Самый распространенный в промышленности тип теплообменника – кожухотрубник. Вариант его конструктивного исполнения зависит от задач, стоящих перед пользователями. Кожухотрубник не обязательно должен быть многотрубным – обычный рубашечный дефлегматор, прямоточный (а) или противоточный (б) холодильник типа «труба в трубе» — это тоже кожухотрубники.
Применяются и одноходовые теплообменники с перекрестноточным движением теплоносителей (в). Но наиболее эффективна и часто используемая для многотрубных теплообменников – многоходовая перекрестноточная схема (г).
При этой схеме один поток жидкости или пара движется по трубам, а навстречу ему зигзагообразно, многократно пересекая трубы, движется второй теплоноситель. Это гибрид противоточного и перекрестного вариантов, который позволяет сделать теплообменник максимально компактным и эффективным.
Принцип работы кожухотрубных теплообменников и сфера их применения
В самогоноварении многоходовые перекрестноточные холодильники принято называть кожухотрубниками (КХТ), а их однотрубный вариант – противо- или прямоточным холодильником. Соответственно, при использовании этих конструкций в качестве дефлегматоров — кожухотрубными и рубашечными дефлегматорами.
В домашних самогонных аппаратах, бражных и ректификационных колоннах подачу пара осуществляют в эти теплообменники по внутренним трубам, а охлаждающей воды – в кожух. Любого промышленного конструктора-теплотехника это бы возмутило, так как именно в трубах можно создать высокую скорость теплоносителя, значительно увеличив теплоотдачу и КПД установки. Однако у винокуров свои цели и не всегда нужен высокий КПД.
Например, в дефлегматорах для паровых колонн, наоборот, требуется смягчить градиент температур, размазать зону конденсации как можно больше по высоте, и, сконденсировав необходимую часть пара, не допустить переохлаждения флегмы. Да еще и точно регулировать этот процесс. На первый план выходят совсем другие критерии.
Среди применяемых в самогоноварении холодильников наибольшее распространение получили змеевики, прямоточники и кожухотрубники. Каждый из них имеет свою сферу использования.
Для аппаратов с низкой (до 1,5-2 л/час) производительностью наиболее рационально применение небольших проточных змеевиков. При отсутствии проточной воды змеевики тоже дают фору другим вариантам. Классический вариант – змеевик в ведре с водой. Если есть водопровод и производительность аппарата до 6-8 л/ч, то преимущество имеют прямоточники, сконструированные по принципу «труба в трубе», но с очень малым кольцевым зазором (около 1-1,5 мм). На паровую трубу спиралевидно навивают проволоку с шагом 2-3 см, которая центрирует паровую трубу и удлиняет путь охлаждающей воды. При мощностях нагрева до 4-5 кВт это самый экономичный вариант. Кожухотрубник, безусловно, может заменить прямоточник, но стоимость изготовления и расход воды будет повыше.
Кожухотрубник выступает на первый план при автономных системах охлаждения, поскольку совершенно нетребователен к давлению воды. Как правило, обычного аквариумного насоса хватает для успешной работы. Кроме того, при мощностях нагрева от 5-6 кВт и выше кожухотрубный холодильник становится практически безальтернативным вариантом, так как длина прямоточного холодильника для утилизации высоких мощностей будет нерациональной.
Кожухотрубный дефлегматор Для дефлегматоров бражных колонн ситуация несколько иная. При малых, до 28-30 мм, диаметрах колонн наиболее рационален обычный рубашечник (в принципе тот же кожухотрубник).
Для диаметров 40-60 мм лидером становится Это высокоточный охладитель с четкой регулируемостью мощностью и абсолютной несклонностью к завоздушиванию. Димрот позволяет настроить режимы с наименьшим переохлаждением флегмы. При работе с насадочными колоннами он, благодаря своей конструкции, дает возможность центрировать возврат флегмы, наилучшим образом орошая насадку.
Кожухотрубник выходит на передний план при системах автономного охлаждения. Орошение насадки флегмой происходит не в центре колонны, а по всей плоскости. Это менее эффективно чем у Димрота, но вполне допустимо. Расход воды при таком режиме у кожухотрубника будет ощутимо выше нежели у Димрота.
Если нужен конденсатор для колонны с жидкостным отбором, то Димрот вне конкуренции за счет точности регулировки и малого переохлаждения флегмы. Кожухотрубник также применяют для этих целей, но переохлаждения флегмы трудно избежать и расход воды будет выше.
