О том, как получить спирт-ректификат, я рассказывал в этой части. Сегодня поговорим о получении спирта и благородных дистиллятов на тарельчатой колонне.
Итак, как устроена тарельчатая колонна
Сам принцип действия колоны основан на взаимодействии пара, летящего в ней вверх, и флегмы (жидкости) стекающей вниз; поэтому возврат части конденсата обратно «в работу» — ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ условие, и характерная отличительная черта работы колонн. Пар , двигаясь из куба вверх, на каждой тарелке встречается с флегмой. И - постепенно укрепляется, оставляя на тарелке свои тяжелокипящие фракции, и обогащаясь более «легкими на подъём», низкокипящими фракциями. Флегма же, стекая вниз потихоньку истощается, отдает легкокипящие примеси. В итоге такое многократное взаимодействие пара и жидкости внутри колонны приводит к тому, что легкокипящие фракции собираются все выше и выше, вверху колонны. А низкокипящие, сивушные компоненты держатся в кубе, или на нижних ступеньках.
От чего зависит степень укрепления (степень разделения) колонны. В тарельчатой колонне интенсивный контакт пара и флегмы происходит именно на тарелках. На каждой тарелке происходит частичное разделение фракций, укрепление паров спирта. Очевидно, что чем больше тарелок находится в колонне, тем сильнее ее укрепляющая (говоря иначе, разделяющая) способность. Кстати говоря, укрепляющая и разделительная способность это не полностью тождественные понятия, не синонимы. Тем не менее, о степени разделительной способности можно судить по тому, как вода (которая по отношению к спирту является хвостовой, высококипящей фракцией), может отделяться оборудованием от спирта. Чем меньше в выходном дистилляте воды — тем лучшее разделение произошло в самой колонне. И, естественно, тем крепче дистиллят. Так вот. Когда речь идет о ректификации спирта, задача оборудования — отбить, отжать ВСЕ возможные примеси, насухо отделить их от спирта. Это достижимо только в идеале, конечно - но принцип совершенно очевиден. Чем лучше колонна фракционирует примеси, тем проще получить чистый ректификат. Однако при производстве Дистиллятов, и даже Протоспирта (о нем подробно речь пойдет далее) нет задачи отсечь от спирта все примеси! Задача винокура при получении дистиллята — отсечь как можно больше неприятных примесей, и оставить некоторую часть приятных. Итак, мы подошли к, на самом деле, ОЧЕНЬ ВАЖНОМУ ВЫВОДУ: степень фракционирования (степень очистки) для разных продуктов должна быть разной. Раз количество тарелок в колонне влияет на степень очистки, то очевидно, что винокуру довольно просто «настроить» колонну под свои вкусовые предпочтения и свое сырье. Не меняя алгоритм работы — степень «дистиллятности» продукта можно изменять, просто меняя количество тарелок - изменяя тем самым степень укрепления/разделения колоны. Если в колонне, к примеру, имеется 20 тарелок, то мы имеем шаг изменения равный 1\20 или 5% - куда уж более плавный шаг «настройки».
Очень существенное преимущество использования тарельчатой колонны для высококачественной дистилляции, по сравнению с насадочными колоннами. Насадочную колонну можно конечно «заставить» работать в полсилы, так сказать. Осушив ее частично, можно в теории получить аналогичную желаемую степень разделения. Для этого ее нужно существенно обеднить возвратной флегмой, вывести из нормальной работы. Проблема в том, что это очень неустойчивый режим работы: чуть сильнее осушил, и колонна превратилась в вульгарный дистиллятор, чуть больше флегмы вернул — колонна вышла на нормальное свое разделение, и получается уже спирт, а не дистиллят. Поэтому результат работы в этом случае достаточно нестабилен, и автоматика очень трудно подстраивается для работы в несвойственном ей режиме, так-же как и сама колонна. Тарельчатая же колонна работает всегда на максимуме, в режиме «ректификации». Но вот количество ступеней разделения в ней можно МЕХАНИЧЕСКИ менять в широких пределах!!
Какие бывают тарельчатые колонны.
В современной промышленности применяют тарелки десятков различных конструкций: колпачковые, решетчатые, ситчатые, провальные, клапанные, струйные, вихревые, с S-образными элементами, одинарной и двойной выварки, итд. итп. Рассмотрим два основных, домашних вида.
Колпачковые тарелки.
Ниже приведена схема колпачковой тарелки. Хотя на практике все зависит от диаметра колонны, бывают случаи, что на тарелке находятся десятки и сотни колпачков, однако для простоты показана двухколпачковая (два колпачка на тарелке). Пар через паровую трубку (1), находящуюся в центре внутри тарелки, попадает через плоскость самой тарелки (3) на ее рабочую сторону. Выходит из колпачка пар через прорези специального размера и количества (2), и попадает в слой флегмы на тарелке, с которой и начинает активно контактировать при прохождении через этот слой. Накапливающаяся жидкость переливается (5) в специально созданное устройство перелива (6) на нижерасположенную тарелку.
Преимущества: колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрева (нагрузок по газу), и колебаниях отбора от полного отсутствия до почти полного слива из колонны (нагрузок по жидкости). Когда нагрев не стабилизирован, а времени на медленный отбор нет — применение колпачковых тарелок позволяет комфортно работать с колонной. Колпачковые тарелки имеют довольно высокий КПД работы: 0.6-0.7, поэтому их количество в колонне обычно не превышает десяти.
