Как сделать ректификационную колонну своими руками

714 Просмотров

Особое место среди бытовых самогонных аппаратов занимает ректификационная колонна, которая позволяет создавать спирт высокого уровня очистки и крепости (96-98%). При использовании такого устройства за час можно производить от 300 до 1000 мл водки, абсента, виски, ароматизированного спирта и различных наливок.

Раньше этот дистиллятор представлял собой многометровую колонну, но для удобства пользователями был разработан вариант с менее высокой многоходовой ректификацией. Небольшие габариты аппарата позволяют применять его как на даче, так и в условиях городской квартиры.

Но есть мнение о том, что высота трубы влияет на качество ректификации. Тем не менее рассчитать оптимальный вариант можно по следующему принципу: высота колонны должна быть равна 40-60 ее диаметрам.

Перед тем как использовать ректификационную колонну, важно учесть, что для получения чистого продукта устройство должно быть правильно собрано и отрегулировано. Несмотря на то что аппарат требует подачи лишь проточной воды, а для сборки можно применить термос или скороварку, создать мини-спиртзавод не так просто. Многие по этой причине приобретают уже готовый дистиллятор, но есть и те, кто берется построить ректификационную колону своими руками.

Принцип работы ректификационной колонны

Колонна создается из таких материалов, которые не вступают в реакцию со спиртом и не выделяют ядовитых соединений. Внутри колонны происходит непрерывный процесс обмена пара и жидкости, который и называют ректификацией.

В теории процесс выглядит так: после закипания жидкости внизу устройства (в кубе) начинается интенсивная выработка пара, содержащего спирт. Он, более легкий, чем жидкость, поднимается по трубе, попадает в дефлегматор, проходит повторную конденсацию за счет охлаждения водой, а затем стекает вниз. На пути конденсат встречает следующую порцию горячего пара и снова вступает в процесс обмена. В это время стекающая жидкость (флегма) насыщается паром, а пар — жидкостью с более низкой температурой кипения.

Во время кипения и образования конденсата верхушка ректификационной колонны наполняется легким паром с наиболее высокой концентрацией спирта. Конечная конденсация пара происходит в холодильнике, откуда потом в емкость для приема стекает максимально очищенный спирт.

Процесс непрерывной ректификации происходит благодаря специальным контактным элементам — физическим тарелкам в промышленных образцах и металлическим губкам или стеклянным шарикам для домашних вариантов ректификационной колонны. Эти элементы увеличивают эффективность взаимодействия между паром и флегмой, поскольку позволяют двум фазам — парообразной и жидкой — достичь равновесия за максимально короткое время.

Состояние физического равновесия достигается сразу после того, как пар проходит через первый контактный элемент. Для достижения лучшего результата важно, чтобы колонна была диаметром от 30 до 50 мм.

Ректификационная колонна осуществляет свою работу при атмосферном давлении, поэтому вверху устройства размещают открытую трубку или атмосферный клапан. Пары, которые не успели подвергнуться конденсации, покидают колонну, практически не имея спирта в своем составе.

Из чего состоит колонна

Затрагивая тему промышленного варианта ректификационной колонны, пользователи отмечают недоработки устройства. Поэтому многие прибегают к варианту сборки аппарата своими руками.

В основе устройства ректификационной колонны лежит несколько соединительных частей (царг), которые последовательно соединяются между собой:

1. Тело ректификационной колонны — это вертикальная трубка. Для производства спирта НДРФ (недоректификат крепостью 94-95°) используется медь или нержавеющая сталь. Применение других металлов, в частности алюминия, исключено в целях избежания коррозии и выделения ядовитых соединений. Допустимые параметры трубки: 1300-1400 мм длиной, 2-3 мм толщиной и 30-50 мм в диаметре. 

   

2. Дефлегматор предназначен для конденсации и отделения легких фракций, обладающих более низкой температурой кипения, чем флегма. Термос или скороварка в качестве дефлегматора считаются наиболее подходящим вариантом. В ряде случаев для создания этого элемента используется медная труба или змеевик. 

   

3. Между двумя трубками дефлегматора располагается рубашка охлаждения с проточной водой.
4. Царга пастеризации — служит для очистки спирта от «голов» (головных фракций) и улучшения качества продукта. Те, в свою очередь, образуются во время непрерывного процесса ректификации. Царгу пастеризации устанавливать не обязательно, поскольку она добавляет сложности при сборке. 

   

5. Холодильник содержит охлажденную воду и погруженный змеевик. Эта часть колонны охлаждает 1/8 или 1/10 часть всего устройства. Холодильник можно создать самостоятельно или применить лабораторный охладитель.
6. Контактный элемент — металлические сетки или губки для посуды.
7. Термометр (в случае необходимости).
8. Расходные материалы — переходники, резьбовые гайки, упорные шайбы, медные и силиконовые трубки. Последние используются для предотвращения образования сторонних примесей и запахов в товарном продукте.

Для состыковки в точке отбора и соединения с перегонным кубом иногда используются резьбовые элементы, однако они создают опасность протекания. Некоторые пользователи предлагают надевать элементы друг на друга, чтобы они сидели максимально плотно. Другой вариант — применение герметика, который, однако, не позволит чистить конструкцию в дальнейшем.

