Эту статью мы посвятим получению в домашних условиях чистого спирта из браги. Что возможно, если у вас только ректификационная колонна, созданная по всем правилам в промышленных условиях.

Рассмотрим множество нюансов, которые пригодятся домашнему винокуру, расскажем о том, как работать с этим оборудованием и о чем умалчивают производители, предлагая нам свои колонны.

Самогоноварение зародилось еще до нашей эры. Вначале оно было связано исключительно с дистилляцией.

Справка. Дистилляцией называют любой процесс, связанный с испарением жидкости, целью которого является разделение на компоненты. Например, аромамасла с древности получают дистилляцией.

Первые перегоночные аппараты и были созданы алхимиками-парфюмерами. История приписывает создание медных аламбиков и алькитар персам. Но и задолго до них (в египетских пирамидах) находили устройства, явно предназначенные для перегонки.

В XVI веке появляется много работ и «рацпредложений» относительно усовершенствования перегонных аппаратов. Появляются первые прототипы непрерывных колонн. Для обеспечения беспрерывной работы экспериментировали с песком, воском, водяными банями. Но сами колонны того времени все еще были с воздушным охлаждением. И лишь к концу века выявлено, что водяное охлаждение значительно эффективнее.

На протяжении века шло дальнейшее совершенствование перегонных аппаратов и к началу XVIII века созрела теория о возможности ректификации – повторного возвращения испаренной жидкости в куб и переиспарения для очистки и укрепления.

Результат проявился к 1813 г, когда французские изобретатели Берар, Адам и Перье получили патент на ректификационную колонну непрерывной работы. Что интересно, конструктивно промышленный ректификатор не меняется уже более двух веков. И сегодня спирт получают с помощью подобных устройств. Разве что электроники добавилось.

О том, чтобы получать чистый спирт у себя дома, самогонщики мечтают давно. И проводили в этом направлении не один эксперимент. Оказалось, что просто взять промышленную ректификационную колонну, работающую с тоннами сырья и уменьшить ее до мелких размеров невозможно.

Ни той продуктивности, ни качества продукта она не даст. Путь к современным бытовым ректификаторам завершился созданием ректификационной колонны для домашнего использования, с помощью которой удается получить практически чистый крепостью 96°.

Понятие ректификации

Ректификацией в химии называют процесс, при котором за счет тепло- массообмена происходит разделение жидкостей, состоящих из двух или более веществ на отдельные компоненты. Происходит разделение за счет различной массы и температуры кипения при многократном испарении и возвращении в емкость.

В промышленности ректификацию применяют для перегонки нефти (разделение ее на бензин, солярку, керосин), получения чистых компонентов воздуха (кислород, азот и т.п.). И, что нас наиболее интересует, — спирта.

Как происходит процесс?

Спиртовые пары, отрываясь от поверхности нагреваемой спиртосодержащей жидкости, устремляются по колонне вверх. Уже на пути к первичному холодильнику-дефлегматору они частично охлаждаются и тяжелые примеси, а с ними и вода, возвращаются обратно в перегонный куб.

Более легкие фракции следуют выше, к холодильнику-дефлегматору, оборудованному тарелчатыми элементами, на которых и происходит контактирование флегмы с испаренными веществами и окончательное разъединение жидкостей.

Для образования спирта без примесей и обеспечения безопасности вверху колонны давление, как в атмосфере, поэтому ректификатор обязательно оборудован специальной трубкой, чтобы не было перепада давления.

Важно. Если происходит снижение давления, уменьшается плотность пара при возрастании скорости испарения. Колонна захлебывается. И возможен взрыв.

Если же давление слишком возрастает, прекращается разделение смеси на фракции и падает скорость испарений.

Отличие от дистилляции

Бытовую РК нельзя считать полноценной заменой дистиллятору. Это скорее более качественный узел для повторной дистилляции, позволяющий переработать первичный спирт-сырец первого перегона на прямоточном дистилляторе в полноценный , лишенный сивухи, но и специфического запаха и вкуса, присущих так называемым ароматным самогонам.