Основной причиной популярности кожухотрубников у производителей бытовых аппаратов является то, что они более универсальны в использовании, а их детали легко унифицируются. Кроме того, применение кожухотрубных дефлегматоров в аппаратах типа «конструктор» или «перевертыш» вне конкуренции.
Расчет параметров кожухотрубного дефлегматора
Расчет необходимой площади теплообмена можно выполнить по упрощенной методике.
1. Определить коэффициент теплопередачи.
| Наименование | Толщина слоя h, м | Удельная теплопроводность λ, Вт/(м*К) | Термическое сопротивление R, (м 2 К)/Вт |
| Зона контакта металла с водой (R1) | 0,00001 | ||
| 0,001 | 17 | 0,00006 | |
| Флегма (средняя толщина пленки в зоне конденсации для дефлегматора 0,5 мм, для холодильника – 0,8 мм), ( R3) | 0,0005 | 1 | 0,0005 |
| 0,0001 | |||
| 0,00067 | |||
| 1493 |
Формулы для расчетов:
R = h / λ, (м2 К)/Вт;
Rs = R1 + R2 + R3 + R4, (м2 К)/ Вт;
К = 1 / Rs, Вт/ (м2 К).
2. Определить среднюю разницу температур между паром и охлаждающей водой.
Температура насыщенного спиртового пара Тп = 78,15 °C.
Максимальная мощность от дефлегматора нужна в режиме работы колонны на себя, что сопровождается максимальной подачей воды и минимальной её температурой на выходе. Поэтому примем, что температура воды на входе в кожухотрубник (15 — 20) — Т1 = 20 °C, на выходе (25 — 40) — Т2 = 30 °C.
Твх = Тп — Т1;
Твых= Тп — Т2;
Среднюю температуру (Тср) посчитаем по формуле:
Тср = (Твх — Твых) / Ln (Твх / Твых).
То есть, в нашем случае округленно:
Твых = 48°C.
Тср = (58 — 48) / Ln (58 / 48) = 10 / Ln(1,21) = 53 °C.
3. Рассчитать площадь теплообмена. Исходя из известного коэффициента теплопередачи (К) и средней температуры (Тср), определяем необходимую площадь поверхности для теплообмена (Sт) для требуемой тепловой мощности (N), Вт.
Sт = N / (Tср * К), м 2 ;
Если нам, к примеру, нужно утилизировать 1800 Вт, то Sт = 1800 / (53 * 1493) = 0,0227 м 2 , или 227 см 2 .
4. Геометрический расчет. Определимся с минимальным диаметром трубок. В дефлегматоре флегма идет навстречу пару, поэтому необходимо соблюсти условия для её свободного стекания в насадку без излишнего переохлаждения. Если сделать трубки слишком малого диаметра, можно спровоцировать захлеб или выброс флегмы в зону над дефлегматором и дальше в отбор, тогда о хорошей очистке от примесей можно будет просто забыть.
Минимальное суммарное сечение трубок при заданной мощности посчитаем по формуле:
Sсеч = N * 750 / V, мм 2 , где
N – мощность (кВт);
750 – парообразование (см 3 / с кВт);
V – скорость пара (м/с);
Sсеч – минимальная площадь поперечного сечения трубок (мм 2)
При расчетах дистилляторов колонного типа мощность нагрева выбирают исходя из максимальной скорости пара в колонне 1-2 м/с. Считается, что если скорость превысит 3 м/с, то пар будет гнать флегму вверх по колонне и забрасывать в отбор.
Если нужно утилизировать в дефлегматоре 1,8 кВт:
Sсеч = 1,8 * 750 / 3 = 450 мм 2 .
Если делать дефлегматор с 3 трубками, значит, площадь сечения одной трубки не меньше 450 / 3 = 150 мм 2 , внутренний диаметр – 13,8 мм. Ближайший больший из стандартных размеров труб – 16 х 1 мм (внутренний диаметр 14 мм).
При известном диаметре труб d (см) находим минимально необходимую их суммарную длину:
L= Sт / (3,14 * d);
L= 227/ (3,14* 1,6) = 45 см.
Если сделаем 3 трубки, то длина дефлегматора должна быть около 15 см.
Длину корректируют учитывая, что расстояние между перегородками должно примерно равняться внутреннему радиусу корпуса. Если число перегородок будет четным, то патрубки для подачи и слива воды окажутся на противоположных сторонах, а если нечетным – на одной стороне дефлегматора.
Увеличение или уменьшение длины труб в пределах величины радиуса бытовых колонн не создаст проблем с управляемостью или мощностью дефлегматора, так как соответствует погрешностям при расчете и может быть компенсировано дальнейшими конструктивными решениями. Можно рассмотреть варианты с 3, 5, 7 и более трубками, затем выбрать со своей точки зрения оптимальный.