Инструкция по сборке

Каждый шаг при сборке ректификационной колонны заслуживает особого внимания как в целях безопасности, так и для достижения качественного результата. Поэтому пункты, приведенные ниже, включают в себя рекомендации, касающиеся отдельных элементов колонны:

1. Медную трубу рекомендуемых параметров (1300-1400 мм в длину, 30-50 мм в высоту) необходимо разрезать на 2 части так, чтобы соединение получилось герметичным. Для этого нужно зачистить края обеих частей и состыковать при помощи переходника или резьбовых соединений.
2. Одна трубка послужит нижней частью ректификационной колонны, куда нужно засыпать металлические пружинки, губки или стеклянные шарики. Учтите, что последний вариант требует больших затрат. А металлические мочалки для мытья посуды сократят расходы и при этом послужат эффективным элементом для качественного теплообмена. Перед покупкой убедитесь в том, что мочалка металлическая и не будет подвергаться коррозии: используйте магнит или предварительно прокипятите кусок мочалки в растворе соли. 

   

3. На трубу установите сетку и упорные шайбы, чтобы не допустить выпадения контактных элементов.
4. Металлические губки (около 40 штук) разрежьте на фрагменты примерно по 5 мм каждый.
5. В часть трубы с установленной сеткой для фиксации засыпьте полученный контактный элемент. Обратите внимание, что пружинки не должны переплетаться между собой. Поэтому следует не проталкивать их внутрь, а равномерно распределять при помощи постукивания трубки о любую поверхность. Следует учесть, что по своей плотности набивка должна соответствовать рекомендуемым параметрам: 250-280 г контактного элемента на 1 л объема насадочной колонны. 

   

6. Компактно заполните весь отрезок трубки, а затем установите сетку и зафиксируйте упорной шайбой.
7. Готовую конструкцию соедините с перегонным кубом, который представляет собой емкость из нержавеющего металла. Объем куба зависит от ваших предпочтений.
8. Трубка с внешней стороны должна быть оснащена теплоизолятором: можно использовать поролон толщиной 3-5 мм.
9. Другую часть трубы соедините с водяным корпусом (дефлегматором) при помощи паяльника. Водяной корпус должен иметь 2 патрубка — на вход воды и на вывод.
10. Верх колонны закройте крышкой или пробкой. Запаяйте ее, оставив отверстие для атмосферной трубки. Предупредите возгорание и распространение паров в помещении — используйте штуцер, конец трубки погрузите в воду. 

    

11. Для того чтобы вывести дистиллятор, сделайте отверстие под патрубок в 15-20 мм от соединения с нижней частью трубы. Под образованным выходом установите пластину для наполнения флегмой (конденсатом). 

    

12. Силиконовым шлангом соедините устройство и холодильник. Регулировать движение жидкости в устройстве поможет зажим от капельницы, прикрепленный на шланг. 

    

13. Чтобы достичь равномерного охлаждения дефлегматора со всех сторон, рекомендуется припаять шнековую спираль.
14. Охлаждающие элементы соединяются друг с другом следующим способом: нижняя часть холодильника — холодильник — верх холодильника — верхняя часть дефлегматора — дефлегматор — низ дефлегматора — канализация. То есть патрубки соединяются последовательно, а вода к дефлегматору поступает уже подогретой.
15. Чтобы добиться рекомендуемых показателей охлаждающей воды в холодильнике (примерно 45-55°C) дополнительно нужно установить регулятор потока воды. Например, кран от газосварочной горелки.
16. Если планируется использование термометра, то необходимо заранее сделать отверстие в узле отбора.

Схема ректификационной колонны поможет разобраться с устройством аппарата и визуально представить процесс сборки. Некоторые пользователи основываются на готовых схемах и рисуют дополнительный чертеж для наиболее четкого исполнения и понимания сути ректификации.

Последовательность работы с колонной

Для начала эксплуатации устройства необходимо разобраться в последовательности перегонки дистиллята. Этот вопрос также требует точного и пошагового описания:

1. После предварительной дистилляции браги разбавьте спирт-сырец проточной водой. Учтите, чем ниже крепость спирта, тем выше вероятность возгорания.
2. Залейте спирт в перегонный куб.
3. Соберите ректификационную колонну и присоедините ее к кубу. Для получения качественного продукта колонна должна быть наравне с вертикальным уровнем.
4. Разогрейте содержимое термоса, скороварки или другой емкости, которая выполняет роль перегонного куба. Проследите, чтобы кран отбора дистиллята находился в закрытом положении.
5. После повышения температуры в дефлегматоре уменьшите мощность, которая подается на ректификационную колонну.
6. Оставьте колонну в таком положении на полчаса. Это неоходимо для начала тепломассообмена.
7. Включите подачу воды в холодильник, а затем приступите к отбору «голов» (они не годны к употреблению). Продолжайте до того момента, как температура стабилизируется и будет придерживаться 78°C. Должен появиться запах спирта.
8. Затем наступит время конденсации «тел» — увеличьте мощность ректификационной колонны и выставьте температуру 45-55°C.
9. Процесс конденсации хвостовых фракций («хвостов») начинается при температуре около 85°C. В этот момент вы почувствуете сивушный запах.
10. После окончания процесса ректификации хвостовые конденсаты можно оставить для следующего использования.

Так происходит процесс ректификации, который позволяет получить чистый товарный продукт без вредных примесей и стороннего запаха. После первой эксплуатации вы сможете обнаружить возможные погрешности в сборке или некоторых элементах ректификационной колонны.

В случае если вы уже приобрели опыт в эксплуатации устройства или не хотите принимать постоянное участие в процессе ректификации, вам пригодится система автоматизации. С ее помощью будет исключена возможность попадания «хвостов» в товарный спирт, а «головы» соберутся в отдельную посуду. БУР (блок управления ректификацией) отрегулирует мощность, начнет подачу воды для охлаждения и уменьшит отбор в конце процесса, а затем отключит нагрев и подачу воды.

Наиболее простой вариант для автоматизации — это установка старт-стопа с клапаном. Чтобы собрать такую систему для домашнего мини-спиртзавода, рекомендуется использовать комплектующие китайского производства или обратиться на специализированные форумы.