И немного – о понятиях:

• В домашних условиях мы получаем недоректификат – спирт крепостью до 96°. Но пугаться такого определения не стоит. Это означает только то, что настоящий ректификат имеет крепость 96,67°. А степень очистки и у недоректификата значительно превышает дистиллят.
• Фракционная перегонка (дистилляция) предусматривает разделение конденсата на фракции , согласно температуры кипения. Первые составляющие – легкие, низкокипящие. В словаре самогонщика определены как головы. Вторые – тело, у них температура кипения близка к этиловому спирту – 78,4°С. Тело – самая объемная, питьевая часть. Хвостовые, последние фракции, обогащенные высококипящими веществами (сивушными маслами). При работе с ректификационной колонной также осуществляется разделение на фракции, но по другому принципу.
• Флегма и ее число. От хорошего орошения конденсата флегмой, орошающей поступающий на тарелки (насадки) конденсат, зависит качество отбора спирта и возвращение ненужных примесей в куб. Флегмы должно быть в 10-20 раз больше, чем конденсата, чтобы разделение на компоненты было эффективным.

Плюсы и минусы метода

При правильно проведенной ректификации (а это набор параметров, которые нужно знать теоретически и применять на практике, корректируя под свои потребности) вы в домашних условиях получаете:

• спирт-ректификат, пригодный для употребления внутрь, чистый, крепостью 96°;
• учитывая, что для вы применяете спирт-сырец, полученный из сахара или растительного сырья, на выходе у вас алкоголь, зачастую превышающий по качественным показателям тот, что изготавливается промышленностью;
• полученный спирт – прекрасная алкооснова для различных , ликеров.
• в большинстве современных бытовых РК предусмотрена возможность не только ректификации, но и дистилляции. Поэтому при первом перегоне используйте дистиллятор, при втором – ректификатор.

Недостатки:

• спирт-ректификат, произведенный в домашних условиях, лишен запаха исходного сырья;
• как и произведенный на спиртзаводах, имеет сухой вкус и требует умягчения и улучшения вкусовых качество. Что, собственно, неизменно делают при производстве водок;
• невысокая скорость перегона, что удлиняет процесс выгонки и требует большего расхода энергоносителя для нагрева и воды – для охлаждения;
• трудно правильно определить, когда пора отбирать хвосты. Для этого требуется практика.

Что такое ректификационная колонна?

Незаменимое в быту устройство для тех, кто стремится пить своё и угощать гостей алкоголем домашнего изготовления, не содержащим вредных примесей.

По внешнему виду – высокая труба, установленная вертикально над перегонным кубом, переходящая в дефлегматор с проточным холодильником.

Устройство для отбора спирта находится примерно на высоте 2/3 колонны. Часто имеет собственный охладитель.

Свойства

Ректификационной колонне свойственны особенные, отличающиеся от обычного самогонного аппарата возможности. Она создана для укрепления и одновременной очистки от примесей спиртосодержащей жидкости ( или спирта-сырца). Чем выше труба-колонна, тем больше тяжелых примесей она способна вернуть обратно в колонну и не допустить их попадания в конечный продукт.

Конструкция РК и ее свойства делают получение в домашних условиях спирта крепостью 96° реальностью. И это – реальность, доступная каждому, кто будет следовать рекомендациям по использованию, приведенным в инструкции к колонне.

Принцип работы

1. В перегонный куб залейте спиртосодержащую жидкость. Оптимальной считается крепость около 40°, то есть эффективнее всего колонна работает, если в нее залить спирт-сырец. Но часто винокуры используют и брагу.

Внимание. Лучшего эффекта можно достигнуть по крепости и чистоте, если на ректификационной колонне перегнать брагу дважды. Во второй раз это и будет спирт-сырец.

