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.

Что это такое и для чего нужно

Ректификационная колонна – это сложное устройство, состоящее из нескольких узлов: —царги—, дефлегматора, 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 индукционной плитке, 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.

Высокая, содержание сивушных масел и примесей в спирте минимальное.

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.

Как сделать ректификационную колонну своими руками по подробной схеме

Агрегат выполняется по простой конструкции.

Расчет и сборка ректификационной колоны своими руками проводятся следующим образом:

  1. Медная труба с длиной 130-140 см и диаметром 30-50 мм аккуратно и ровно разрезается на две части, края зачищаются. Между двумя частями необходимо создать резьбовое или другое соединение, но разборное. Одна часть будет царгой, вторая – корпусом дефлегматора.
  2. На трубу, предназначенную под царгу, на оба конца устанавливаются сетки и упорные шайбы. Они будут удерживать наполнитель внутри.
  3. Губки из нержавейки нарезаются небольшими фрагментами по 5-15 мм и засыпаются в трубу. Стружка, заполняющая трубу, не должна сдавливаться, оптимальное заполнение 250-280 г на 1 литр объема царги.
  4. После наполнения сетки и шайбы устанавливаются на места.
  5. Царга устанавливается на перегонный куб.
  6. Вторая труба оборудуется вторичным полым корпусом, внутри которого будет циркулировать вода. Для этого понадобится труба с диаметром на 10-20 мм шире основной и на 30 мм ее короче, длинная труба размещается внутри более короткой, снизу и сверху привариваются вырезанные под размер кольца с внешним диаметром, равным толщине трубы (30-50 мм), плюс толщина холодильника (10-20 мм), и внутренним, равным толщине трубы. Во вторичном корпусе просверливается 2 отверстия снизу и сверху под подачу воды и обратку и привариваются патрубки.
  7. Сверху дефлегматор оборудуется крышкой, внутри которой просверливается отверстие для атмосферной трубки.
  8. Под узел отбора просверливается отверстие на 15-20 мм выше, чем соединение царги и дефлегматора. Внутри дефлегматора на уровне отверстия приваривается кольцо для сбора и стекания продукта в узел отбора. Проходное отверстие кольца зависит от основного диаметра дефлегматора.
  9. Внешний —холодильник— изготавливается по традиционной конструкции своими руками и подключается посредством трубки от капельницы с регулятором потока к узлу отбора.
  10. Дефлегматор и холодильник можно подключать к воде обособленно или одним последовательным подключением. В таком случае направление движения воды должно быть следующим: от низа холодильника к его верху, потом к низу дефлегматора и через верхний патрубок в канализацию. Для регуляции потока воды можно установить регулятор потока от газосварочной установки.
  11. Царга и ТЭНовый куб обшиваются теплоизолирующим материалом, например пенополипропиленом.
  12. Термометр должен устанавливаться в нижней части колонны так, чтобы можно было измерять температуру внутри царги.

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.

Рано или поздно почти каждый любитель самодельного алкоголя задумывается о приобретении или изготовлении ректификационной колонны (РК) – устройства для получения чистого спирта. Начинать нужно с комплексного расчета базовых параметров: мощности, высоты, диаметра царги, объема куба и т.д. Эта информация будет полезна как желающим сделать все элементы своими руками, так и собравшимся купить готовую ректификационную колонну (поможет определиться с выбором и проверить продавца). Не затрагивая конструктивных особенностей отдельных узлов, мы рассмотрим общие принципы построения сбалансированной системы для ректификации в домашних условиях.

Схема работы колонны

Характеристики трубы (царги) и насадки

Материал. Труба во многом определяет параметры ректификационной колонны и требования ко всем узлам аппарата. Материалом для изготовления царги является хромоникелевая нержавеющая сталь – «пищевая» нержавейка.

Благодаря химической нейтральности пищевая нержавеющая сталь не оказывает воздействия на состав продукта, что и требуется. На спирт перегоняют сырец из сахарной браги или отходы дистилляции («головы» и «хвосты»), поэтому главной целью ректификации является максимальная очистка выхода от примесей, а не изменение органолептических свойств спирта в ту или иную сторону. Использовать медь в классических ректификационных колоннах неуместно, поскольку этот материал слегка изменяет химический состав напитка и подходит для производства дистиллятора (обычного самогонного аппарата) или бражной колонны (частный случай ректификации).

