадкой с развитой поверхностью — можно существенно увеличить площадь контакта флегмы, обволакивающей насадку, и пара — отсюда название «насадочная»
2. Для образования устойчивой пленки труба должна стоять строго вертикально — отсюда «колонна». При даже незначительном наклоне колонны, флегма стремится образовать на одной из сторон внутренней поверхности трубы ручеек и пленка перестает образовываться.
3. Колонна (а точнее ее часть в которой осуществляется контакт флегмы и пара) должна иметь высоту, достаточную для стабилизации процессов тепломассообмена пар/флегма. Не менее 50 диаметров. За счет стабилизированного тепломассообмена и при достаточной высоте колонны, в ней образуются зонное распределение фракций по температуре испарения (т.е. собственно разделение). Самые низкокипящие фракции занимают верхнюю часть колонны так как быстрее и легче переиспаряются, тогда как более высококипящие скатываются ниже. Соответственно низкокипящие первыми проходят на отбор, а затем следующие по температуре кипения и т.д. Получаем хорошо разделенный продукт, отобранный в разные емкости по температуре кипения.
Почему колонны делятся на бражные и ректификационные?
Во-первых, для получения спирта-ректификата (СР) разделительной способности пленочной колонны недостаточно — нужна насадочная колонна.
Во-вторых, если в качестве сырья для насадочной колонны использовать брагу, а не спирт сырец (СС) первого прямоточного перегона, насадка очень быстро загрязнится и перестанет работать в нормальном режиме.
Вот и получается, что бражная колонна — пленочная, а ректификационная — насадочная.
Однако, дефлегматор является неотъемлимой частью и той и другой конструкции.
P.S. В написанной мною позднее есть иллюстрации,показывающие как работает рубашечный дефлегматор пленочной колонны.
Как самому изготовить дефлегматор к бражной колонне вы можете посмотреть в п.2 раздела .
Как всегда жду вопросов, комментариев и критики.
Для расчета фракций использую наработки более опытных коллег и свой собственный практический опыт.
При отборе голов, ориентируюсь на норматив 10% от абсолютного спирта. Но предыдущий опыт перегона именно рисовых браг, свидетельствовал, что после отбора 5% АС, шел СЭМ без голов. Заложил в расчет еще 2% на форс-мажорные ситуации. Подробно по фракциям, в таблице ниже.
Второй (фракционный) перегон
1. Разгон колонны на максимуме. Снизил мощность нагрева после достижения в баке температуры примерно 75-80 градусов.
2. На 75 градусах в баке, включил охлаждение (подачу воды на холодильник)
3. Контролируя температуру в холодильнике и наблюдая возврат флегмы в колонну через диоптр, установил подаваемую мощность нагрева (у меня это примерно 1/3 от максимальной мощности)
при "ректификации", желательно придерживаться температуры воды (на выходе из холодильника) в районе 35-45 градусов, так как при сильном охлаждении флегмы, "теряется" часть насадочной части из-за того, что холодная флегма до момента её нагрева и вступления в тепломассообмен, больше чем необходимо скатывается вниз по насадке. Кроме того, вырастает вероятность жидкостных пробок (захлёбов).
4. Дал колонне поработать на себя (в течение часа)
5. Начал покапельный отбор голов. Объем голов оказался выше расчетного показателя. Отбирал пока в отборе не пропал запах химозы.
6. После отбора голов, довел подаваемую мощность примерно до 50% от максимальной и отбирал тело, пока в Сэме не стала появляться горечь, характерная для хвостовых фракций.
7. Хвосты не отбирал.
Промежуточные показатели и итоги представлены в таблице ниже.