1. Проверьте герметичность соединений, подключите подачу/отвод холодной воды.
2. Включите нагрев.
3. В зависимости от мощности нагрева фаза «работы на себя» — когда пары выходят из куба и возвращаются обратно в него же, длится полчаса-час. Процесс стекания флегмы и противодействие ему паров стремятся достичь равновесия.
4. После стабилизации температуры (на протяжении 10 минут) вверху колонны собираются головы, содержащие летучие соединения, включающие крайне ядовитый метилен и альдегиды. Головы при температуре около 70°С самостоятельно улетают через трубку, связующую колонну с атмосферой.

Важно. Вещества в процессе ректификации четко разделяются и не смешиваются между собой, а разделяются даже при незначительном (десятая градуса) отличии в температуре кипения. Поэтому в тело перегона другие компоненты, кроме этилового спирта, не попадают.

1. Фракции с высокой температурой кипения скапливаются внизу колонны. Постепенно, по мере испарения этилена поднимаются вверх. И постепенно начинают поступать в холодильник, а затем и в приемную емкость. Их определяют по температуре либо по запаху и собирают отдельно.

Опытные винокуры советуют отбирать хвосты в отдельные емкости по 100 мл., если вам нужно вернуть характерную органолептику спирту. Добавляйте к небольшому количеству, а по достижению нужного аромата и привкуса «перенесите» пропорции на всю массу.

Виды

Основных видов колонн ректификационного типа два:

1. Тарельчатые . Именно с помощью таких конструкций получают спирт в промышленных условиях. Есть и домашние варианты. Преимущество этого вида – тонкое разделение на фракции, в результате чего домашний ректификат совершенно лишен сивухи. Недостаток – громоздкость конструкции.
2. Насадочные . Условно они подразделяются на:

• нерегулярные. Неупорядоченно (насыпью) наполненные инертным материалом (СПН), которые чаще всего изготавливаются в домашних условиях или готовыми металлическими мочалками-скребками. Колонны с ними легче по весу, обеспечивают больший контакт паров с флегмой. Но из-за высокого сопротивления возникают сложности при разделении паров с флегмой;
• регулярные. Здесь насадками служат скрученные РПН Панченкова, листы со специальной перфорацией. Не создают избыточного давления, облегчается разделение веществ.

Чем отличается от самогонных аппаратов?

Для наглядности мы сделали специальную таблицу, из которой ясно, насколько отличаются между собой два способа, применяемые с целью получения крепкого спиртного в условиях кухни.

Показатели	Ректификация	Дистилляция
Получаемый алкоголь	Спирт-ректификат 96°	Самогон, ароматный дистиллят (зерновой, фруктовый и т.п.)
Высота аппарата в сборе	От 85 см до 1,5 метра	Как правило – до 80-85 см
Скорость перегона	От 650 мл на морально устаревших бытовых колоннах до 2 литров в час – на современных	От 1 л/час, если аппарат низкопродуктивный, до 7-10 л/час на установках высокого качества заводского изготовления
Нагрев куба	На различных плитах, включая индукционные (см. характеристики, могут отличаться). Для колонн чаще приходится применять отдельно стоящую плиту, поскольку под вытяжку стандартной кухни они не помещаются. Возможны варианты: ТЭН, парогенератор, водяной котел (куб в кубе).	Все перечисленные варианты. Преимуществом дистиллятора является небольшая высота. Всегда можно подобрать аппарат, который поместится под вытяжку над стационарной плитой.
Особенности конструкции	Сложная, состоит из нескольких модулей. Требует отдельного подключения воды к дефлегматору. Комплектуется дефлегматорами тарельчатого типа и насадками для отбора флегмы.	Простая. Прямоточный дистиллятор оборудован только кубом и холодильником. В качестве дополнительных навесов используются сухопарники и барботеры.
Безопасность	Требуется тщательное отслеживание температуры на обоих термометрах (на кубе и в дефлегматоре), давления и прочих параметров, иначе возможен взрыв.	Нельзя оставлять без присмотра, но не столь подвержен рискам, как ректификатор.
Перерабатываемая жидкость	Для обеспечения качественной работы ректификатора жидкость должна быть чистой от примесей, с крепостью от 35 до 45°. Лучше перегоняется не брага, а спирт-сырец – на дистилляторе. Хотя не возбраняется работать и с брагой. Главное, чтобы она была жидкой и фильтрованной.	Брага крепостью не выше 20°. При перегонке в кубе с парогенератором (водяной рубашкой) может быть густой.
Чистота продукта	При правильном перегоне – практически без примесей.	Высокое содержание сивушных масел даже при двойном перегоне. При дистилляции невозможно отобрать спирт без примесей.
Количество извлеченного спирта	До 100%. Теряется не более 1-2%	До 80%

Как выбрать?

