Ректификационная колонна: особенности, виды, принцип действия и преимущества

Ректификационная колонна – это система, используемая для разделения смесей с многокомпонентным составом на различные фракции. Устройство имеет вид цилиндра, внутри которого размещаются насадки или тарелки, представляющие собой контактные элементы. Каждая колонна оснащена дополнительными узлами для контроля, подачи исходной смеси и отбора дистиллята.

Из нашего обзора вы узнаете, какая существуют схема ректификационной колонны, особенности ее использования, этапы работы и что требуется знать, чтобы не обманули продавцы оборудования.

Принцип работы аппарата ректификационной колонны 

Ректификация – это метод отделения смеси на разные компоненты чистого содержания. Все это производится при многочисленных повторениях  конденсации с испарениями. Процесс включает двусторонний тепломассообмен между неравномерными потоками жидкостей и паров при повышенной турбулизации фаз контакта. В результате пар насыщается компонентами низкого кипения, а жидкость веществами высокого кипения.

Ректификационная колонна для самогонных аппаратов предполагает расположение в системе насадок контактного типа. Система оборудуется охлаждающей рубашкой.  Чем больше в оборудовании деталей контактного типа, тем эффективнее производится деление компонентов под температурами кипения. В агрегате должен присутствовать термометр для замеров паров высокой точности. Это способствует правильному проведению технологии деления по фракциям. 

Разные компоненты отличаются режимами температур кипения. Они делятся, благодаря явлениями испарения и конденсирования паров, которые происходят в многократных повторениях. При соприкосновениях  с жидкостью пар вытягивает из неё легкокипящие вещества, а жидкость выводит из пара тяжелокипящие. Так осуществляется теплообмен и постоянный тепломассообмен в ретификационном устройстве. Перед применением оборудования применяются расчеты.

Особых отличий в принципе действия ректификационной колонны или без нее не наблюдается. В любом из случаев задействуется дистилляция. Но именно механизм с колонной в процессе дистилляции производит деление по фракциям. В результате можно брать все бесполезные примеси.

Во время перегонки в системе происходит примерно десять процессов дистилляций ступенчатого типа. Это выполняется по всей высоте ректификационной колонны и на различных контактных площадках. Если оборудование для перегонки самогона  будет без механизма, то из браги  с концентрацией спирта  10/12%  понадобится произвести порядка десяти перегонок. И весь процесс должен сопровождаться увеличением крепости дистиллята до 96 градусов. А это очень затратно. И для решения подобной проблемы пригодится колонна.

Части ректификационной колонны

Механизмы, тарелки и насадки обеспечивают распределение составов на жидкости и пары. Чем больше таких элементов, тем продуктивнее происходит очищение спиртов

Теоретическая тарелка – цикл выходов и повторений состояний в равновесии. Чтобы сделать спирт высокого качества необходимо 25-30 деталей.

Физическая тарелка – механизм, по которому пар протекает через жидкости из пузырьков. Этот элемент обеспечивает практически половину усилий для достижений равновесных состояний. Для создания стабильного функционирования системы требуется 50-60 элементов. Выполняется расчет высоты и изучаются схемы.

Тарелки часто применяют для промышленного оборудования. В домашних установках используются насадки – сетки или специально скрученные проволоки из меди. Схемы отличаются простотой.

Не стоит использовать насадки самодельного типа в виде проволок, которые подвержены ржавчине и почернению.

Основные виды

Колонна — это система, разделяющая пар по различным фракциям. В качестве конденсата представлены летучие фракции.  Более тяжелые субстанции и являются флегмой. Такие компоненты  выпадают в осадок на стенах и на наполнителе. После этого переходит назад внутрь куба. 

Аппараты ректификационных колонн бывают разных вариаций. Их можно классифицировать на периодические (ступенчатые) и непрерывные. 

Контакт поэтапно наблюдается в тарельчатых колоннах. В ступенчатых ратификация проводится пока не будут получены напитки с окончательным составом. В устройствах непрерывного типа составы, которые нужно разделить, проходят в колонну. В результате идет бесперебойный процесс отдачи готовых продуктов.

Насадочные

Такой вариант характеризуется взаимодействием с перемещающимися жидкостными пленками. Там где газ соприкасается с поверхностью пленки. В этом случае обе фазы сплошные. Выглядит это как вертикальный агрегат, оборудованный насадками подходящих габаритов. Этот элемент размещается или по всей трубе или на отдельных участках. Массообмен осуществляется во всех местах колонны. Насадки в бытовых конструкциях бывают регулярные и беспорядочные, насыпные. Это многократно скрученная проволока большой длины из меди или стали. Элементы во много раз увеличивают площадь внутренней поверхности колонны, обеспечивая максимальный контакт пара и жидкости. В результате максимального тепломассообмена, если применяется медь, наблюдается дополнительное связывание вредных соединений серы. Насадки и тарелки обеспечивают возможности для соединения паров и жидкостей. При соединении потоков  значение неравновесности снижается. При правильных процессах эта величина равна нулю, чтобы произошло завершение процесса массообмена.

Ректификационные колонны для самогонного устройства бывают полными и неполными. Последний вариант делится на такие разновидности:

Бражные

Бражные (отгонные) механизмы отличаются несложным принципом действия. Подача пара приходится на тарелки, находящиеся в верхней части. В результате на выходе получается чистая вода. Из верха оборудования выводятся пары на спиртовой основе. Дефлегматор не ставится, потому что паровая фаза происходит в холодильном агрегате. Создать чистый спирт в данной системе маловероятно, поэтому не рассчитывайте сделать с его помощью лучшую водку в России.

Спиртовые

В спиртовых установках пары идут в куб (под нижнюю тарелку). Из верхней части выводится спирт, а из нижней оставшаяся вода. Дефлегматор применяется для передачи жидкости. Механизмы не задействуют для производства чистого продукта.

Полные

Конструкция это комбинированная система из бражной и спиртовой. Она включает исчерпывающую и концентрационную части. Питание на огонный элемент в верхней части идет через среднюю. В таких установках его получают оба компонента. Если смесь включает две части, тогда приготовление самогона не станет затруднительным. Для того чтобы произвести разделение браги (многокомпонентного состава) применяют несколько колонн, закрепленных последовательным способом. Элементы делят раствор на дистиллят, в котором присутствует один или пара компонентов, а также остаток в виде трудно летучего раствора.

Не предусмотрено разделения механизмов контактного типа в процессе ректификационных колонн. Поэтому их классифицируют по методам формирования поверхностей межфазного типа.

Пар проникает сквозь жидкости в пузырьковом состоянии – это барботажные системы. Жидкость распределяется по всему объему. Здесь газ выступает, как сплошная фаза, а жидкость дисперсная. Барботажные колонны сочетаются тарелками – колпачкового или ситчатого типа. Растворы в приборах делятся с высокой степенью точности, а массообмен обладает ступенчатым характером. Барботажные колонны применяют во время деления под повышенным напором. Минус устройств — высокое гидравлическое сопротивление и усложненная конструкция.

Устройство ректификационной колонны непрерывного действия

В колоннах непрерывного вида состав для разделения проходит в устройство. В результате происходит беспрерывный выход продукта. Верхняя трубка ректификационной колонны наполняется двумя вариациями насадок. Механизм нерегулярного типа – это россыпь миниатюрных деталей из инертных материалов.  Активно задействуется нержавеющая сталь. Насыпанная неровным слоем площадь поверхности тепломассообмена увеличивается, но из-за неровного слоя осложняется прохождение паров и отток флегмы. 

Регулярная насадка имеет вид сетки или листа с перфорацией. Материал скручивается специальным способом. Насадка проволочного типа подходит обеспечивает эффективные контакты жидкости и пара. Это способствует оттоку флегмы и создается тепломассообмен без трудностей. Система включает такие детали:

  • куб;
  • дефлегматор;
  • механизмы в верхней и нижней части;
  • охлаждающий механизм флегмы;
  • холодильник;
  • подача готового продукта.

Устройство ректификационной колонны периодического действия

Вертикальная колонна, имеющая большой диаметр, обладает тарелками, которые распределяются внутри с определенными промежутками. В результате происходит тепломассообмен. Тарельчатые установки имеют значительные  габариты, а также они дорогостоящие, поэтому их задействуют в промышленных сферах. С помощью функционального устройства фракции можно выделить с высоким уровнем точности. 

Колонна включает:

  • куб (емкость);
  • ректификационная колонна;
  • дефлегматор;
  • холодильник;
  • сортировочный фонарь.

Емкость применяется в качестве резервуара под спиртовые продукты. Сюда же проникает и спиртовой пар после процедуры ректификации и преобразования.

 

Что такое куб

Куб, или перегонный куб, важнейший элемент конструкции. При перегонке на него приходится значительная нагрузка. Здесь важно все, герметичность, качество сварного шва, особенности сборки, материал. Именно от качества перегонки и объема куба зависит производительность аппарата. Цель перегонки выделить спирты. В этом случае применяется метод  выпаривания и разделения на питьевую и не питьевую фракции.  Емкость, где происходит кипение жидкостей с содержанием спиртом, и является перегонным кубом.

Виды дефлегматора

Механизмы для самогоноварения могут быть без дефлегматора, но в основном с этими элементами. Устройство помогает поделить на более очищенные фракции. Это укрепляет спирт и позволяет регулировать процесс охлаждения. 