К их недостаткам следует отнести сложность изготовления и настройки тарелок, а следовательно, и достаточно высокую стоимость всей колонны в итоге. Колпачковые тарелки трудно очищать; особенно медные, склонные к быстрому окислению! Также колпачковые тарелки имеют низкие предельные нагрузки по газу, относительно высокое гидравлическое сопротивление. Это приводит к тому, что межтарельчатое расстояние в колоне приходится увеличивать — и для защиты от переброса жидкости с нижней тарелке на верхнюю, и для того, чтобы разместить более высокий перелив с тарелки на тарелку ( нужно преодолеть гидравлическое сопротивление). Увеличение межтарелочного расстояние ведет к общему росту всей конструкции.
Провальные тарелки.
Конструкция провальных тарелок много проще, чем колпачковых. Колонна (1) перегорожена тарелками (2) — пластинами, в которых равномерно просверлены отверстия определенного сечения. Сечение отверстий подбирается таким образом, чтобы пар, идущий вверх, «подвешивал» на поверхности тарелки некоторое количество жидкости, текущей вниз. Когда жидкости становится много, она начинает «продавливаться» сквозь некоторые отверстия на ниже идущую тарелку. Таким образом, отверстия в провальной тарелке служат одновременно и для прохода пара, и для протекания жидкости.
Преимущества колонн с провальными тарелками: простота изготовления тарелок; соответственно невысокая стоимость всей колонны; легкая очистка тарелок при необходимости.
Недостатки: работа в узком диапазоне мощности подачи пара, и обязательный возврат достаточно большого количества флегмы (узкий динамический диапазон работы в барботажном режиме).
Так вот, основной режим работы провальных тарелок это барботаж. КПД при этом примерно 0.4 Это ниже, чем у колпачковых, однако и межтарелочное расстояние между провальными тарелками тоже можно делать меньшим, поэтому на одинаковой высоте, КПД колонны будет примерно одинаковым, но тарелок провальных будет больше. Однако, если мощность нагрева недостаточна, либо отбирается много флегмы (возвращается мало, соответственно) то провальные тарелки легко переходят в пленочный режим, где КПД у них существенно ниже — примерно 0.3. Это тоже относится, собственно говоря, к недостаткам провальных тарелок.
Лично я приобрёл для своих нужд десятиэтажную ситчатую колонну. Во-первых цена адекватная. Во-вторых, не так часто я её использую, как насадочную колонну. В третьих, удобство. Когда надо получить протоспирт для хорошей водки, использую все 10 тарелок. Когда надо получить дистиллят--оставляю 3-6 тарелок. Удобно.
Кстати, года три назад отколол случайно по глупости кусок колбы, пришлось покупать запасную. Хочу из разбитой колбы сколхозить маленькую колонну, но для этого надо в домашних условиях очень ровно отрезать кусок 375мм боросиликатной трубки. Как это сделать дома за три года так и не вычитал, если есть мысли--пишите. Пока так и пылится на шкафу...
Алгоритм при работе с колонной.
Ну ладно, с теорией покончили. Давайте перейдем к практике применения тарельчатой колонны. Для простоты будем считать, что мы собрались получать протоспирт, и количество тарелок не меняем, оставляем колонну полной. Алгоритмов фракционной перегонки с помощью колонн достаточно много. У каждого из них свои адепты, свои сторонники и противники. Приведу тот алгоритм, которым пользуюсь я, и который меня полностью устраивает. Так вот, этапы работы:
- разгон на максимальной мощности (имеется ввиду нагрев содержимого куба до начала кипения, парообразования).
- переход на рабочую мощность, включение воды охлаждения работа «на себя» без отбора заданное время (это необходимо для концентрации головных фракций в верхней части колонны).
- медленный отбор головной фракции (отбор определенного количества голов с малой скоростью).
- отбор оборотного, еще не пищевого, спирта (отбор определенного количества с рабочей скоростью).
- отбор товарного тела в отдельную емкость до определенной температуры в кубе (до определенной остаточной спиртуозности кубового остатка).
- отбор второго оборотного спирта в отдельную емкость до 98С в кубе.
- завершение работы, выключение нагрева и воды охлаждения.
Все вышеперечисленное можно выполняться винокуром и в «ручном режиме», с помощью контроля за температурами, соответственной регулировкой отбора и своевременной сменой емкостей. Однако эту рутинную работу НАМНОГО оптимальнее поручить автоматике — электронному устройству, которое подменяет человека в этом несложном процессе. Поскольку конкретных моделей автоматики много, то и описание настройки конкретных моделей выходит за рамки данного руководства. Тем не менее, любой винокур, применяя собственную автоматику, получит и Протоспирт, и Дистилляты, пользуясь той теорией, которая приведена выше.
При получении Протоспирта объёмы отбираемых фракций:
- головных фракций — 10% от АС
- оборотного спирта — 10 % от АС
- тела — как написано выше, до 93С в кубе.
При получении дистиллятов из яблочной и зерновой бражек, объёмы отбираемых фракций:
- головных фракций — 2-5% от АС в кубе
- промежуточного тела — 2-3% от АС в кубе либо органолептически (что предпочтительнее).
- тело-- до 93 С в кубе.
Полученный протоспирт разбавляем до 40% и доводим до ума.
Как довести сортировку до состояния "Хлебной слезы", я расскажу в одной из следующих статей, а то и так длинная получилась. Заказал себе некоторые запчасти, хочу собрать углевальную машину. Что получится, тоже поделюсь.
Дорогие друзья, не забывайте: чрезмерное употребление алкоголя вредит вашему здоровью!