Сегодняшние предложения в специализированных, а также интернет-магазинах позволяют выбрать именно тот аппарат, который подойдет для ваших нужд.

Вот несколько советов, которые вам помогут:

• Безопасность – на первом месте. Поэтому серьезно отнеситесь к материалу как перегонного куба, так и колонны. Он должен быть инертным, не вступающим в реакции с компонентами браги или спирта-сырца. Лучший выбор – нержавеющая сталь, а также – медь.
• Разборность конструкции. Есть прекрасные полностью разборные аппараты-трансформеры, которые можно использовать и как дистилляторы.
• Система нагрева. При работе с ректификационной колонной необходима быстрая смена нагрева, поэтому лучшее решение – ТЭН с электроникой. Худшее – газовая плита.
• Производительность. Средняя – 1 л/час при нагреве 1 кВт. От нее и отталкивайтесь.

Конструкция

Аппарат – ректификационная колонна обязательно имеет в составе:

• перегонный куб. Емкость от 12 литров, хотя самые востребованные – от 20 л.;
• царга — колонна (труба диаметром 40-50 мм), высотой до 1,8 м. Она и является основой конструкции;
• насадкой для царги служат регулярные насадки Панченкова (часто – в совокупности с пружинками СПН). В быту применяют и сетки для мытья посуды;
• узел отбора, расположенный в средней части колонны. Именно здесь скапливается «тело» — чистая спиртовая фракция 96-градусной крепости;
• дефлегматор – это модуль с отдельным холодильником, в котором пары конденсируются, охлаждаются. Здесь проходит качественное разделение паров на отдельные вещества;
• автоматика. Среди привычной – терморегулятор ТЭНа, электронные термометры, без которых не обойтись, сигнализаторы температуры и т.п. Есть и полностью автоматизированные колонны, но это оборудование весьма недешевое;
• проточный холодильник – для окончательного охлаждения паров спирта и превращения его в жидкую фазу;
• царга пастеризации – новое дополнительное устройство, относительно недавно появившееся на рынке винокуренного оборудования. Устанавливается выше царги, перед дефлегматором. Позволяет получать за один раз продукт, сравнимый по качеству с двойной ректификацией.

Для примера — ректификационная колонна Добрый Жар Маяк

Небольшой рейтинг аппаратов с РК

На первом месте Schnapser Х2 – универсальная система. Разборная, на кламповых соединениях. Немецкое качество и гарантия 10 лет. Рекомендована работа на индукционных плитах. Кубы на 12 – 50 литров. Стоимость 10990 – 16990 рублей. Для полноценной ректификации нужно еще докупить царгу высотой 45 см за 1590 р.

2 место за аппаратом «Добрый Жар» «Маяк» с кубами от 20 до 60 литров. Высота – 178 см. Стоимость: 19600 -28000 рублей. Конструкция разборная. Можно эксплуатировать в режиме потстилл для превращения браги в спирт-сырец с последующей ректификацией.

§ 3.3. Ограничение утечек горючих веществ

§ 3.4. Образование взрывоопасной смеси в помещении и на открытой площадке

Глава 4. Причины повреждения технологического оборудования

§ 4.1. Основы прочности и классификация причин повреждения оборудования

§ 4.2. Повреждения технологического оборудования в результате механических воздействий

§ 4.3. Повреждения технологического оборудования в результате температурного воздействия

§ 4.4. Повреждения технологического оборудования в результате химического воздействия

Защита от коррозии

Глава 6. Подготовка оборудования к ремонтным огневым работам

§ 6.1. Использование естественной вентиляции оборудования перед проведением ремонтных огневых работ

