Особенности устройства колпачковой колонны

Устройство и принцип работы самогонных аппаратов с дефлегматором

Колпачковый ректификационный абсорбер может содержать разное число колпачков.

1. Во время перегонки браги колпачки разогреваются, а их температура растёт сверху вниз. Во всех колпачках имеется по нескольку отверстий, через них стекает флегма и попадает на нижерасположенный колпачок.

   Так процессы испарения происходят повторяясь один за другим и в итоге выходит жидкость с более высокой температурой кипения. В результате этого и получается высокоградусный спирт.

2. Абсорберы по основным типам слива жидкости с тарелки разделяются на тарельчатые колонны со сливными устройствами и без сливных устройств (с неорганизованным сливом жидкости).

   К изделиям со сливным устройством относятся абсорберы с клапанными, ситчатыми, колпачковыми и прочими тарелками, имеющими специфические устройства для перетекания жидкости с тарелки на тарелку – карманы, сливные трубки и пр.

3. Нижние концы сливных устройств погружены в жидкость на нижерасположенных тарелках для создания гидрозатвора, предотвращающего прохождение газа через сливное устройство.

Достоинства и недостатки или какая модель лучше?

Судя по различным отзывам в интернете, ректификационные колонны имеют следующие преимущества и недостатки.

• Преимущества: тоньше разделяются фракции.
• Недостатки: высокая стоимость и объёмные габариты.

• Преимущества: небольшой вес, приличная площадь контакта.
• Недостатки: высокое сопротивление, сложность правильного распределения паров и флегмы.

• Преимущества: высокая эффективность, небольшой перепад давления.
• Недостатки: явные недостатки не выявлены.

Колпачковые

• Преимущества: диапазон мощностей, вариативность в укреплении, чёткость разделения и аккумулирования фракций.
• Недостатки: высокая стоимость, сложность производства тарелок.

Виды тарелок в ректификационной колонне

Какие типы тарелок ректификационных колонн эффективнее? Какими проще пользоваться в домашних условиях? Отвечаем на эти вопросы ниже.

Виды тарелок в ректификационной колонне

Итак, на тарелках пары проходят через слой жидкости, образуя пену. Конструкция тарелок влияет на следующие показатели:

• интенсивность гидравлического сопротивления;
• скорость и эффективность фракционирования;
• производительность;
• рабочий диапазон мощности, в котором жидкость не уносит вниз, а капли — наверх.

Тарелки классифицируют на:

1. перекрестноточные и противоточные;
2. одно-, двух-, трех-, четырехпоточные;
3. с кольцевым или однонаправленным движением жидкости на соседних тарелках.

А теперь чуть подробнее про классификацию по типу отверстий и току жидкости.

Ситчатые (дырчатые), перекрестноточные

Снабжаются мелкими круглыми, треугольными или щелеобразными отверстиями. Здесь работают перекрестные токи жидкости и пара. Есть на тарелках и сегменты без отверстий, которые расположены возле перегородок или сливных труб, погруженных в жидкость. Они разделяют потоки жидкости и пара, чтобы тарелки не захлебывались.

Расстояние между тарелками устанавливают с таким расчетом, чтобы минимизировать брызгоунос и оставить доступ для ремонта или очистки.

Струйные, перекрестно-прямоточные

Это фактически, лист с выдавленными отверстиями разной формы, обрамленные прямоугольными скругленными или треугольными лепестками.

Противоточные

Могут быть: а) провальными решетчатыми; б) провальными волнообразными дырчатыми.

Самый простой вариант — тарелка со щелями, через которые проходит наверх пар и стекает вниз избыток жидкости. Решетчатая конструкция захлебывается или не может удержать на себе держит жидкость, если жидкости или пара поступает на ⅕-⅓ больше нормы.

Дырчатая тарелка с волнообразной (синусоидальной) поверхностью пропускает обе фазы через круглые отверстия, при этом слой жидкости закрывает неровности.

Тарелки с колпачками, туннельными, желобчатыми или капсульными

Один из наиболее популярных и универсальных типов — круглые или капсульные колпачки.

Преимуществом колпачковых тарелок считают возможность остановить процесс перегонки и без проблем запустить его вновь. Фракционированная флегма при выключении нагрева остается на тарелках, а не сливается обратно. Примером колпачковой колонны может служить Luxstahl 7m.