Разобранная труба колонны с установленной насадкой в одной из царг

Толщина. Царгу делают из нержавеющей трубы с толщиной стенки 1-1,5 мм. Более толстая стенка не нужна, так как это приведет к удорожанию и утяжелению конструкции без получения каких-либо преимуществ.

Параметры насадки. Говорить о характеристиках колонны без привязки к насадке не корректно. При ректификации в домашних условиях используют насадки с площадью контактной поверхности от 1,5 до 4 кв. м/литр. С увеличением площади контактной поверхности возрастает и разделяющая способность, но падает производительность. Уменьшение площади приводит к снижению разделяющей и укрепляющей способности.

Производительность колонны вначале растет, но потом для поддержания крепости выхода оператор вынужден понижать скорость отбора. Это значит, что существует некий оптимальный размер насадки, который зависит от диаметра колонны и позволят достичь наилучшего сочетания параметров.

Размеры спирально-призматической насадки (СПН) должны быть меньше внутреннего диаметра колонны примерно в 12-15 раз. Для диаметра трубы 50 мм – 3.5х3.5х0.25 мм, для 40 – 3х3х0.25 мм, а для 32 и 28 – 2х2х0.25 мм.

В зависимости от поставленных задач целесообразно использовать разные насадки. Например, при получении укрепленных дистиллятов часто применяют медные кольца диаметром и высотой 10 мм. Понятно, что в этом случае целью является не разделяющая и укрепляющая возможность системы, а совершенно другой критерий – каталитическая способность меди устранять из спирта сернистые соединения.

Варианты спирально-призматических насадок

Не стоит ограничивать арсенал одной, пусть даже самой лучшей насадкой, таких просто нет. Есть наиболее подходящие для решения каждой конкретной задачи.

Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра. Обращайте на это внимание при выборе царги, всегда считайте внутренний диаметр и по нему сравнивайте варианты.

Начинающие самогонщики обычно предпочитают дистилляторы. Но чем больше опыт, тем сильнее хочется получать совершенный продукт – лишенный сивушных масел и максимально крепкий.

На таком можно делать настойки, наливки, ликеры не опасаясь, что запах самогона испортит послевкусие. Чтобы получить усовершенствованный аппарат, хороший выход – ректификационная колонна своими руками.

У самогонщиков, не знакомых на практике с работой РК, существует предубеждение. Они считают, что ректификационная колонна забирает запах исходного продукта. Это справедливо лишь отчасти.

Все зависит от цели, а эксплуатируется колонна по-разному: с целью получения спирта-ректификата или чистого и укрепленного дистиллята.

Составляющие части РК

Ректификационная колонна по внешнему виду — высокая труба, вертикально возвышающаяся над перегонным кубом. Непременные составляющие:

  • Труба из пищевой нержавейки высотой не ниже 1 и не выше 1,5 метра. Промышленные имеют размеры, в тысячи раз превосходящие указанные.
  • Дефлегматор – верхняя часть трубы с водяной рубашкой.
  • Насадки: РПН либо кухонные прополочные скребки из нержавейки, а также (не всегда) СПН- спиральки равного диаметра и высоты.
  • Термометр. А лучше два: один в кубе, второй – в колонне.
  • Трубка для соединения с атмосферой.
  • Прямоточный холодильник, который окончательно конденсирует пары спирта, идущие из колонны.
  • Соединительные элементы и трубки для подключения/отвода воды для охлаждения.
  • Утеплитель колонны в отсеке, где происходит тепломассообмен (желателен, но не обязателен).

Расчет параметров системы

Расчет необходим для того, чтобы колонна выдавала чистый от сивухи и прочих примесей продукт крепостью до 95°. При этом не захлебывалась, имела оптимальную скорость перегона.