Конструктивные особенности кожухотрубного теплообменника
Перегородки
Расстояние между перегородками ориентировочно равно радиусу корпуса. Чем меньше это расстояние, тем больше скорость потока и меньше возможность возникновения застойных зон.
Перегородки направляют поток поперек трубок, это ощутимо увеличивает КПД и мощность теплообменника. Также перегородки препятствуют прогибу трубок под воздействием тепловых нагрузок и увеличивают жесткость кожухотрубного дефлегматора.
В перегородках вырезают сегменты для прохода воды. Сегменты должны быть не меньше площади сечения патрубков для подачи воды. Обычно эта величина составляет около 25-30% от площади перегородки. В любом случае, сегменты должны обеспечить равенство скорости воды по всей траектории движения, как в трубном пучке, так и зазоре между пучком и корпусом.
Для дефлегматора, несмотря на его небольшую (150-200 мм) длину, есть смысл сделать несколько перегородок. Если их число будет четным, штуцеры окажутся на противоположных сторонах, если нечетным – на одной стороне дефлегматора.
При установке поперечных перегородок важно обеспечить как можно меньший зазор между корпусом и перегородкой.
Трубки
Толщина стенок трубок особого значения не имеет. Разность коэффициента теплопередачи для толщины стенки 0,5 и 1,5 мм ничтожно мала. По факту трубки являются термически прозрачными. Выбор между медью и нержавейкой, с точки зрения теплопроводности, также теряет смысл. При выборе нужно исходить из эксплуатационных или технологических свойств.
При разметке трубной доски руководствуются тем, что расстояния между осями трубок должно быть одинаковым. Обычно их размещают в вершинах и по сторонам правильного треугольника или шестиугольника. По этим схемам при одном и том же шаге возможно разместить максимальное количество трубок. Центральная трубка чаще всего становится проблемной, если расстояния между трубками в пучке не одинаковы.
На рисунке показан пример правильного расположения отверстий.
Для удобства сварки расстояние между трубками не стоит делать меньше 3 мм. Для обеспечения прочности соединений материал трубной решетки должен быть более твердым, чем материал труб, а зазор между решеткой и трубами – не более 1,5% от диаметра труб.
При сварке концы труб должны выступать над решеткой на расстояние равное толщине стенки. В наших примерах – на 1 мм, это позволит сделать качественный шов, оплавив трубу.
Расчет параметров кожухотрубного холодильника
Главное отличие кожухотрубного холодильника от дефлегматора состоит в том, что флегма в холодильнике течет в одном направлении с паром, поэтому слой флегмы в зоне конденсации увеличивается от минимального до максимального более плавно, а средняя его толщина несколько больше.
Для расчетов рекомендуем задавать толщину, равную 0,8 мм. В дефлегматоре же все наоборот – вначале толстый слой флегмы, слившейся со всей поверхности, встречает пар и практически не дает ему полноценно конденсироваться. Затем, преодолев этот барьер, пар попадает в зону с минимальной, порядка 0,5 мм толщиной, пленки флегмы. Это толщина на уровне её динамического удержания, конденсация происходит, в основном, в этой зоне.
Приняв среднюю толщину слоя флегмы равной 0,8 мм, на конкретном примере рассмотрим особенности расчета параметров кожухотрубного холодильника по упрощенной методике.
| Наименование | Толщина слоя h, м | Удельная теплопроводность λ, Вт/(м*К) | Термическое сопротивление R, (м 2 К)/Вт |
| Зона контакта металла с водой, (R1) | 0,00001 | ||
| Металл трубок (нержавейка λ=17, медь – 400), (R2) | 0,001 | 17 | 0,00006 |
| Флегма, (R3) | 0,0008 | 1 | 0,001 |
| Зона контакта металла с паром, (R4) | 0,0001 | ||
| Суммарное термическое сопротивление, (Rs) | 0,00117 | ||
| Коэффициент теплопередачи, (К) | 855,6 |
Максимальные требования по мощности к холодильнику предъявляет первая перегонка, для которой и делают расчет. Полезная мощность нагрева – 4,5 кВт. Температура воды на входе – 20 °C, на выходе – 30 °C, пара – 92 °C.
Твх = 92 — 20 = 72 °C;
Твых = 92 — 30 = 62 °C;
Тср = (72 — 62)/ Ln (72 / 62) = 67 °C.
Площадь теплообмена:
Sт = 4500 / (67 * 855,6) = 787 см².
Минимальная суммарная площадь сечения труб:
S сеч = 4.5*750/10= 338 мм²;
Выбираем 7-ми трубный холодильник. Площадь сечения одной трубы: 338 / 7 = 48 мм или внутренний диаметр 8 мм. Из стандартного ассортимента труб подходит 10х1 мм (с внутренним диаметром 8 мм).
Внимание! При расчете длины холодильника нужен внешний диаметр – 10 мм.
Определяем длину трубок холодильника:
L= 787 / 3,14 / 1 = 250 см, следовательно, длина одной трубки: 250 / 7 = 36 см.
Проводим уточнение длинны: если корпус холодильника выполнен из трубы с внутренним диаметром 50 мм, то между перегородками должно быть 25 мм.
36 / 2,5 = 14,4.
Следовательно, можно сделать 14 перегородок и получить патрубки ввода-вывода воды в разные стороны, или 15 перегородок и патрубки будут смотреть в одну сторону, также слегка подрастет мощность. Выбираем 15 перегородок и корректируем длину трубок до 37,5 мм.
Чертежи кожухотрубных дефлегматоров и холодильников
Производители не спешат делиться своими чертежами кожухотрубных теплообменников, а домашние мастера не особо в них нуждаются, но всё же некоторые схемы есть в публичном доступе.
Послесловие
Не следует забывать, что всё вышесказанное – теоретический расчет по упрощенной методике. Теплотехнические расчеты намного сложней, но в реальном бытовом диапазоне изменения мощностей нагрева и других параметров методика дает корректные результаты.
На практике коэффициент теплопередачи может оказаться другим. Например, из-за повышенной шероховатости внутренней поверхности труб слой флегмы станет выше расчетного, или холодильник будет расположен не вертикально, а под углом, что изменит его характеристики. Вариантов много.
Расчет позволяет достаточно точно определить размеры теплообменника, проверить как повлияет на характеристики изменение диаметра труб и без лишних затрат отвергнуть все негодные или гарантированно худшие варианты.
Дефлегматор для самогонного аппарата - это устройство, которое имеет несколько названий, о его необходимости до сих пор ведутся споры. Но, несмотря на столь активные дискуссии, никто и не думает умолять достоинств дефлегматора.
Зачем нужен самогонный аппарат, понятно всем. Несмотря на то что конструкция отличается примитивным строением, ее можно модернизировать. Модернизация поможет значительно улучшить качество продукции: сделает самогон чище, избавит его от неприятных запахов.
Расположение сухопарника в самогонном аппарате
Дефлегматор, или сухопарник, - это неотъемлемая часть прибора, своего рода отстойник, в котором при дистилляции оседают вредные сивушные масла. Именно сивуха портит качество алкоголя, она может стать причиной тяжелой интоксикации.
Самогонные аппараты бывают различными, например, с сухопарником и без него, но это вовсе не значит, что устройства работают одинаково. Строение прибора оказывает прямое влияние на качество самогона. Если аппарат не обладает холодильником, сухопарником и перегонным кубом, то его сложно причислить к устройствам для производства спиртосодержащих напитков в домашних условиях.
Каждая часть агрегата выполняет определенные функции. Если говорить о дефлегматоре (сухопарнике, отстойнике), то он помогает:
- Значительно улучшить вкусовые качества алкоголя, устранить неприятный запах и даже убрать привкус, повлиять на крепость напитка.
- Избежать попадания кипящей браги в емкость с готовым дистиллятом. Когда в перегонном кубе закипает брага, небольшое ее количество в виде брызг может попасть в емкость с готовым алкоголем - это событие не лучшим образом скажется на качестве продукта. Можно выливать самогон обратно в куб и вновь начинать его переработку, поскольку в браге высока концентрация сивушных масел.
- Своеобразное устройство дефлегматора помогает разделить самогон на фракции: отделить «головы» от «тела» и отобрать «хвосты», за счет чего качество продукции только выиграет.
- Еще сухопарник используют в качестве ароматизатора. В него кладут различные компоненты (корки лимона или апельсина, пряности, специи и другие вещества), которые способны придать напитку приятный запах и вкус.
Необходимо понимать, что некоторые устройства снабжены несколькими сухопарниками. Наличие дополнительных модулей влияет на качество самогона. В некоторых случаях дефлегматоры работают настолько эффективно, что позволяют в домашних условиях производить спирт высокой крепости.
Многие думают, что сухопарником оснащен только самогонный аппарат, а вот ректификационная колонна в таком устройстве не нуждается. На деле это не совсем так. Ректификатор нередко имеет один или два отстойника. Именно эти модули и помогают прибору производить спирт-сырец крепостью до 96 градусов.