Желобчатые представляют собой желоба, без колпачков, как таковых. По ним двигается жидкость. Туннельные колпачки имеют прямоугольную форму.

Вихревые

Характеризуются завихрением потока пара и жидкости, слабым брызгоуносом и представляют собой лист с отверстиями, лепестками, отбойными элементами, размещенными внутри окружностей.

Колпачки и полотно тарелок с S-образными элементами

Образуют повторяющиеся кластеры. При этом пар входит только с одной стороны потоком тонких струй. Такие тарелки достаточно эффективны, их КПД составляет 0,4-0,7.

Принцип работы ректификационной колонны

Конструкция ректификационной колонны представляет собой вертикальную емкость цилиндрической формы различного или постоянного сечения, которая используется для физического разделения смеси углеводородов и получения требуемых нефтепродуктов заданного качества в результате ректификации.

В колонне пары перемещаются вверх от тарелки к тарелке за счет разности давлений в эвапорационном пространстве и вверху колонны. Жидкость стекает вниз по тарелкам и сливным устройствам под действием силы тяжести.

Ректификационную колонну можно разделить на 3 функциональные части:

1. Концентрационная секция – расположена выше точки ввода сырья в аппарат
2. Секция питания – в центре колонны, подается сырье на тарелку питания
3. Отгонная секция – находится ниже точки ввода сырья

Секция питания колонны

Концентрационная секция

Отгонная секция Для возможности протекания процесса ректификации температура нефти должна быть ниже температуры подаваемого пара. Данное следствие исходит из свойств равновесной системы. Если температура нефти была бы равна или ниже температуры пара процесс ректификации был бы невозможен.

Процесс ректификации может проводиться только для смесей с различными температурами кипения для возможности осуществления диффузионного процесса разделения. Для этого жидкость двигается сверху вниз, а пар – снизу вверх, чтобы обеспечить наилучший контакт и взаимодействие фаз.

Устройство и принцип работы ректификационной колонны

Как сделать ректификационную колонну волнует многих домашних винокуров. А ведь небольшой миниспиртзавод для дома можно сделать самостоятельно, намного сэкономив при покупке готового комплекта.

Сумма буде в 2-3 раза меньше если вы решите сделать ректификационную колонну самодельную. Все детали, как устроена ректификационная колонна и чертеж подробно описаны ниже.

Каждый домашний миниспиртзавод состоит из:

1. Перегонный куб;
2. Царга;
3. Насадка;
4. Узел отбора;
5. Дефлегматор;
6. Холодильник;
7. Царга пастеризации (опционально);
8. Автоматика.

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 индукционной плитке, значительно лучше оборудовать ее ТЭНовым агрегатом.

По другому испарительный куб,в него заливается сырец(самогон) для ректификации. Куб также является прочным основанием для колонны, вес колонны с насадкой достаточно велик. Для домашнего использования обычно используется емкость 15-50 литров. Куб может быть универсальным подходящим для перегона браги и спирта, в этом случае целесообразно использовать большую емкость 30-50 литров.

При изготовлении куба часто используются пивные кеги из «нержавейки» на 30 и 50 литров или пищевые котлы.

Емкость должна быть оборудована нагревательным элементом, в качестве которого используется ТЭН или два ТЭНа мощностью 1-3 кВт. В качестве источника нагрева можно использовать электоро или индукционную плитку с возможностью регулировки мощность нагрева.

На кубе устанавливается термометр для внутреннего контроля кубовой жидкости. Для уменьшения тепло потерь, рекомендуется утеплить куб снаружи.

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.

Переливные устройства тарелок

Для организации перелива рабочей жидкости с вышележащей тарелки на нижележащую в КУ используются специальные переливные устройства, включающие в себя сливную перегородку и карман (рис. 3.2). При больших значениях удельных нагрузок по жидкости (измеряется через расход фазы – м3/час отнесенный к 1 м2 сечения колонны или к 1 м длины сливной перегородки), что характерно для многотоннажных колонн установок АТ-АВТ, для снижения градиента уровня жидкости применяются многопоточные конструкции КУ (от 2-х до 4-х потоков). Сливные карманы могут быть использованы также для подвода на КУ промежуточных потоков (холодные орошения) и/или для отвода боковых отборов (рис. 3.3). В последнем случае объемная емкость кармана наращивается за счет увеличения межтарельчатого расстояния, что повышает надежность работы откачивающего насоса.

Рис. 3.2. Устройство узлов перетока жидкости с тарелки на тарелку и ввода орошений для однопоточных (а) и двухпоточных (б) тарелок: 1 – корпус колонны; 2 – секции тарелок; 3, 4 – коллекторы ввода жидкости на верхнюю и промежуточную тарелки; 5, 6 – сливные карманы

Кстати, прочтите эту статью тоже: Ректификация нефти в колонне

Массо – теплообмен между взаимодействующими фазами (пар – жидкость) протекает на КУ в барботажном слое: структуре, которая образуется при истечении парового потока из небольших отверстий или щелей, выполненных в полотне тарелки или в специальных устройствах (колпачках), в слой жидкости под небольшим избыточным давлением. Эта структура представляет собой ансамбль пузырьков, размер которых измеряется миллиметрами. Паровые пузырьки зарождаются при истечении газа, всплывают в слое жидкости за счет разности плотностей жидкой и паровой фаз и разрушаются на верхней границе барботажного слоя. Размер пузырьков определяется свойствами паровой и жидкой фаз (плотность, вязкость, поверхностное натяжение, …), конструкцией КУ и гидродинамическими условиями взаимодействия фаз. Суммарная поверхность массообмена в барботажном слое измеряется десятками и даже сотнями м2 поверхности, приходящихся на 1 м3 объема барботажного слоя.

Рис. 3.3. Узлы вывода боковых погонов (жидкость) из колонны: 1 – корпус колонны; 2 – тарелки; 3 – сливной карман увеличенного размера; 4 – сборная (глухая) тарелка; 5, 6 – патрубки для прохода паров и отвода жидкости; 7 – уравнительная труба

Рассмотренные типы контактных устройств относятся к наиболее распространенным для условий работы блоков АТ-АВТ. К настоящему времени разработаны и другие эффективные конструкции КУ , которые могут представлять интерес при решении задач проектирования. Надо при этом отметить, что какой-либо универсальной конструкции, пригодной для любых условий эксплуатации, выделить нельзя. Каждая конкретная задача проектирования должна решаться с учетом технологии производства на основе обобщения опыта работы родственных установок.

Общая информация

Обычный ректификационный самогонный аппарат, обладающий примитивной конструкцией, который использует большинство обывателей, не позволит получить высококачественный самогон. Для этого нужны модернизированные приборы, которые по своим конструктивным особенностям и принципу работы аналогичны промышленным агрегатам, используемым на спиртовых заводах. Однако вся проблема заключается в том, что они не только довольно сложны в использовании, но и требуют определенных знаний и приспособлений для изготовления в домашних условиях.

Основное отличие промышленного оборудования от любительских самогонных аппаратов заключается в том, что в них предусмотрены дистилляционные колонны. Сделать их может каждый человек, у которого есть хоть какой-то опыт работы с электрическими инструментами, а все необходимые детали без особого труда можно приобрести в магазине. При этом следует учитывать размеры самогонного аппарата и колонны. Все дело в том, что они должны быть определенных пропорций. Если их не соблюсти, то у вас получится не модернизированный самогонный аппарат промышленного типа, а обычный дистиллятор.

Ректификационная колонна или самогонный аппарат

Чтобы определиться, стоит ли изготавливать ректификационную колонну, или можно ограничиться обычным самогонным аппаратом, следует сравнить характеристики этих устройств (рисунок 3).

Обычно в расчет принимаются такие критерии:

1. Качество конечного продукта: с помощью самогонного аппарата получается спирт, качество (включая вкус и запах) полностью соответствуют изначальному качеству браги. С помощью ректификационной колонны получают спирт высочайшего качества без постороннего вкус и запаха.
2. Крепость спирта: самогонный аппарат позволяет получить спирт крепостью 40-65% в зависимости от качества сырья и количества перегонок. В любой ректификационной колонне спирт достигает средней крепости 93-95%.
3. Очистка от вредных веществ: в самогонном аппарате средняя, поэтому даже готовую водку в дальнейшем фильтруют. Если используется ректификационная колонна, необходимости в такой процедуре нет, так как все вредные соединения удаляются еще во время перегонки.