Внимание. Любая из представленных на рынке и самодельных ректификационных колонн имеет скорость перегона в разы ниже, чем дистиллятор.

Это связано с необходимостью многократного переиспарения спиртосодержащей жидкости.

Продуктивность и качество работы зависят от:

  • высоты и диаметра царги;
  • правильных расчетов по насадке;
  • мощности нагрева;
  • объема перегонного куба.

Размеры трубы и насадки

Чтобы обеспечить правильную укрепляющую и разделительную способности вне зависимости от внутреннего сечения, приемлемой высотой царги считается 1 — 1,5 м. Эти параметры определены многочисленными экспериментами.

При меньшей высоте не удастся уберечься от прорыва сивухи в готовый продукт, то есть – не удастся добиться надлежащей чистоты отбора. Если же сделать высоту большей, это не дает лучших показателей и даже напротив – увеличивает количество головных фракций. Проще говоря – каждый лишний сантиметр колонны снижает разделяющие способности устройства и отрицательно влияет на скорость перегона.

Допустимые параметры внутреннего диаметра трубы – 28-52 мм. Это – размеры, применяемые в производстве бытовых РК.

Существует формула: производительность, измеряемая в миллилитрах продукта за час работы и мощность (Ватты) равны площади сечения (поперечного разреза) трубы в кв. мм, то есть – прямо пропорциональны ее диаметру в квадрате.

Выбирая или сооружая колонну, просчитывайте диаметр (внутренний). При больших отклонениях правильно работать она не будет.

Насадка

Она не просто увеличивает контакт спиртосодержащего пара с флегмой, она должна быть привязана к конкретной колонне. При домашнем получении спирта подбирают насадки, имеющие поверхность контакта 1,5 — 4 м2 на литр ректификата.

Если взять больше, очистка улучшится, но упадет и без того невысокая скорость перегонки. Если взять меньше 1,5 кв.м, то разделение и укрепление упадут, в результате чистого спирта не получится.

При использовании только РПН обычно скрученные полотна вставляют одно над другим снизу – от куба до узла отбора. Соотношение СПН к внутреннему диаметру подбирается меньше в 13-15 раз. То есть, при толщине проволоки 0,25 мм диаметр СПН подбирается к трубе 50 мм – 3,5х3,5; 40 мм – 3х3; 28-32 мм – 2х2.

Внимание. Для различных задач используются свои насадки.

Например, при перегонке (дистилляции) зернового сырья целесообразно применять медные РПН или СПН, кольца, седловидные насадки. Для ректификации – РПН+СПН, порезанные проволочные мочалки.

Подбираем объем перегонного куба

Ректификацию проводят после первой дистилляции, когда получают спирт-сырец. Заливается 40-градусная жидкость. Количество насадки для недопущения попадания сивухи в готовый продукт исчисляется от 10 до 20 объемов спиртосодержащей крепкой жидкости в кубе.

Разрешается заполнять спиртом-сырцом только на 2/3, то и подбирать емкость следует, исходя из используемой царги. Расчеты при 1,5-метровой колонне с диаметром трубы:

  • 50 мм – не менее 30, не более 60 л. Нужна емкость на 40-80 литров;
  • 40 мм – от 17 до 34 л. Куб до 50 литров;
  • 32 мм – от 10 до 20 л. Куб до 30 литров;
  • 28 мм –до 14 л. Требуется куб до 18 литров.

При минимальных объемах можно брать трубу длиной не 1,5, а 1-1,2 м.

Чем греть и на какой мощности?

Ректификация – это не дистилляция, при которой возможен нагрев на плитках различного промышленного изготовления и даже дровяной. Для РК необходимо выполнение нескольких обязательных условий:

  • обеспечение максимально быстрого нагрева;
  • возможность тонкой регулировки нагрева для качественного разделения алкоголя на фракции;
  • безопасность – предохранение от воспламенения и взрыва, с учетом того, что в кубе – не слабоалкогольная брага, а крепкий спирт-сырец.