Как работает дефлегматор:
- Спирт закипает при более низкой температуре, чем сивушные масла и вода.
- Когда пары начинают испаряться, они проходят через сухопарник. Вредные сивушные масла оседают на стенках дефлегматора, а также в той воде, которая содержится в отстойнике. Это блокирует попадание вредных веществ в готовую продукцию.
- Частично пары спирта продолжают свое движение, они попадают в холодильник, проходят по змеевику и превращаются в довольно крепкий продукт.
По своей сути дефлегматор - это своеобразный фильтр, который задерживает сивушные масла, капли браги, различные примеси и т. д. Он позволяет улучшить вкус продукта, повысить его крепость и обеспечить самогонщика высококачественным самогоном.
Для чего нужен в таком случае второй сухопарник? Ответ на этот вопрос очевиден: второй сухопарник, или дефлегматор, помогает не только очистить самогон от сивухи, но и повысить его крепость. В конструкции агрегата могут быть два и более сухопарника. Один из них используют для придания напитку аромата, а другой очищает самогон от вредных примесей. Чем больше в агрегате сухопарников, тем качественнее алкоголь он выдает.
Конструкции с тремя сухопарниками используют при дистилляции благородных напитков, таких, как виски, коньяк и даже ром.
Основные преимущества дефлегматора
Разбираясь с тем, как работает сухопарник и зачем он нужен, стоит заметить, что устройство имеет несколько преимуществ. Самогонный аппарат с дефлегматором - особое устройство, которое отличается рядом положительных характеристик. Наличие дополнительного модуля оптимизирует работу устройства и помогает:
- Снизить концентрацию содержания сивушных масел в алкоголе. Если дефлегматор встроен в ректификационную колонну, то он позволяет получить спирт высокой степени очистки. Такой продукт не требует повторной перегонки, он отличается высоким качеством. Самогонный аппарат, или ректификатор с сухопарником, - это практичное устройство. По сравнению с химическими методами очистки, очистка с помощью дефлегматора более эффективна.
- Повысить крепость напитка. Это происходит за счет того, что флегма возвращается назад в брагу, что позволяет повысить крепость напитка.
- Оградить практически готовый к употреблению алкоголь от попадания в него частиц кипящей браги. А это значит, что устройство выполняет функции барьерного элемента.
- Наделить алкоголь приятным запахом и вкусом, если в процессе выгона использовать ароматические вещества.
Но главное - это то, что дефлегматор упрощает получение готовой продукции, он позволяет без особых усилий, не проводя вторую или третью перегонку браги, произвести самогон высокого качества.
Дефлегматор своими руками
Изготовить сухопарник для самогонного аппарата своими руками не так уж и сложно, понадобится некоторое знание подробностей строения агрегата и функций дополнительного модуля.
Если изучить чертеж, то можно заметить, что дефлегматор - это своеобразная емкость, которую используют в качестве отстойника. Емкость имеет определенные особенности строения, опираясь на них и можно изготовить модуль самостоятельно. Но если нет навыков в конструировании и создании самогонных аппаратов или его частей, то лучше приобрести прибор в магазине.
Как сделать сухопарник самостоятельно:
- Для создания устройства понадобится банка из стекла с закручивающейся крышкой. Можно взять и банку с герметичной жестяной крышкой, которая не снимается, но такой сухопарник не удастся промыть и очистить от сивушных масел и остатков браги.
- Два штуцера и две гайки, а также материалы для герметизации конструкции. Можно использовать обычный суперклей или эпоксидку.
- А также понадобятся шланги и инструменты, которые помогут сделать в крышке два отверстия, желательно взять шило.
Когда все исходные материалы будут готовы, можно приступать к изготовлению модуля своими руками.
Алгоритм действий при работе с материалами:
- На крышку из металла наносится разметка в тех местах, где будут располагаться штуцера. Разметку можно сделать с помощью маркера, главное - не ошибиться с диаметром.
- Когда разметка будет нанесена на поверхность крышки, можно проделать в металле отверстия. Это легко можно сделать, используя шило.
- После того как отверстия будут готовы, стоит обработать их клеем или другим средством для герметизации конструкции. Обработка проводится непосредственно перед сборкой, чтобы клей не засох.
- Затем прикручиваем штуцеры, закрепляем их с помощью гаек. Труба на вход спиртосодержащих паров должна располагаться ниже выводящей на 1–1,5 см. Трубку, по которой выходят вредные масла, опускают в раковину.
