что такое флегма в нефтепереработке

Флегма в ректификации, основные понятия и термины

Флегма и флегмово число часто вызывают ступор у простого самогонщика,поэтому об этих понятиях стоит поговорить подробнее.

Что такое флегма в самогоноварении

Закипающая водно-спиртовая смесь создает пары, которые поднимаются вверх,проходят через сухопарник, поступают в холодильник (дефлегматор). Там парыохлаждаются, конденсируются, превращаясь в дистиллят, а затем уже стекают вприемную посуду. Этот пар, конденсирующийся и превращающийся в дефлегматоре вжидкость, и называют флегмой.

Флегма в ректификации

Это тоже самое, что и в самогоноварении (дистилляции).

Флегма— это конденсат в ректификационной колонне. Только ректификация, в отличие от самогоноварения, предполагает более чистое разделение компонентов водно-спиртовой смеси в результате ее многократного испарения, конденсации и возврата флегмы в куб.

Возврат флегмы

Поток флегмы, поступающей из дефлегматора колонны делится. Часть уходит вузел отбора, а часть — стекает вниз, орошая насадки (тарелки) и разделяясьснова на фракции. В результате многократного разделения получается чистыйспирт-ректификат.

Флегма нужна, чтобы…

Смачивать насадки (тарелки), отделять сивушные масла, получать спирт.

Флегма колонны

Мы уже выяснили, что флегма орошает насадки и по ним стекает вниз. Часть еевыводится из куба колонны, как кубовый остаток.

Число флегмы

Флегмово число (R) — это отношение количества флегмы к количествудистиллята. Величина R и количество потребленного в процессе получения флегмытепла и холода прямо связаны.

Если Е — отобранный дистиллят, R —флегма, вернувшаяся в куб, то весь полученный дистиллят — М= R + Е, а V=R : Е — как раз флегмово число.

Если спирт не отбирают, то Е=0, аR=М и он возвращается вниз. В этом случае V бесконечно.

Если полностью открыть отбор Е=М, безвозврата флегмы, то R будет нулевым. Тогда флегмовое число равно нулю, аколонна будет работать, как обычный самогонный аппарат, с сухими насадками исивушными маслами в продукте.

Чистый спирт (тело) можно получить, еслифлегмовое число больше или равно трем.То есть, ¾ дистиллята возвращается, а ¼ отбирают. Следует помнить,что чем меньше отбор, тем качественнее спирт.

R для отбора голов может равняться 20,хвостов — 10-20.

Отбор флегмы

Расход флегмы

Количество флегмы, общее, отобранное или вернувшееся в куб.

Узел отбора флегмы

Узел отбора с термометром позволяет проще контролировать температуру отборатой или иной фракции и поддерживать ее, добавляя нагрев или охлаждение. Фракциисмешиваются, если температура бесконтрольно меняется из-заснижения/увеличения:

Распределитель флегмы

Это как раз узел отбора.

Распределение флегмы

В колоннах с насыпными контактными элементами флегма распределяется устенок, не орошая центр. Для равномерного распределения применяют

Концентратор флегмы

Это устройство, которое устанавливают внутри колонны, вверх насадочногослоя, чтобы флегма равномерно распределялась по ее сечению. Большинствоконцентраторов напоминает чайное ситечко.

Возврат флегмы с прямотока

Не бывает возврата, если вся флегма идет в отбор (он полностью открыт) илиперегонка выполняется на прямоточном дистилляторе.

Температура флегмы

Влияет на количество и качество получаемых фракций и должна измеряться вузле отбора. Температура флегмы там равна температуре отбора той или инойфракции.

Переохлаждение флегмы

Когда на дефлегматор подается избыточное охлаждение, флегма конденсируетпары, которые не успели достигнуть дефлегматора. Между узлом отбора и насадкойпоявляется жидкая пробка, колонна захлебывается, флегма выливается через трубкусвязи с атмосферой. Нужно следить, чтобы вода из теплообменника выходилатемпературой не ниже 50-60 о С.

Коэффициент флегмы

Чаще его называют коэффициентом избытка флегмы. Он не превышает 1,05-1,5 иучаствует в расчетах рабочего флегмового числа.