В связи с этим и подбирать источник нагрева из многих вариантов необходимо с учетом этих требований:

  1. Дровяная печь. Отбрасывается безоговорочно, поскольку ни одному пункту требований не отвечает.
  2. Газовая конфорка. Не подходит, поскольку невозможно точно отрегулировать нагрев и высока опасность взрыва.
  3. Электроплита не соответствует по той причине, что она работает по принципу полной остановки нагрева и возобновлении после падения температуры до критической отметки (вспомните «щелчки», издаваемые электроплиткой). Когда электропитание прервется, флегма будет не стекать постепенно, как предусмотрено технологией, а обрушится и ректификация попросту не состоится или ее придется начинать заново – с другим источником нагрева.
  4. Индукционная плита может быть использована «с натяжкой». У нее невозможно плавное изменение мощности, а правильная ректификация требует плавного, не более 10 Вт за раз.
  5. ТЭН с регулировкой, стабилизацией напряжения и плавным изменением нагрева на 5-10 Вт – это оптимальное решение. Именно им следует оснастить РК.

При подборе мощности учитывайте: для быстрого нагрева куба необходим килловатный ТЭН на каждые 10 литров жидкости. То есть:

  • Для 50 литрового (в нем – 40 литров), требуется 4-х килловатный ТЭН.
  • 40 л (оптимально 30 л) – 3-х килловатный.
  • 30 (до 23 л) – 2,5 кВт.
  • 20-25 (15-20 л) – 1,5 кВт.

Расчеты дефлегматора

Их определяют, исходя из типа колонны. При отборе спирта ниже дефлегматора, лучший выбор — дефлегматор Димрота мощностью до 5 Ватт на квадратный см.

Если отбор выше дефлегматора, то мощность может составлять до 2 Ватт. Применяется как Димрот, так и «рубашечник».

Например, если у вас царга 50 мм, то для Димрота достаточно трубки 6 см (внутреннее сечение) до 50 мм в длину (при точном расчете – 48,7). Рубашечник может быть из трубы 52 мм длиной 39 см.

Достижение необходимой мощности в таблице:

Внутренний диаметр трубы (мм)

Высота царги (см)

Производительность при оптимальной мощности нагрева (мл/ч)

52 100 1900-1950 51 150 1750-1790 42 150 1120-1190 40 100 1100-1130 32 150 630-660 28 150 450-490

Расчет прямоточного холодильника

Если прямоточник является доохладителем в РК с жидкостным отбором, достаточно 30-сантиметровой «рубашки» на трубке отбора. Обычно соединяют отвод воды с подачей к дефлегматору.

Другое дело, если РК вы намерены эксплуатировать и как дистиллятор, тогда рубашечник изготавливайте, исходя из дистилляционных потребностей.

Не нагружая вас малопонятными подробностями, отметим — чтобы поддерживать турбулентность движения пара, возьмите внутренний диаметр трубы, соответствующий мощности нагрева, помноженного на 6. Диаметр – в мм, мощность в кВТ.

Между стенками трубы и рубашки достаточно 1,5 мм для свободного движения воды.

Важно. При создании прямоточного холодильника навейте на внутреннюю трубу проволоку с таким диаметром, чтобы спираль на 0,3 мм не доставала до внутренней поверхности рубашечника.

Спираль навивается с шагом в 2-3 диаметра внутренней (паровой) трубы. Она предотвращает деформацию стенок, улучшает охлаждение и уберегает от образования «мертвых зон вследствие теплового расширения.

Принято использовать пары труб для холодильников с толщиной стенки 1 мм:

  • 10 мм-14 мм;
  • 12 мм-16 мм;
  • 14 мм-18 мм;
  • 16 мм-20 мм;
  • 20 мм – 25 мм. В этом случае толщина трубы 25 мм нужна 1,5 мм.

Длина прямоточного холодильника – 50-75 см.

Опираясь на приведенные расчеты, при правильном подходе к делу вы получите продуктивный ректификатор, по качеству – даже выше промышленных аналогов. Но если вы решитесь на покупку готовой колонны, то сможете проверить соответствие ее параметров требованиям.

Полезные видео

Ректификационная колонна для самогонного аппарата своими руками — теория, практика, чертежи и схемы: