Процесс ректификации спирта
Итак, давайте разберем процесс ректификации, происходящий в колонне. В различных источниках в интернете я находил только два вида вариантов описания процесса ректификации. Первые описывали все кратко и без раскрытия сути, типа: «Ставите колонну на куб, включаете нагрев, и спирт начинает вытекать». Вторые обычно изобиловали специфическими терминами и графиками настолько, что без научной степени и не разберешься что там происходит. Возьму на себя смелость попробовать объяснить на пальцах, так сказать…
Колонна должна устанавливаться вертикально на перегонный куб, к которому подведен нагрев. Если будет значительное смещение от вертикальной линии, то технологический процесс пойдет неправильно и качество конечного продукта заметно снизится. Жидкость закипает, и пар начинает проходить в колонну. В средней части конструкции находится узел отбора, а ещё выше – холодильник, задачей которого является охлаждение пара и отправка его обратно в куб. На своем пути пар встретится с флегмой (стекающим конденсатом) и в результате контакта между ними легкая составляющая флегмы перейдет в пар, а тяжелая, наоборот, во флегму. Так образуется конечный продукт процесса. Вот так вкратце выглядит ректификация, теперь попробуем подробно рассмотреть каждый этап.
Как проходит процесс ректификации
Итак, для ректификации мы используем уже не брагу, а непосредственно самогон. Ну, качественный самогон конечно для ректификации мало кто использует — для этого берут либо «хвосты», которые нормальный самогонщик не выливает, либо же для ректификации используют самогон, который получился не слишком удачным по вкусу, прозрачности, другим органолептическим характеристикам. Использовать самогон для ректификации вместо браги нужно потому, что самогон уже в результате перегонки очищается от многочисленных примесей, имеющихся в браге, и если использовать брагу, то бражная пена при закипании будет выбрасываться в колонну, что доставит существенные проблемы при промывке аппарата.
Самогон залит в куб, колонна установлена, начинаем нагрев. При закипании пар идёт вверх в колонну. Проходит нижнюю часть царги, заполненную контактными элементами, и поднимается в дефлегматор, где конденсируется на охлаждаемых водяной рубашкой стенках во флегму, и стекает вниз. Узел отбора пока пропустим, вернемся к нему позже. Итак, наша флегма проходит узел отбора и попадает в нижнюю часть колонны, где стекает по нашим нарезанным мочалкам назад в куб. И вот здесь и происходит то самое таинство, которое лежит в основе процесса ректификации — тепломассообмен. Чтобы не запутаться самому в описании происходящих физических процессов, попробую максимально упростить.
Итак, в нижней части колонны встречаются спиртосодержащий пар, идущий по колонне вверх, и спиртосодержащая жидкость — флегма — стекающая вниз. Пар с жидкостью взаимодействуют на поверхности контактных элементов, и в результате этого взаимодействия пар забирает спирт из жидкости, и возносится выше еще более спиртосонасыщенным, а флегма с минимальным остаточным содержанием спирта стекает назад в куб. Поскольку, взаимодействие происходит непосредственно на поверхности контактных элементов, мы и заполняли колонну мочалками. Сначала в ректификационных установках в качестве таких элементов использовались детали из нержавейки, напоминающие по форме тарелки. Они были расположены одна над другой, и на них пар проходил (пробулькивал) через слой жидкости. Но сейчас повсеместно используются ректификационные колонны небольшого размера, и применение таких тарелок из-за конструктивной сложности оказалось нецелесообразным. Поэтому самодельные колонны наполняют обычно элементами, которые имеют большую развитую поверхность. В качестве них могут выступить различные сетки, колечки, шарики и пружинки.
Схема ректификационной колонны
Особенности конструкции ректификационной колонны
Теперь коснемся такого элемента ректификационной колонны, как трубка связи с атмосферой, которая у нас расположена в самом верху. У многих возникает вопрос — а не будет ли спиртосодержащий пар банально выходить через нее в атмосферу? Так вот, если колонна сконструирована правильно, никаких потерь не будет — трубка служит для уравновешивания давления. Во время разогрева емкости с жидкостью для ректификации, через эту трубку будет уходить воздух из колонны и куба, что позволит образующимся парам спирта, пройдя через колонну, достичь дефлегматора. И если воздух не будет иметь выхода и спиртовые пары не смогут свободно двигаться через колонну, тогда взрыв куба, не оборудованного клапаном, будет неизбежен. Во время работы установки, при правильном температурном режиме спиртовой пар будет стремиться к холодному охладителю, а не в трубку.
В этом процессе спиртовые пары будут конденсироваться в дефлегматоре, и в результате этого там возникнут перепады давления. Трубка будет компенсировать эти перепады давления во избежание нарушений стабильной работы установки. Именно поэтому связующая трубка должна обязательно быть подключена к дефлегматору, а не к другому элементу ректификационной установки. При стабильности процесса воздух из колонны слегка движется по этой трубке туда и обратно. Некоторые особо жадные ректификаторы устанавливают на трубку небольшой обратный холодильник. Такой шаг поможет собрать ещё несколько грамм спирта, которые все-таки могут попасть наружу. Подключаться трубка связи с атмосферой должна к самой верхней точке дефлегматора. Это нужно для того, чтобы все пары спирта, поступающие в дефлегматор, могли конденсироваться именно в нём, и не выходить через трубку в атмосферу. Расстояние от трубки до входа в дефлегматор должно быть максимальным.
Узел отбора в ректификационной колонне
Теперь узел отбора. Как видно на картинке, узел отбора представляет собой небольшой бортик, препятствующий свободному стеканию флегмы вниз. Соответственно часть флегмы задерживается на этом бортике, и при открытом узле отбора уходит в холодильник, превращаясь в искомый дистиллят, а остальная флегма стекает дальше вниз на очередной процесс тепломассообмена в нижней части колонны. Соотношение между отбираемым дистиллятом и расходом возвращаемой флегмы называется флегмовым числом, оно устанавливается в промышленных установках с помощью крана отбора, а здесь эту роль играет зажим от капельницы. Чем оно выше, тем более чистый спирт будет поступать в приемник.
При полностью перекрытом зажиме это число будет близко к бесконечности. Так что при начале работы колонны зажим должен быть закрыт, и только когда пройдя несколько раз через контактные элементы в дефлегматоре будет циркулировать максимально насыщенный спиртом пар, нужно начинать отбор дистиллята. Здесь не получится установить точные временные рамки начала отбора, здесь нет голов, которые могут отличаться характерным запахом, так что определить момент начала отбора можно только опытно-экспериментальным путем.
Иногда может произойти такое неприятное явление, как захлеб ректификационной колонны, его можно узнать по сильному булькающему шуму внутри работающей конструкции. Тогда флегма, поступающая из дефлегматора, будет скапливаться в нём, а не проходить в куб. Обычно причинами захлеба служат слишком большая мощность нагрева, конструктивные ошибки или избыточное количество мочалок.