§ 6.2. Использование принудительной вентиляции оборудования перед проведением ремонтных огневых работ

§ 6.3. Пропаривание аппаратов перед проведением ремонтных огневых работ

§ 6.4. Промывка аппаратов водой и моющими растворами перед проведением ремонтных огневых работ

§ 6.5. Флегматизация среды в аппаратах инертными газами - способ подготовки их к проведению ремонтных огневых работ

§ 6.6. Заполнение аппаратов пеной при проведении ремонтных огневых работ

§ 6.7. Организация ремонтных огневых работ

Раздел второй. Предотвращение распространения пожара

Глава 7. Ограничение количества горючих веществ и материалов, обращающихся в технологическом процессе

§ 7.1. Выбор технологической схемы производства

§ 7.2. Режим эксплуатации технологического процесса производства

Производства,их удаление

§ 7.4. Замена горючих веществ, обращающихся в производстве, негорючими

§ 7.5. Аварийный слив жидкостей

§ 7.6. Аварийный выпуск горючих паров и газов

Глава 8. Огнезадерживающие устройства на производственных коммуникациях

§ 8.1. Сухие огнепреградители

Расчет огнепреградителя по методу я. Б. Зельдовича

§ 8.2. Жидкостные огнепреградители (гидрозатворы)

§ 8.3. Затворы из твердых измельченных материалов

§ 8.4. Автоматические заслонки и задвижки

§ 8.5. Защита трубопроводов от горючих отложений

§ 8.6. Изоляция производственных помещений от траншей и лотков с трубопроводами

Глава 9. Защита технологического оборудования и людей от воздействия опасных факторов пожара

§ 9.1. Опасные факторы пожара

§ 9.2. Защита людей и технологического оборудования от теплового воздействия пожара

§ 9.3. Защита технологического оборудования от разрушений при взрыве

§ 9.4. Защита людей и технологического оборудования от агрессивных сред

Пожарная профилактика основных

§ 10.2. Пожарная профилактика процессов измельчения твердых веществ

§ 10.3. Пожарная профилактика процессов механической обработки древесины и пластмасс

§ 10.4. Замена л вж и гж пожаробезопасными моющими средствами в технологических процессах обезжиривания и очистки поверхностей

Глава 11. Пожарная профилактика средств транспортировки и хранения веществ и материалов

§ 11.1. Пожарная профилактика средств перемещения горючих жидкостей

§ 11.2. Пожарная профилактика средств перемещения и сжатия газов

§ 11.3. Пожарная профилактика средств перемещения твердых веществ

§ 11.4. Пожарная профилактика технологических трубопроводов

§ 11.5. Пожарная профилактика хранения горючих веществ

Глава 12. Пожарная профилактика процессов нагревания и охлаждения веществ и материалов

§ 12.1. Пожарная профилактика процесса нагревания водяным паром

§ 12.2. Пожарная профилактика процесса нагревания горючих веществ пламенем и топочными газами

§ 12.3. Пожарная профилактика теплопроизводящих установок, используемых в сельском хозяйстве

§ 12.4. Пожарная профилактика процесса нагревания высокотемпературными теплоносителями

Глава 13. Пожарная профилактика процесса ректификации

§ 13.1. Понятие процесса ректификации

§ 13.2 Ректификационные колонны: их устройство и работа

§ 13.3. Принципиальная схема непрерывно действующей ректификационной установки

§ 13.4. Особенности пожарной опасности процесса ректификации

§ 13.5. Пожарная профилактика процесса ректификации

Пожаротушение и аварийное охлаждение ректификационной установки

Глава 14. Пожарная профилактика процессов сорбции и рекуперации

§ 14.1. Пожарная опасность процесса абсорбции

§ 14.2. Пожарная профилактика процессов адсорбции и рекуперации

Возможные пути распространения пожара

Глава 15. Пожарная профилактика процессов окраски и сушки веществ и материалов

§ 15.1. Пожарная опасность и профилактика процесса окраски

Окраска окунанием и обливанием

Окраска в электрическом поле высокого напряжения

§ 15.2. Пожарная опасность и профилактика процессов сушки

Глава 16. Пожарная профилактика процессов, протекающих в химических реакторах

§ 16.1. Назначение и классификация химических реакторов

§ 5. По конструктивному оформлению теплообменных устройств

§ 16.2. Пожарная опасность и противопожарная защита химических реакторов

Глава 17. Пожарная профилактика экзотермических и эндотермических химических процессов