где K = R раб : R мин, К — коэффициент избытка флегмы.

Если данных о K нет, можно принять, что R = 1,3 * R мин + 0,3.

Избыток флегмы

Возникает, когда колонна испаряет слишком интенсивно, флегма не успевает стекать вниз и скапливается в верхней части. Если колонна стучит, трясется, нужно немедленно убавить или выключить подогрев.

Флегма — это слизь?

Флегма — это жидкость?

Если вы еще не нашли агрегат себе по душе и по карману, посмотрите реальные отзывы о самогонных аппаратах. Выберите свою модель и делайте алкоголь легко и с удовольствием.

Источник

Общие сведения о перегонке и ректификации нефти и газов

Перегонка (дистилляция) — это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), отличающиеся друг от друга и от исходной смеси по температурным пределам (или температуре) кипения. По способу проведения процесса различают простую и сложную перегонку.

Простая перегонка осуществляется постепенным, однократным или многократным испарением.

Перегонка с постепенным испарением состоит в постепенном нагревании нефти от начальной до конечной температуры с непрерывным отводом и конденсацией образующихся паров. Этот способ перегонки нефти и нефтепродуктов в основном применяют в лабораторной практике при определении их фракционного состава.

При однократной перегонке жидкость (нефть) нагревается до заданной температуры, образовавшиеся и достигшие равновесия пары однократно отделяются от жидкой фазы — остатка. Этот способ, по сравнению с перегонкой с постепенным испарением, обеспечивает при одинаковых температуре и давлении большую долю отгона. Это важное его достоинство используют в практике нефтеперегонки для достижения максимального отбора паров при ограниченной температуре нагрева во избежание крекинга нефти.

Перегонка с многократным испарением заключается в последовательном повторении процесса однократной перегонки при более высоких температурах или низких давлениях по отношению к остатку предыдущего процесса.

Из процессов сложной перегонки различают перегонку с дефлегмацией и перегонку с ректификацией.

При перегонке с дефлегмацией образующиеся пары конденсируют и часть конденсата в виде флегмы подают навстречу потоку пара. В результате однократного контактирования парового и жидкого потоков уходящие из системы пары дополнительно обогащаются низкокипящими компонентами, тем самым несколько повышается четкость разделения смесей.

Перегонка с ректификацией — наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах — ректификационных колоннах — путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости может производиться либо непрерывно (в насадочных колоннах), либо ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах). При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактирования (тарелке или слое насадки) между ними происходит тепло- и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящими, а жидкость — высококипящими компонентами. При достаточно длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, то есть температуры потоков станут одинаковыми и при этом их составы будут связаны уравнениями равновесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса (температурный режим, давление, соотношение потоков, флегмовое число и др.), можно обеспечить любую требуемую четкость фракционирования нефтяных смесей.

Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая — нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока, — отгонной, или исчерпывающей, секцией.

Различают простые и сложные колонны.

Простые колонны обеспечивают разделение исходной смеси (сырья) на два продукта: ректификат (дистиллят), выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток — нижний жидкий продукт ректификации.

Сложные ректификационные колонны разделяют исходную смесь более чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн, именуемых стриппингами. Последний тип колонн нашел широкое применение на установках первичной перегонки нефти.

Для разделения бинарных или многокомпонентных смесей на 2 компонента достаточно одной простой колонны (если не предъявляются сверхвысокие требования к чистоте продукта). Для разделения же многокомпонентных непрерывных или дискретных смесей на более чем 2 компонента (фракции) может применяться одна сложная колонна либо система простых или сложных колонн, соединенных между собой в определенной последовательности прямыми или обратными паровыми или (и) жидкими потоками. Выбор конкретной схемы и рабочих параметров процессов перегонки определяется технико-экономическими и технологическими расчетами с учетом заданных требований по ассортименту и четкости разделения, термостабильности сырья и продуктов, возможности использования доступных и дешевых хладоагентов, теплоносителей и т. п.

Четкость погоноразделения — основной показатель эффективности работы ректификационных колонн – характеризует их разделительную способность. Она может быть выражена в случае бинарных смесей концентрацией целевого компонента в продукте. Применительно к ректификации нефтяных смесей она обычно характеризуется групповой чистотой отбираемых фракций, то есть долей компонентов, выкипающих по кривой ИТК до заданной температурной границы деления смеси в отобранных фракциях (дистиллятах или остатке), а также отбором фракций от потенциала. Как косвенный показатель четкости (чистоты) разделения на практике часто используют такую характеристику, как налегание температур кипения соседних фракций в продукте. В промышленной практике обычно не предъявляют сверхвысоких требований по отношению к четкости погоноразделения, поскольку для получения сверхчистых компонентов или сверхузких фракций потребуются соответственно сверхбольшие капитальные и эксплуатационные затраты. В нефтепереработке, например, в качестве критерия достаточно высокой разделительной способности колонн перегонки нефти на топливные фракции считается налегание температур кипения соседних фракций в пределах 10…30 °С.

Установлено, что на разделительную способность ректификационных колонн значительное влияние оказывают число контактных ступеней и соотношение потоков жидкой и паровой фаз. Для получения продуктов, отвечающих заданным требованиям, необходимо, наряду с другими параметрами ректификационной колонны (давление, температура, место ввода сырья и т. д.), иметь достаточное число тарелок (или высоту насадки) и соответствующее флегмовое и паровое числа.

Флегмовое число (R) характеризует соотношение жидкого и парового потоков в концентрационной части колонны и рассчитывается как R = L/D, где L и D — количества соответственно флегмы и ректификата.

Паровое число (П) характеризует соотношение контактирующихся потоков пара и жидкости в отгонной секции колонны, рассчитываемое как П = G/W, где G и W — количества соответственно паров и кубового продукта. Число тарелок (N) колонны (или высота насадки) определяется числом теоретических тарелок (NТ), обеспечивающим заданную четкость разделения при принятом флегмовом (и паровом) числе, а также эффективностью контактных устройств (обычно КПД реальных тарелок или удельной высотой насадки, соответствующей 1 теоретической тарелке). Зависимость числа теоретических тарелок от флегмового числа колонны можно выразить в виде графика, как это представлено на рис. 3.6.

Анализ графика позволяет выявить следующую закономерность, обусловливающая граничные пределы нормального функционирования ректификационных колонн: заданная четкость разделения смесей может быть обеспечена (достигнута) лишь при одновременном выполнении ограничений по флегмовому числу и числу теоретических тарелок:

где – R_мин и N Т _мин — минимальные значения соответственно флегмового числа и числа теоретических тарелок.

Любая точка на кривой (рис. 3.6) может быть выбрана в качестве рабочей. Это означает, что заданная четкость разделения смеси может быть достигнута бесконечным множеством пар чисел NТ и R. Как следует из рисунка, флегмовое число, следовательно, и количество орошения в колонне изменяется от минимального значения до бесконечно большой величины; при этом необходимое для обеспечения заданной четкости разделения число тарелок будет изменяться соответственно от бесконечно большой величины до некоторой минимальной. Очевидно, при увеличении количества орошения будут расти эксплуатационные затраты (связанные с расходом энергии на перекачку, тепла в кипятильнике и холода в конденсаторах), а капитальные затраты вначале будут существенно уменьшаться в результате снижения высоты, а затем расти из-за увеличения диаметра колонны. Из опыта эксплуатации колонн установлено, что оптимальное значение флегмового числа, соответствующее минимуму общих затрат на ректификацию (рис. 3.7), не намного превышает минимально необходимое R_мин:

где β — коэффициент избытка флегмы (в пределах 1,0…1,3).

Фактическое число тарелок N_ф определяется либо аналитическим расчетом (на ЭВМ с использованием уравнений равновесия фаз, материального и теплового балансов потоков), либо исходя из опытных данных с учетом эффективного КПД тарелки η_Т :

В зависимости от конструкции и места расположения в колонне η_Т изменяется в пределах 0,3…0,9. На технико-экономические показатели и четкость погоноразделения ректификационной колонны, кроме ее разделительной способности, в значительной степени влияют физические свойства (молекулярная масса, плотность, температура кипения, летучесть и др.), компонентный состав, число (би- или многокомпонентный) и характер распределения (непрерывный, дискретный) компонентов перегоняемого сырья. В наиболее обобщенной форме разделительные свойства перегоняемого сырья принято выражать коэффициентом относительной летучести (аналогом коэффициенту разделения (селективности) в процессах экстракции).

Коэффициент относительной летучести — отношение летучестей компонентов (фракций) перегоняемого сырья при одинаковых температуре и давлении:

где К₁ и К₂ — константы фазового равновесия соответственно низко- и высококипящего компонентов (фракций). Поскольку К₁ > К₂, то α > 1.

Коэффициент α косвенно характеризует движущую силу процесса перегонки применительно к разделяемому сырью. Сырье, у которого α >> 1, значительно легче разделить на компоненты, чем при его значении, близком к единице.

Относительная летучесть зависит от давления и температуры, при которых находятся компоненты. С увеличением давления и температуры величина α снижается. Вблизи критической области значение коэффициента α приближается к единице.

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА, С. А. Ахметов, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов, 2006

Источник

Флегма в ректификации, основные понятия и термины

Флегма и флегмово число часто вызывают ступор у простого самогонщика, поэтому об этих понятиях стоит поговорить подробнее.

Что такое флегма в самогоноварении

Закипающая водно-спиртовая смесь создает пары, которые поднимаются вверх, проходят через сухопарник, поступают в холодильник (дефлегматор). Там пары охлаждаются, конденсируются, превращаясь в дистиллят, а затем уже стекают в приемную посуду. Этот пар, конденсирующийся и превращающийся в дефлегматоре в жидкость, и называют флегмой.

Флегма в ректификации

Это тоже самое, что и в самогоноварении (дистилляции).

Флегма — это конденсат в ректификационной колонне. Только ректификация, в отличие от самогоноварения, предполагает более чистое разделение компонентов водно-спиртовой смеси в результате ее многократного испарения, конденсации и возврата флегмы в куб.

Возврат флегмы

Поток флегмы, поступающей из дефлегматора колонны делится. Часть уходит в узел отбора, а часть — стекает вниз, орошая насадки (тарелки) и разделяясь снова на фракции. В результате многократного разделения получается чистый спирт-ректификат.

Флегма нужна, чтобы…

Смачивать насадки (тарелки), отделять сивушные масла, получать спирт.

Флегма колонны

Мы уже выяснили, что флегма орошает насадки и по ним стекает вниз. Часть ее выводится из куба колонны, как кубовый остаток.

Число флегмы

Флегмово число (R) — это отношение количества флегмы к количеству дистиллята. Величина R и количество потребленного в процессе получения флегмы тепла и холода прямо связаны.

Если Е — отобранный дистиллят, R — флегма, вернувшаяся в куб, то весь полученный дистиллят — М= R + Е, а V= R : Е — как раз флегмово число.

Если спирт не отбирают, то Е=0, а R=М и он возвращается вниз. В этом случае V бесконечно.

Если полностью открыть отбор Е=М, без возврата флегмы, то R будет нулевым. Тогда флегмовое число равно нулю, а колонна будет работать, как обычный самогонный аппарат, с сухими насадками и сивушными маслами в продукте.

Чистый спирт (тело) можно получить, если флегмовое число больше или равно трем. То есть, ¾ дистиллята возвращается, а ¼ отбирают. Следует помнить, что чем меньше отбор, тем качественнее спирт.

R для отбора голов может равняться 20, хвостов — 10-20.

Отбор флегмы

Расход флегмы

Количество флегмы, общее, отобранное или вернувшееся в куб.

Узел отбора флегмы

Узел отбора с термометром позволяет проще контролировать температуру отбора той или иной фракции и поддерживать ее, добавляя нагрев или охлаждение. Фракции смешиваются, если температура бесконтрольно меняется из-за снижения/увеличения:

Распределитель флегмы

Это как раз узел отбора.

Распределение флегмы

В колоннах с насыпными контактными элементами флегма распределяется у стенок, не орошая центр. Для равномерного распределения применяют

Концентратор флегмы

Это устройство, которое устанавливают внутри колонны, вверх насадочного слоя, чтобы флегма равномерно распределялась по ее сечению. Большинство концентраторов напоминает чайное ситечко.

Возврат флегмы с прямотока

Не бывает возврата, если вся флегма идет в отбор (он полностью открыт) или перегонка выполняется на прямоточном дистилляторе.

Температура флегмы

Влияет на количество и качество получаемых фракций и должна измеряться в узле отбора. Температура флегмы там равна температуре отбора той или иной фракции.

Переохлаждение флегмы

Когда на дефлегматор подается избыточное охлаждение, флегма конденсирует пары, которые не успели достигнуть дефлегматора. Между узлом отбора и насадкой появляется жидкая пробка, колонна захлебывается, флегма выливается через трубку связи с атмосферой. Нужно следить, чтобы вода из теплообменника выходила температурой не ниже 50-60 о С.

Коэффициент флегмы

Чаще его называют коэффициентом избытка флегмы. Он не превышает 1,05-1,5 и участвует в расчетах рабочего флегмового числа.

где K = R раб : R мин, К — коэффициент избытка флегмы.

Если данных о K нет, можно принять, что R = 1,3 * R мин + 0,3.

Избыток флегмы

Возникает, когда колонна испаряет слишком интенсивно, флегма не успевает стекать вниз и скапливается в верхней части. Если колонна стучит, трясется, нужно немедленно убавить или выключить подогрев.

Флегма — это слизь?

Флегма — это жидкость?

Если вы еще не нашли агрегат себе по душе и по карману, посмотрите реальные отзывы о самогонных аппаратах. Выберите свою модель и делайте алкоголь легко и с удовольствием.

Читайте также

Все больше моделей самогонных аппаратов на современном рынке позиционируются как ректификационные колонны. Кто-то из потребителей смело идет за технологиями, а кто-то неизменно остается верен старой доброй “классике”. Однако купить самогонный аппарат с ректификационной колонной сегодня можно у целого ряда производителей. Настолько ли они эффективны, как о них говорят, и каково назначение ректификационной колонны в бытовом […]

Моделей самогонных аппаратов существует довольно много. Все они имеют свои достоинства и недостатки, но по качеству получаемого дистиллята пальму первенства держат ректификационные колонны. И это понятно, ведь процесс ректификации позволяет максимально полно отсечь ненужные примеси и сивушные масла при перегонке. Купить самогонный аппарат с ректификационной колонной можно на официальном сайте любого производителя, предлагающего такие аппараты. […]

Как часто Вы покупаете бытовую технику? Выбираете ли заранее, сравниваете цены в магазинах или идете в первый попавшийся и покупаете то, на что “ляжет глаз”? Так и простой на первый взгляд вопрос “где купить бытовой дистиллятор” предполагает изучение рынка. Все чаще перед покупкой того или иного устройства со сложной конструкцией мы обращаемся к отзывам счастливых […]

Источник

Теория ректификации спирта и принцип работы ректификационной колонны

Цель статьи – разобрать теоретические и некоторые практические аспекты работы домашней ректификационной колонны, нацеленной на получение этилового спирта, а также развеять самые распространенные в Интернете мифы и разъяснить моменты, о которых «умалчивают» продавцы оборудования.

Ректификация спирта – разделение многокомпонентной спиртосодержащей смеси на чистые фракции (этиловый и метиловый спирты, воду, сивушные масла, альдегиды и другие), имеющие разную температуру кипения, путем многократного испарения жидкости и конденсации пара на контактных устройствах (тарелках или насадках) в специальных противоточных башенных аппаратах.

С физической точки зрения ректификация возможна, поскольку изначально концентрация отдельных компонентов смеси в паровой и жидкой фазах отличается, но система стремится к равновесию – одинаковому давлению, температуре и концентрации всех веществ в каждой фазе. При контакте с жидкостью пар обогащается легколетучими (низкокипящими) компонентами, в свою очередь, жидкость – труднолетучими (высококипящими). Одновременно с обогащением происходит обмен теплом.

Схема ректификации

Момент контакта (взаимодействия потоков) пара и жидкости называется процессом тепломассообмена.

Благодаря разной направленности движений (пар поднимается вверх, а жидкость стекает вниз), после достижения системой равновесия в верхней части ректификационной колонны можно по отдельности отобрать практически чистые компоненты, входившие в состав смеси. Сначала выходят вещества с более низкой температурой кипения (альдегиды, эфиры и спирты), потом – с высокой (сивушные масла).

Состояние равновесия. Появляется на самой границе разделения фаз. Достигается только при одновременном соблюдении двух условий:

Чем чаще система приходит в равновесие, тем эффективнее тепломасообмен и разделение смеси на отдельные составляющие.

Разница между дистилляцией и ректификацией

Как видно на графике, из 10% спиртового раствора (браги) можно получить самогон 40%, а при второй перегонке этой смеси выйдет 60-градусный дистиллят, при третьей – 70%. Возможны следующие интервалы: 10-40; 40-60; 60-70; 70-75 и так далее до максимума – 96%.

Теоретически, чтобы получить чистый спирт, требуется 9-10 последовательных дистилляций на самогонном аппарате. На практике перегонять спиртосодержащие жидкости концентрацией выше 20-30% взрывоопасно, к тому же из-за больших затрат энергии и времени экономически невыгодно.

С этой точки зрения, ректификация спирта – это минимум 9-10 одновременных, ступенчатых дистилляций, которые происходят на разных контактных элементах колонны (насадках или тарелках) по всей высоте.

Работа ректификационной колонны

Ректификационная колонна – устройство, предназначенное для разделения многокомпонентной жидкой смеси на отдельные фракции по температуре кипения. Представляет собой цилиндр постоянного или переменного сечения, внутри которого находятся контактные элементы – тарелки или насадки.

Также почти каждая колонна имеет вспомогательные узлы для подвода исходной смеси (спирта-сырца), контроля процесса ректификации (термометры, автоматика) и отбора дистиллята – модуль, в котором конденсируется, а затем принимается наружу извлеченный из системы пар определенного вещества.

Одна из самых распространенных домашних конструкции

Спирт-сырец – продукт перегонки браги методом классической дистилляции, который можно «заливать» в ректификационную колонну. Фактически это самогон крепостью 35-45 градусов.

Флегма – сконденсировавшийся в дефлегматоре пар, стекающий по стенкам колонны вниз.

Флегмовое число – отношение количества флегмы к массе отбираемого дистиллята. В спиртовой ректификационной колонне находятся три потока: пар, флегма и дистиллят (конечная цель). В начале процесса дистиллят не отбирают, чтобы в колонне появилась достаточно флегмы для тепломассообмена. Потом часть паров спирта конденсируют и отбирают из колонны, а оставшиеся спиртовые пары и дальше создают поток флегмы, обеспечивая нормальную работу.

Для работы большинства установок флегмовое число должно быть не меньше 3, то есть 25% дистиллята отбирают, остальной – нужен в колонне для орошения контактных элементов. Общее правило: чем медленнее отбирать спирт, тем выше качество.

Контактные устройства ректификационной колонны (тарелки и насадки)

Отвечают за многократное и одновременное разделение смеси на жидкость и пар с последующей конденсацией пара в жидкость – достижение в колонне состояния равновесия. При прочих равных условиях, чем больше в конструкции контактных устройств, тем эффективнее ректификация в плане очистки спирта, поскольку увеличивается поверхность взаимодействия фаз, что интенсифицирует весь тепломасообмен.

Теоретическая тарелка – один цикл выхода из равновесного состояния с повторным его достижением. Для получения качественного спирта требуется минимум 25-30 теоретических тарелок.

Физическая тарелка – реально работающее устройство. Пар проходит сквозь слой жидкости в тарелке в виде множества пузырьков, создающих обширную поверхность контакта. В классической конструкции физическая тарелка обеспечивает примерно половину условий для достижения одного равновесного состояния. Следовательно, для нормальной работы ректификационной колонны требуется в два раза больше физических тарелок, чем теоретических (расчетных) минимум – 50-60 штук.

Насадки. Зачастую тарелки ставят только на промышленные установки. В лабораторных и домашних ректификационных колоннах в качестве контактных элементов используются насадки – скрученная специальным образом медная (либо стальная) проволока или сетки для мытья посуды. В этом случае флегма стекает тонкой струйкой по всей поверхности насадки, обеспечивая максимальную площадь контакта с паром.

Насадки из мочалок самые практичные

Конструкций очень много. Недостаток самодельных проволочных насадок – возможная порча материала (почернение, ржавчина), заводские аналоги лишены подобных проблем.

Свойства ректификационной колонны

Материал и размеры. Цилиндр колонны, насадки, куб и дистилляторы обязательно делают из пищевого, нержавеющего, безопасного при нагревании (равномерно расширяется) сплава. В самодельных конструкциях в качестве куба чаще всего используются бидоны и скороварки.

Минимальная длина трубы домашней ректификационной колонны – 120-150 см, диаметр – 30-40 мм.

Система нагрева. В процессе ректификации очень важно контролировать и быстро регулировать мощность нагрева. Поэтому самым удачным решением является нагрев с помощью ТЭНов, вмонтированных в нижнюю часть куба. Подвод тепла через газовую плиту не рекомендуется, поскольку не позволяет быстро менять температурный диапазон (высокая инертность системы).

Контроль процесса. Во время ректификации важно следовать инструкции производителя колонны, в которой обязательно указываются особенности эксплуатации, мощность нагрева, флегмовое число и производительность модели.

Термометр позволяет точно контролировать процесс отбора фракций

Очень сложно контролировать процесс ректификации без двух простейших приспособлений – термометра (помогает определить правильную степень нагрева) и спиртометра (измеряет крепость полученного спирта).

Производительность. Не зависит от размеров колонны, поскольку, чем выше царга (труба), тем больше физических тарелок находится внутри, следовательно, качественнее очистка. На производительность влияет мощность нагрева, которая определяет скорость движения потоков пара и флегмы. Но при переизбытке подаваемой мощности колонна захлебывается (перестает работать).

Средние значения производительности домашних ректификационных колон – 1 литр в час при мощности нагрева 1 кВт.

Влияние давления. Температура кипения жидкостей зависит от давления. Для успешной ректификации спирта давление вверху колонны должно быть приближено к атмосферному – 720-780 мм.рт.ст. В противном случае при уменьшении давления снизится плотность паров и увеличится скорость испарения, что может стать причиной захлебывания колонны. При слишком высоком давлении падает скорость испарения, делая работу устройства неэффективной (нет разделения смеси на фракции). Для поддержания правильного давления каждая колонна для ректификации спирта оборудована трубкой связи с атмосферой.

О возможности самодельной сборки. Теоретически, ректификационная колонна не является очень сложным устройством. Конструкции успешно реализуются умельцами в домашних условиях.

Но на практике без понимания физических основ процесса ректификации, правильных расчетов параметров оборудования, подбора материалов и качественной сборки узлов, использование самодельной ректификационной колоны превращается опасное занятие. Даже одна ошибка может привести к пожару, взрыву или ожогам.

В плане безопасности прошедшие испытания (имеют подтверждающую документацию) заводские колонны надежнее, к тому же поставляются с инструкцией (должна быть подробной). Риск возникновения критической ситуации сводится только к двум факторам – правильной сборке и эксплуатации согласно инструкции, но это проблема почти всех бытовых приборов, а не только колонн или самогонных аппаратов.

Принцип работы ректификационной колонны

Куб наполняют максимум на 2/3 объема. Перед включением установки обязательно проверяют герметичность соединений и сборки, перекрывают узел отбора дистиллята и подают охлаждающую воду. Только после этого можно начать нагрев куба.

Оптимальная крепость подаваемой в колонну спиртосодержащей смеси – 35-45%. То есть в любом случае перед ректификацией требуется дистилляция браги. Полученный продукт (спирт-сырец) потом перерабатывают на колонне, получая почти чистый спирт.

