Ректификационная колонна — это универсальный самогонный аппарат, на котором можно получать самогон заданного качества и крепости.
Как работает ректификационная колонна.
У нас есть куб, в который залита брага или спирт сырец.
На кубе стоит труба. Вверху трубы есть холодильник.
Между трубой и холодильником есть узел отбора, через который мы отбираем самогон.
Мы греем куб, брага нагревается и переходит в пар, который летит по трубе к хлоднику.
В холодильнике пар охлаждается и стекает в узел отбора.
Пока температура в кубе не высокая, все хорошо, мы получаем крепкий самогон, а значит хорошего качества, с наименьшим содержанием хвостов.
Со временем спирт улетает из куба, его концентрация в браге или спирт сырце падает, начинает расти температура.
Температура растет, а значит пар получает больше энергии. Все больше и больше хвостов долетает до узла отбора.
Чем выше температура в кубе, тем больше хвостов летит к узлу отбора.
Нам необходимо придумать способ, чтобы отбирать разницу прироста температуры у пара.
А, что если часть холодного самогона от верхнего холодильника, пустить вниз по трубе. Холодный самогон будет сталкивается с горячим паром и отбирать у него тепло. Хвосты потеряют энергию и не смогут долететь до узла отбора.
Самогон который стекает вниз и охлаждает пар назвали флегмой, а верхний холодильник дефлегматором.
С ростом температуры в кубе, увеличивается температура пара, но мы можем прибавлять количество холодной флегмы спускающийся вниз, и тем самым держать нужную нам крепость самогона.
Зачем нужна насадка в колонне.
Холодная флегма стекает вниз каплями или струей. Вероятность столкновения горячего пара с холодными каплями маленькая. Это не эффективно.
Нужно большие капли флегмы разбить на более мелкие, тогда эффективность флегмы возрастет.
Флегму будем разбивать насадкой, которую засуним в трубу колонны. Холодная флегма будет растекаться по насадке и вероятность ее контакта с горячим паром становится выше.
Насадку в трубу колонны можно запихнуть любую.
Требование к насадке.
Насадка должна занимать мало места в трубе, чтобы дать пространство пару и флегмы для прохождения в царге, но при этом она должна создавать большую площадь контакта с паром, ведь флегма будет стекать по ее поверхности.
Популярные насадки для колонн, это
- РПН сетка
- СПН насадка
- Кольца Рашига
Работа колонны с точки зрения облаков-фильтров.
Когда колонна проработает небольшое время, в ней образуются облака-фильтры.
Облака фильтры состоят из фракций.
Верхнее облако, жёлтое, это фракция голов.
Головы имеют низкую температуру кипения и поэтому вылетают из куба первыми и накапливаются вверху колонны.
За облаком голов идет фракция тела, спирта, на рисунке оно показана зеленым цветом.
За облаком тела идет фракция хвостов, красная.
Переходы между фракциями не резкие, идет облако голов, а потом, раз и сразу тело. Нет, есть еще зона перехода, смесь голов и спирта.
Отбор в наших колоннах последовательный, сначала собираем фракцию голов, затем зону перехода, а потом начинаем отбор тела, и заканчиваем переходной фракцией тела и хвостов.
Опустим головы, как будто мы их отобрали их, и рассмотрим тело и хвосты, 2 и 3 на рисунке.
Облако тела представляет собой фильтр, который не пропускает хвосты. Чем больше, длиннее фильтр, тем меньше вероятность, что хвосты пройдут через него, попадут в отбор.
Мы как операторы колонной установки, можем управлять размером фильтра-тела.
Если в трубу будет стекать много флегмы, то размер облака-фильтра будет расти, и наоборот, мало флегмы размер фильтра уменьшается.
Управляем размером облака-фильтра с помощью скорости отбора тела. Если скорость отбора уменьшить, то размер фильтра будет расти, и наоборот, увеличиваем скорость отбора, облако-фильтра уменьшается.
Вы можете сказать, что нужно облако-фильтр сделать максимальным, тогда спирт на выходе будет чистым.
Это правильно, но все зависит от ваших задач, ведь колонна, это просто инструмент.
Если у вас задача получить самогон с ароматными хвостами, то размер облака-фильтра нужно уменьшать, так как хвосты должны пролететь сквозь него.
Если ваша задача получить чистый спирт, то облако-фильтр можно увеличить, до 1.5 метра. Но тогда вы должны всю флегму пустить в трубу, скорость отбора будет низкой.
Нужно подобрать такой размер облака-фильтра, чтобы скорость отбора была высокой и хвосты не попадали в отбор.
Размер облака-фильтра будет зависеть от температуры в кубе. Зачем нам нужен длинный фильтр, если температура в кубе низкая, и у хвостов ещё мало энергии, чтобы пробить облако-фильтра.
Размер облака-фильтра можно изменять в зависимости от температуры в кубе. С ростом температуры в кубе, скорость отбора уменьшаем, а значит увеличиваем облако-фильтра.
Как определить размер облака-фильтра.
Размер облака-фильтра мы сможем определить по термометру в трубе, царге.
Если температура в царге постоянная, не меняется, то размер облака-фильтра тоже не меняется.
Если температура в царге начинает расти, то размер облака-фильтра уменьшается, его пробивают хвосты, хвостовое облако съедает спиртовое. Нужно уменьшать скорость отбора, тогда большим количеством флегмы мы придавим хвосты вниз. Температура на царге вернется к исходному значению.
Где нужно устанавливать термометр в царге колонны.
Идеально, термометры нужно установить по всей длине колонны, тогда мы будем полностью видеть картину в трубе.
Температура в нижней части колонны начинает расти, значит хвосты пошли вверх, и так до следующего термометра.
Если термометр поставить около куба, то температура на нём будет постоянно скакать, так как хвосты залетают в трубу, потом выбиваются спиртом. Поэтому температура внизу колонны не стабильна. Устанавливайте термометр 30 см от низа колонны.
Если мы гоним ароматный дистиллят, то рабочий термометр должен быть в верхней части колонны.
Сила облака-фильтра.
Облако-фильтра может быть сильным или слабым по фильтрующим способностям, то есть фильтр сильный или слабый.
Например, хвосты слабого облака-фильтра пробьют на ¼ размера, а другое, сильного, на ⅓ размера. От чего это зависит.
Фильтрующие свойства облака-фильтра зависят от насадки.
Флегма стекает по насадке. Например, наша насадка РПН сетка. Холодная флегма будет стекать по проволочками сетки. Между проволоками сетки есть пустые расстояния, где нет флегмы и поэтому эти места не участвуют в тепломассообмене.
Тепломассообмен, это обмен тепла между массами. Массой горячего пара и массой холодной флегмы. Холодная масса жидкой флегмы отбирает тепло, энергию у горячей массы пара.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод. Чем больше пустых мест между насадкой, тем меньше общая площадь теплообмена, а значит фильтрующая сила облака-фильтра ниже.
Если РПН сетку сильнее закрутить, то общая площадь контакта будет больше, а значит и сила у фильтра будет больше.
Но всегда есть плюсы и минусы. Плюс от сильно скрученной РПН сетки, это большая сила облака-фильтра. Минус, это падение мощности нагрева, а значит скорости отбора.
Так как металла в царге будет больше от сильно скрученной РПН сетки, то места под горячий пар и холодную флегму тоже станет меньше. Будет затор, захлеб между паром и флегмой. Нужно уменьшать напор пара, мощностью нагрева, а значит и скорость отбора.
С СПН насадкой тоже самое. СПН насадка 2 мм более эффективна, чем 3.5, но максимальная скорость отбора будет с ней меньше.
Если в 4 дюймовую трубу засыпать 2 мм СПН сетку, то мощность нагрева будет приемлемой для квартиры.
Итог, принципа работы колонны.
Горячий пар из куба поднимается вверх, сталкивается с холодной флегмой и теряет энергию. В результате хвосты не долетают до узла отбора. Самогон на выходе чистый, крепкий.
В трубе колонны образуются облака-фильтры из различных фракций, голов, тела и хвостов.
Управляя размером облака-фильтра мы можем и управлять крепостью самогона на выходе. Чем больше размер фильтра, тем меньше хвостов в отборе, самогон крепче.
Размером облака-фильтра мы управляем за счет скорости отбора. Меньше скорость отбора, значит больше флегмы стекает вниз трубы, размер облака-фильтра увеличивается.
Чем больше мощность нагрева колонны, тем больше пара летит в трубу, а значит скорость отбора самогона сильнее.