Из этого списка видно, что использовать ректификационную колонну действительно выгоднее, чем самогонный аппарат. С другой стороны, изготовление даже самой простой конструкции требует покупки специальных материалов и четкого соблюдения технологии.

Как сделать ректификационную колонну в домашних условиях.

Рисунок 3. Ректификационная колонна позволяет получить спирт более высокого качества для производства элитного алкоголя

Чтобы сделать простую ректификационную колонну, нужно детально изучить ее конструкцию, закупить подходящие материалы и заготовить чертежи, по которым будет проводится сборка.

Необходимые материалы

Для начала необходимо запастись подходящими материалами. Как уже говорилось выше, ректификационную колонну лучше делать из меди или из нержавейки (рисунок 4).

Эти металлы не вступают в химическую реакцию с парами спирта и не испортят вкус готового напитка.

Итак, из материалов понадобятся:

• труба из меди (диаметр 30-50 мм, длина 130-140 см);
• губки из нержавейки;
• упорные шайбы;
• металлическая сетка;
• пенополипропилен;
• термометр.

Рисунок 4. Материалы, необходимые для изготовления

Лучше запастись материалами с запасом, чтобы в процессе изготовления не возникло непредвиденных трудностей.

Рекомендации по сборке

Медные ректификационные колонны, изготовленные дома, по функционалу не уступают тарелочным моделям промышленного производства. Собирать такой агрегат самому сложнее, чем обычный самогонный аппарат, но качество спирта приятно удивит любого ценителя домашнего алкоголя (рисунок 5).

Сборка осуществляется так:

1. Медную трубу разрезают на две равные части и у каждой зачищают края. Между ними создают соединение. Оно может быть резьбовым, но обязательно разборным. Таким образом, одна часть трубы будет выполнять роль царги, а вторая – корпуса дефлегматора.
2. На трубу-царгу с обеих концов устанавливают сетки и упорные шайбы. Именно они помогут удерживать наполнитель внутри.
3. Губки из нержавейки режут небольшими кусочками по 5-15 мм каждый. Этими фрагментами наполняется труба. Чтобы стружка внутри не сдавливалась, на 1 л объема царги берут не более 280 граммов кусочков.
4. Когда труба будет наполнена, сетки и шайбы устанавливают на место, а царгу крепят к перегонному кубу.
5. Вторую часть трубы оборудуют вторичным полым корпусом. Внутри него будет циркулировать вода. В качестве такого корпуса используют трубу с диаметром на 10-20 мм шире основной. При этом вторичная должна быть на 30 мм короче. Длинную трубу располагают внутри короткой, вверху и внизу приваривают кольца, внешний диаметр которых должен равняться толщине трубы (30-50 мм) плюс 10-20 мм толщины холодильника. Внутренний диаметр должен точно соответствовать толщине трубы.
6. Во вторичном корпусе просверливаются два отверстия (под подачу воды и обратку). Потом приваривают патрубки.
7. Сверху на дефлегматор устанавливают крышку. В ней делают отверстие для атмосферной трубки.
8. Для узла забора просверливают отверстие на расстоянии 20 мм от места соединения царги с дефлегматором. Внутри последнего на уровне отверстия приваривают кольцо. С его помощью готовый продукт будет собираться и стекать в узел отбора.
9. Внешний холодильник изготавливают так же, как в самогонном аппарате и подключают с помощью трубки от капельницы с регулятором к узлу отбора.
10. Царгу и куб обшивают пенополипропиленом для дополнительной теплоизоляции. Термометр устанавливают в нижней части царги, чтобы была возможность измерить температуру внутри нее.

Рисунок 5. Сборка должна проводится в точном соответствии с чертежами

Собирать готовый продукт можно в любую емкость, но лучше использовать стеклянную.

Чем различаются абсорберы?

• Насадочные дистилляционные колонны имеют меньшую эффективность, нежели тарельчатые. При одинаковом рабочем объёме колонн, площадь контактной поверхности в насадочной колонне является меньшей.

  Также неравномерное стекание жидкости по тарельчатой насадке ограничивает насадочные колонны по диаметру, так как тарельчатые колонны по диаметру достигают 4 м., а насадочные не превышают и 2,8 м. А это значительно ограничивает насадочные колонны в ректификационном использовании.

  Но благодаря невысокой себестоимости и простоте своего изготовления они пользуются популярностью в малом производстве.