- Располагаем сухопарник между холодильником и перегонным кубом. Для монтирования используем шланги из силикона, поскольку резина может оказать влияние на вкус напитка и его запах.
По такой системе можно изготовить несколько дефлегматоров, в принципе схема не отличается особой сложностью. Можно «прикрутить» к уже готовому агрегату отстойник или дополнить им самогонный аппарат, сделанный своими руками.
После того как сухопарник будет готов и вмонтирован в конструкцию устройства по изготовлению спиртосодержащих напитков, его необходимо будет протестировать. Стоит залить в перегонный куб воду и запустить аппарат - это поможет проверить герметичность соединений и правильность монтажа.
Сухопарник для ректификатора
Наличие царги в приборе еще не означает, что он обладает ректификатором. Царга - это часть ректификационной колонны, но не только это приспособление участвует в дистилляции алкоголя. Итак, как усилить работу царги и превратить самогонный аппарат в настоящий спиртзавод? Для этого можно оснастить уже имеющееся устройство дополнительным модулем - дефлегматором.
Как сделать сухопарник для ректификатора:
- Чтобы сделать сухопарник, стоит вооружиться термосом и разобрать его. Чтобы приспособление не пострадало, необходимо зачистить дно термоса, вытащить скобы и аккуратно разобрать прибор.
- После того как термос будет разобран, стоит приступить к обточке фронтального шва. Сварочный шов обтачивают до тех пор, пока не появится зазор.
- Когда зазор будет готов, необходимо вытащить внутреннюю капсулу термоса и приварить к ней трубку для вентиляции.
- После фиксируем ко дну конструкции пробирку.
- Потом припаиваем к узлу зазора горловину, в горловине необходимо проделать отверстие, в него будет вмонтирована трубка.
- Подготавливаем отверстие во втулке, втулка выполнена из фторопласта и служит для укрепления трубки.
Конструкция дефлегматора для ректификационной колонны весьма сложная, сделать такое приспособление своими руками совсем непросто. По этой причине можно купить уже готовое приспособление, так будет проще.
Стоит отметить, что ранее сухопарник считали ненужным элементом, оборудование для изготовления самогона с дефлегматором не пользовалось особой популярностью, и агрегаты подвергали демонтажу. Отстойники убирали, не задумываясь о том, что они улучшают качество алкоголя и его вкусовые характеристики.
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.
Дефлегматор – конструкция, которой оснащен самогонный аппарат, предназначенная для частичного очищения спиртовых паров от вредных компонентов.
Флегма – вредный конденсат, который задерживается этим устройством посредством быстрого охлаждения, при этом спирт содержащие пары проходят беспрепятственно к основному холодильнику со змеевиком.
На данный момент можно приобрести самогонный аппарат с различными видами дефлегматоров, отличающимися по своей конструкции и функциональности. Рассмотрим подробнее, как работает это устройство, какое подойдет лучше в той или иной ситуации и какие основные проблемы решает.
Принцип работы дефлегматора
Как известно, перегоняемая брага состоит из питьевой спиртсодержащей части и фракций вредных примесей. Эти жидкости имеют разную температуру кипения, что позволяет эффективно разделять пары браги и отбирать нужную нам питьевую часть.
Процесс происходит по следующей схеме:
- На первоначальном этапе нагрева куба самогонного аппарата, в режиме работы «сам на себя» в колонне создается оптимальный температурный режим для очистки и конденсации паров спирта. Это возможно, если запустить охлаждение дефлегматора на максимум. Получается, что охлажденный пар выпадает в конденсат, который стекает обратно в перегонный куб, навстречу поднимающемуся пару. Происходит процесс переиспарения – конденсат подвергается нагреванию повторно и частично превращается в пар;
- как только достигается оптимальная температура для кипения обеих фракций, то внутри конструкции возникает 2 слоя: нижний, с высокой температурой кипения и верхний с низкой температурой кипения;
- далее начинают отбор верхнего слоя с низкой температурой кипения. Это достигается постепенным изменением режима охлаждения;
- как только отбор первой жидкости закончен, следует поменять режим охлаждения, чтобы отбор нижней фракции прошел успешно.
Если Вы собрались серьезно заняться самогоноварением, то не стоит экономить на покупке дефлегматора. От такого приобретения, любой винокур получит:
- очищение от сивушных масел и токсических компонентов с гораздо большей эффективностью;
- получаемый при перегонке алкоголь c улучшенными вкусовыми качествами и высокой крепостью;
Виды дефлегматоров
На сегодняшний день наш интернет-магазин предлагает большой ассортимент дефлегматоров , отличающихся конструктивными особенностями, но все же стоит выделить следующие:
- Прямоточный (рубашечный) дефлегматор.