Это значит, что домашняя ректификационная колонна не является полной заменой классического самогонного аппарата (дистиллятора) и может рассматриваться лишь как дополнительная ступень очистки, более качественно заменяющая повторную дистилляцию (вторую перегонку), но нивелирующая органолептические свойства напитка.

Справедливости ради отмечу, что большинство современных моделей ректификационных колон предполагают работу в режиме самогонного аппарата. Для перехода к дистилляции нужно лишь перекрыть штуцер соединения с атмосферой и открыть узел отбора дистиллята.

Если одновременно перекрыть оба штуцера, то нагретая колонна может взорваться из-за избыточного давления! Не допускайте подобных ошибок!

На промышленных установках непрерывного действия зачастую брагу перегоняют сразу, но это возможно благодаря гигантским размерам и особенностям конструкции. Например, стандартом считается труба 80 метров высоты и 6 метров диаметра, в которой установлено в разы больше контактных элементов, чем на ректификационных колоннах для дома.

Размер имеет значение. Возможности спиртзаводов в плане очистки куда больше, чем при домашней ректификации

После включения жидкость в кубе доводится нагревателем до кипения. Образовавшийся пар поднимается вверх по колонне, затем попадает в дефлегматор, где конденсируется (появляется флегма) и по стенкам трубы возвращается в жидком виде в нижнюю часть колонны, на обратном пути контактируя с поднимающимся паром на тарелках или насадках. Под действием нагревателя флегма снова становится паром, а пар вверху опять конденсируется дефлегматором. Процесс становится циклическим, оба потока непрерывно контактируют друг с другом.

После стабилизации (пара и флегмы достаточно для равновесного состояния) в верхней части колонны скапливаются чистые (разделенные) фракции с самой низкой температурой кипения (метиловый спирт, уксусный альдегид, эфиры, этиловый спирт), внизу – с самой высокой (сивушные масла). По мере отбора нижние фракции постепенно поднимаются вверх по колонне.

В большинстве случаев стабильной (можно начинать отбор) считается колонна, в которой температура не меняется на протяжении 10 минут (общее время прогрева – 20-60 минут). До этого момента устройство работает «само на себя», создавая потоки пара и флегмы, которые стремятся к равновесию. После стабилизации начинается отбор головной фракции, содержащей вредные вещества: эфиры, альдегиды и метиловый спирт.

Ректификационная колонна не избавляет от необходимости разделять выход на фракции. Как и в случае с обычным самогонным аппаратом приходится собирать «голову», «тело» и «хвост». Разница только в чистоте выхода. При ректификации фракции не «смазываются» – вещества с близкой, но хотя бы на десятую долю градуса разной температурой кипения не пересекаются, поэтому при отборе «тела» получается почти чистый спирт. Во время обычной дистилляции разделить выход на фракции, состоящие только из одного вещества, невозможно физически какая бы конструкция не использовалась.

Если колонна выведена на оптимальный режим работы, то при отборе «тела» трудностей не возникает, так как температура всё время стабильна.

Нижние фракции («хвосты») при ректификации отбирают, ориентируясь по температуре или по запаху, но в отличие от дистилляции эти вещества не содержат спирта.

Возвращение спирту органолептических свойств. Зачастую «хвосты» требуются, чтобы вернуть спирту-ректификату «душу» – аромат и вкус исходного сырья, например, яблока или винограда. После завершения процесса в чистый спирт добавляют некоторое количество собранных хвостовых фракций. Концентрацию рассчитывают эмпирическим путем, экспериментируя на небольшом количестве продукта.

Преимущество ректификации в возможности добыть практически весь содержащийся в жидкости спирт без потери его качества. Это значит, что «головы» и «хвосты», полученные на самогонном аппарате, можно переработать на ректификационной колонне и получить безопасный для здоровья этиловый спирт.

Захлебывание ректификационной колонны

Каждая конструкция имеет предельную скорость движения пара, после которой течение флегмы в кубе сначала замедляется, а потом и вовсе прекращается. Жидкость накапливается в ректификационной части колонны и происходит «захлебывание» – прекращение тепломассообменного процесса. Внутри происходит резкий перепад давления, появляется посторонний шум или бульканье.

Причины захлебывания ректификационной колонны:

Источник