• Колпачковые колонны являются более распространёнными за счёт более простой конструкции. Данный вид изделия использует процесс обмена массы и тепла между жидкостью и паром.

  Данные абсорберы различаются общим количеством колпачков, которых, чем больше, тем больше количество точек преобразования пара в жидкость, и соответственно выше объём выходящего готового продукта.

• Тарельчатая колонна обладает значительно большим удерживающим свойством и соответственно не стоит вопрос на счёт удержания сивухи. Пять-десять тарелок реализуют три-пять уровней укрепления при отборе «тела» и «голов».

  Это даёт возможность заниматься перегоном по законам простой ректификации не рискуя оставить спирт без вкусовых качеств, отделять головные фракции и при сборе «тела» не думать о своевременном подходе хвостовых фракций.

  Запотевшие находящиеся внизу диски визуально покажут по окончанию отбора, что пора сменить тару. Качество очистки здесь задаётся сменой общего числа тарелок.

Область самогоноварения не ограничивается выгонкой одного лишь самогона и современные дистилляционные устройства позволяют производить куда большее разнообразие алкогольных напитков. При этом тарельчатые колонны можно, как приобрести готовые, так и изготовить своими руками, всё упирается лишь в возможности и желание.

Процесс ректификации позволяет добиться высокой чистоты и крепости спирта и оба этих качества зависят от понимания основы дела занимающимся им винокуром. Поэтому для проведения более верных вычислений, рекомендуется к прочтению издание А. Г. Касаткина «Основные процессы и аппараты химической промышленности».

Дистиллятор с проточным холодильником

Без сухопарника

Довольно бюджетная модель, которая на выходе даёт самогон крайне невысокого качества.

Иваныч эконом.

Отсутствие отстойников и систем очистки сказывается на вкусе и запахе продукта, поэтому особой популярностью этот агрегат не пользуется. Но стоит он реально недорого, поэтому и спрос на него есть.

Брагу обязательно нужно перегонять дважды и во второй раз не жалейте головы и хвосты. Отсекайте все вредные и вонючие фракции, чтобы сделать самогон максимально вкусным и качественным (насколько это позволяет оборудование).

С одним сухопарником

Самая популярная модель, которая завоевала рынок своей простой и эффективностью.

Внешний вид классического дистиллятора с сухопарником.

Сухопарник (отстойник) необходим для частичного очищения продукта от вредных примесей. Он не способен сделать самогон прозрачным и идеальным на вкус, но эффективность этого устройства бесспорна.

Мы всегда рекомендуем покупать оборудование именно с сухопарником. Он может быть сделан как из нержавеющей стали, так и обычной стеклянной банки. Принципиального отличия в этом нет, главное, чтобы он был чистым и герметичным.

С двумя или тремя сухопарниками

Эффективность более одного отстойника крайне сомнительна. Мы считаем, что нецелесообразно использовать более одного сухопарника в своём аппарате. В любом случае нужно будет совершать двойную перегонку.

Учитывайте, что каждый отстойник увеличивает время перегонки примерно на 20–30 минут. Спиртовым парам необходимо преодолеть большее расстояние, поэтому и времени тратится больше.

Можно рассмотреть вариант с двумя сухопарниками (Локомотив на фото), так как сделаны они из нержавейки и имеют кран для слива. Но если вопрос финансов стоит остро, то переплачивать смысла нет. Берите что-то попроще.

С барботером

Барботер представляет из себя банку, в котором одна из трубок погружена в воду. За счёт этого происходит очистка спирта прямо через воду. Лучше или хуже эта система по сравнению с сухопарником никто не знает, поэтому выбирают то, что больше по душе.

Аппарат от Уральского Дистиллята

Их тоже иногда ставят два, три и ещё больше. По аналогии с сухопарником, мы не видим смысла переплачивать. Вполне достаточно одного отстойника, который очистит большую часть «сивухи».

Они ещё довольно хлипкие и периодически ломаются, теряют герметичность или выгибаются. С ними всегда есть какие-то проблемы, а когда их 2, 3 или даже 4 это повышенный риск. Замучаетесь ухаживать за своей системой очистки.

Похожие записи:

Как покурить в поезде дальнего следования Техники и приёмы тайского бокса. теория и практика Водка белая березка Сколько нужно принимать глицин Шалфей как наркотик Бакунин пиво: история, обзор видов + интересные факты