- Дефлегматор (холодильник) Димрота.
Чтобы понять какой дефлегматор следует приобрести, рассмотрим подробно каждый из видов.
Прямоточный (рубашечный) дефлегматор
Это устройство состоит из двух трубок разных по диаметру, между которых находится охлаждающая жидкость. Холодная вода, протекая в свободном промежутке, быстро меняет температуру внутреннего отрезка трубы – происходит замедление движения паров. После конденсации пары флегмы по внутренним стенкам трубы меньшего диаметра стекают в перегонный куб.
Плюс данного типа дефлегматоров в относительно несложной настройке на рабочую температуру, что важно для начинающих самогонщиков.
В нашем интернет-магазине вы можете найти модели самогонных аппаратов с дефлегматором рубашечного типа, например, Феникс Зенит и Витязь .
Благодаря своей универсальности и легкой унификации деталей в самогонных аппаратах «конструкторах» последних моделей широкое распространение получил кожухотрубный дефлегматор. По сути, это усовершенствованный вариант прямоточного дефлегматора, внутри которого не одна трубка, а обычно от 3 до 7. Именно данному типу дефлегматоров отдает свое предпочтение большинство самогонщиков со стажем.
Этот вариант весьма эффективен, так как соприкосновение паров, со стенками холодных трубок, проходит на большей площади. А соответственно, эффект от охлаждения флегмы и ее возврат будет выше, а разделение на фракции более четкий. Дистиллят будет более чистым, а крепость значительно выше.
В нашем интернет-магазине модели с кожухотрубным дефлегматором представлены такими аппаратами, например, как Люкссталь-5 , Шнапсер X2 и Булат Богатырь 2 .
Дефлегматор (холодильник) Димрота
Холодильник Димрота - один из самых часто встречаемых узлов в домашних бражных и ректификационных колоннах. Конструкция его состоит из металлической колбы, внутри которой находится змеевик. Разделение браги на фракции происходит по принципу переиспарения, но площадь соприкосновения испаряемой жидкости и охладителя намного больше, чем в аппарате первого типа. Помимо этого флегма и пар начинают свое взаимодействие в центре колбы при оптимальной температуре, и как следствие на выходе получается качественный продукт с повышенной крепостью.
В нашем интернет-магазине вы можете найти модели ректификационных колонн с дефлегматором Димрота. Это Добрый Жар Маяк и Cuprum&Steel Super Star .
В любом случае, не зависимо от типа дефлегматора, важно следить за рабочей температурой, и корректировать ее по мере надобности, тогда и самогон получиться качественным.
Все используемые в самогоноварении дефлегматоры условно можно разделить на два больших класса: пленочные и все остальные. Принципиальная разница заключается в том, что в классической пленочной конструкции отсутствуют какие-либо дополнительные элементы: флегма конденсируется на стенках вертикальной трубки и с нее же переиспаряется. Главное достоинство - простота конструкции, изготовление которой возможно своими руками, главный недостаток - взаимодействие флегмы с периферийной областью потока пара, а не с центральной.
«Все остальные» - это дефлегматоры, во внутреннюю полость которых вводятся различные элементы: наполнители с развитой площадью поверхности (тарелки, стеклянные шарики и т.д.) из инертного материала. За счет них повышается эффективность взаимодействия пара с флегмой, и уменьшаются габаритные размеры устройства. Перечислим лишь некоторые виды дефлегматоров:
- Ле-Шателье;
- Бунзена;
- елочные;
- насадочные;
- Димрота и т.д.
По соотношению качества продукта/габаритам/простоте изготовления/удобству регулировки режима работы - практичности, если одним словом, предпочтение отдается конструкции Димрота.
Некоторые способы изготовления простейших дефлегматоров
- Модернизированный сухопарник . Строго говоря, даже самопальный примитив - сухопарник из стеклянной банки, некоторые функции дефлегматора все же выполняет. Но только некоторые, и только если говорить «очень строго». Чтобы он превратился в элементарный неуправляемый дефлегматор, конструкцию и его размещение необходимо изменить. Делается это легко и своими руками.
- В верхней части остается только один выходной патрубок.
- Корпус изготавливается из тонкого металла.
- В дно впаивается металлическая трубка, которая затем подсоединяется к крышке перегонного куба.
- Устанавливается вся эта конструкция, в отличие от классического сухопарника, не сбоку, а над перегонной емкостью с исходной смесью.