  • рубашечный – 2 цилиндра, один расположен в другом. В пространстве между ними перемещается холодная жидкость. Пар перемещается в верхнюю часть по внутреннему цилиндру, через отверстия. Флегма собирается на поверхностях стен и скатывается вниз. Из-за количества отверстий в цилиндре его и называют рубашечным;
  • кожухотрубный – это трубки вместо одного внутреннего цилиндра с множеством отверстий. Из-за количества трубок увеличивается площадь контакта, вследствие чего увеличивается способность к разделению. Данный холодильник более дорогой, но и при том гораздо производительней;
  • димрота – дефлегматор назван в честь ученого физика Димрота. Состоит из двух цилиндров.  Внешний и внутренний между которыми размещен змеевик с водяным охлаждением. Пар проходит из поверхности внутреннего цилиндра, а флегма собирается на змеевике. После этого перетекает в специальный приемник.

На габариты дефлегматора воздействуют такие факторы, как объем куба, количество перерабатываемого сырца, актуальная мощность, пропускная способность колонны, толщина встречного слоя флегмы, температура и объем охлаждающей воды.

Царга

Царга – это резервуар, в котором разворачивается  тепломассообмен. Фракции распределяются в определенном порядке, от низкокипящих до высококипящих. Диаметр, длина и материал – все влияет на производительность и нюансы разделения спиртов. Примером тому служит доказательство, что для дистиллята достаточно царги до 450мм, тогда как для ректификации труба должна быть от 500мм. Чем длиннее царга, тем больше усиливающая способность системы. Основным материалом для изготовления царги является нержавейка, материал повышенной надежности. Отличается стойкостью к химическим реакциям и к тому же долговечный. Стеклянная царга, у которой неоспоримые два качества – наглядность и инертность. С её помощью нельзя пропустить процессы производства, хвосты или захлеб. Всё наглядно.  Медная царга, важна при производстве дистиллятов (ароматных спиртов) из зерна, фруктов, ягод. К недостаткам относятся осажденные примеси и пленки окислов. Появляются сивушные масла. Нужно постоянно чистить в домашних условиях. Главное достоинство в том, что она связывает соединения серы (сернистые газы), которые в избытке производят дрожи в брагах.

Зачем нужна трубка связи с атмосферой

Рядом со сливной трубкой размещается тонкая трубка для связи с атмосферой.  Это незаменимый атрибут на колонне, но его также монтируют на дистиллятор. Она снижает эффекты от перепадов давления. Воздушные пробки смешивают фракции, уже построившиеся в царге по порядку кипения. Деталь предотвратит размазы питьевых спиртов . Или если вы своевременно не заменили приемный резервуар, продукт достигнет уровня трубки и по принципу проникнет в аппарат. От этого также защитит эта маленькая трубка. Потребность в трубке ещё заключается в том, что когда пары поднимаются наверх, формируется лишнее давление, поскольку в верху стоит воздух он их «запирает». Подвинуть воздух  из куба и колонны и дать парам подняться вверх, также помогает трубка.

Флегма

Кипящая смесь из воды и спирта формирует пары, идущие наверх, которые протекают через сухопарник и проникают в дефлегматор. Как мы и говорили ранее, далее происходит охлаждение паров, они конденсируются, трансформируются в дистиллят, а уже потом стекают в приемную посуда. Этот пар, трансформирующийся в жидкость, называется флегмой. Поток флегмы, выходящий из дефлегматора колонны, разделяется. Одна часть уходит обратно в узел отбора, начинает стекать по стенкам, увлажняет насадки или тарелки, а затем делится по фракциям. В результате  многократного разделения получается чистый спирт — ректификат.

Возможные проблемы

В каждом устройстве пар обладает предельной скоростью движения.  При прохождение флегмы внутри кубы его скорость снижается и завершается. Жидкость скапливается в ректификационном механизме. В результате возникают нарушения в процессе тепломассообмена. В системе наблюдается резкий скачок давления, а затем бульканье и посторонний шум.

Выделяют следующие причины поломки колонны:

  • пониженное атмосферное давление;
  • увеличение допустимых показателей нагрева;
  • повышенное напряжение в сети;
  • ошибки в конструкционном устройстве;
  • появление засоров в нижней части оборудования.

Спирт, полученный в процессе ректификации, более качественный для употребления, его можно разбавлять водой, предварительно рассчитав пропорции, к примеру, через калькулятор спирта. Состав, сделанный с помощью ректификации лучше,  чем дистиллят из классического самогонного устройства. Но вместе с этими плюсами проявляются и минусы. Требование к оборудованию повышенные, а сам процесс гораздо затратнее. К тому же сама эксплуатация самого аппарата требует высокого мастерства и опыта. 

Поэтому однозначно решить, что лучше самогонный аппарат хорошего качества или колонна, сложно. В этой ситуации можно подумать о промежуточном решении – это бражная колонна. Она дает дистиллят очень высокого качества, не ректификат, а пользоваться аппаратом гораздо проще. Всё зависит от ваших приоритетов. Важно правильно рассчитать параметры устройства.

Очень плохоПлохоСойдётХорошоОтлично (0)
Загрузка...
Adblock
detector