В результате, сконденсировавшаяся на стенках корпуса флегма, стекает по трубке обратно в бак, встречается с вновь образовавшимся паром, частично переиспаряется и поступает на отбор. Крепость и чистота продукта незначительно, но повышаются.
- Дефлегматор своими руками из двух трубок - простейший пленочный. С внешней стороны большой трубки на концах в стенки ввариваются два патрубка. Трубка меньшего диаметра вставляется внутрь большой. Концы завариваются, чтобы между ними образовалась полость (рубашка). Вся конструкция подсоединяется к отверстию в крышке перегонного куба. В образовавшейся рубашке циркулирует холодная вода.
Пар из емкости поднимается внутри трубки, конденсируется на ее холодных стенках и стекает по ним обратно в емкость. При взаимодействии с встречным потоком пара происходит многократное переиспарение флегмы и разделение ее на фракции. Регулируя интенсивность охлаждения, из исходного сырья последовательно отделяются все компоненты, начиная с низкотемпературной составляющей.
- Дефлегматор Димрота . Две трубки. Одна из них служит корпусом, из второй сворачивается спираль таким образом, чтобы она входила в корпус с небольшим зазором. Конструкция устанавливается на крышке перегонной емкости, по спиральной трубке циркулирует вода. В отличие от пленочной конструкции здесь конденсация и переиспарение флегмы происходит на поверхности спирали.
Отдельно рассмотрим дефлегматор, который при доступности его изготовления в домашних условиях своими руками дает очень хороший результат по конечному продукту.
Дефлегматор из металлического термоса
Основой этой конструкции будет термос объемом 0.5-1 л. Приступим.
- Разбираем термос, то есть, снимаем дно, так чтобы не повредить саму колбу. Для этого зачищаем площадку на донышке и припаиваем к нему металлическую скобу. К скобе прикручиваем проволоку или стальной тросик. Второй конец проволоки надежно фиксируем и сильно дергаем термос на себя. Дно должно сняться с колбы термоса. Для облегчения процесса можно предварительно его прогреть горелкой.
- Далее необходимо сточить ребро, по которому происходит соединение перегородки с внешней колбой таким образом, чтобы появился почти неразличимый равномерный зазор по всей окружности. Воспользоваться для этого лучше всего дрелью с насадкой или, если есть доступ, наждачным станком. После этого перегородка термоса легко отделяется от внешней колбы.
- Для того чтобы извлечь внутреннюю часть колбы необходимо так же аккуратно сточить ребро на горловине термоса. В результате внутренняя часть легко извлекается из внешней.
- В дне внутренней колбы сверлим отверстие, вставляем в него трубку для связи с атмосферой и залуживаем место соединения.
- В стенку внешней колбы вверху и внизу врезаем и пропаиваем два патрубка для организации циркуляции охлаждающей воды. При этом необходимо следить за тем, чтобы концы этих трубок выступали вовнутрь колбы на расстояние меньшее величины зазора между колбами.
- Собираем колбу: аккуратно пропаиваем сделанные ранее зазоры, сверлим отверстие в донышке и перегородке под трубку и ставим их на место.
В принципе наш дефлегматор сделанный своими руками, в том, что касается самого термоса, готов. Его рабочее положение на самогонном аппарате горловиной вниз. Но в нем пока нет самого главного узла, из-за которого все и затевалось: узла отбора готового продукта.
Узел отбора
Он будет подсоединен к горловине термоса. Схематично его конструкция и положение в самогонном аппарате показано на рисунке ниже.
Схема работы дефлегматора
Изготавливается из отрезка трубы с двумя переходниками: верхний на горловину термоса, нижней к трубке, соединяющей дефлегматор с перегонным кубом. Внутри трубки вваривается широкая шайба с невысоким бортиком (8-10 мм) по краю центрального отверстия. Если есть навык, то с установкой шайбы можно справиться своими руками, если нет, то обратиться в мастерскую. Чуть выше дна, образовавшейся вдоль стенки трубы чаши, сверлится отверстие для патрубка, по которому будет выходить готовый продукт.
На схеме не показано, но для точной регулировки режима работы аппарата необходим еще термометр, либо датчик температуры. Для его установки чуть выше верхнего бортика шайбы в стенке трубы сверлиться отверстие под гильзу для установки термометра.
Итак, дефлегматор собран. Его можно подсоединить через трубку (от 50-80 см длиной) к крышке перегонной емкости и начать получать готовый продукт. Но если мы хотим получить действительно качественный спирт, то стоит подумать о замене трубки полноценной ректификационной колонной.