§ 17.1. Пожарная профилактика экзотермических процессов

Процессы полимеризации и поликонденсации

§ 17.2. Пожарная профилактика эндотермических процессов

Дегидрирование

Пиролиз углеводородов

Глава 18. Изучение технологических процессов

§18.1. Информация о технологии производств, необходимая работнику пожарной охраны

§ 18.3. Методы изучения технологии производств

Глава 19. Исследование и оценка пожаровзрывоопасности технологических процессов производств

§ 19.1. Категории пожаровзрывоопасности производств согласно требованиям сНиПов

§ 19.2. Соответствие технологии производств системе стандартов безопасности труда

§ 19.3. Разработка пожарно-технической карты

Глава 20. Пожарно-техническая экспертиза технологических процессов на стадии проектирования производств

§ 20.1. Особенности пожарного надзора на стадии проектирования технологических процессов производств

§ 20.2. Использование норм проектирования по обеспечению пожарной безопасности технологических процессов производств

§ 20.3. Задачи и методика пожарно-технической экспертизы проектных материалов

§ 20.4. Основные решения пожарной безопасности, разрабатываемые на стадии проектирования производств

Глава 21. Пожарно-техническое обследование технологических процессов действующих производств

§ 21.1. Задачи и организация пожарно-технического обследования

§ 21.2. Бригадный метод пожарно-технического обследования

§ 21.3. Комплексное пожарно-техническое обследование предприятий отрасли

§21.4. Нормативно-технические документы пожарно-технического обследования

§ 21.5. Пожарно-техническая анкета как методический документ обследования

§ 21.6. Взаимодействие госпожнадзора с другими надзорными органами

Глава 22. Обучение рабочих и инженерно-технических работников основам пожарной безопасности технологических процессов производств

§ 22.1. Организация и формы обучения

§ 22.2. Учебные программы

§ 22.3. Методика и технические средства обучения

§ 22.4. Программированное обучение

Литература

Оглавление

§ 13.2 Ректификационные колонны: их устройство и работа

Как было сказано выше, ректификация осуществляется в специальных аппаратах - ректификационных колоннах, которые являются основными элементами ректификационных установок.

Процесс ректификации может осуществляться периодически и непрерывно, независимо от типа и конструкции ректификационных колонн. Рассмотрим процесс непрерывной ректификации, с помощью которого происходит разделение жидких смесей в промышленности.

Ректификационная колонна - вертикальный цилиндрический аппарат со сварным (или сборным) корпусом, в котором расположены массо- и теплообменные устройства (горизонтальные тарелки 2 или насадка). В нижней части колонны (рис. 13.3) имеется куб 3, в котором происходит кипение кубовой жидкости. Нагревание в кубе осуществляется за счет глухого пара, находящегося в змеевике или в кожухотрубчатом подогревателе-кипятильнике. Неотъемлемой частью ректификационной колонны является дефлегматор 7, предназначенный для конденсации пара, выходящего из колонны.

Ректификационная тарельчатая колонна работает следующим образом. Куб постоянно подогревается, и кубовая жидкость кипит. Образующийся в кубе пар поднимается вверх по колонне. Предварительно нагревается до кипения исходная смесь, подлежащая разделению. Она подается на питательную тарелку 5, которая делит колонну на две части: нижнюю (исчерпывающую) 4 и верхнюю (укрепляющую) 6. Исходная смесь с питательной тарелки стекает на нижележащие тарелки, взаимодействуя на своем пути с, движущимся снизу вверх паром. В результате этого взаимодействия пар обогащается легколетучим компонентом, а стекающая вниз жидкость, обедняясь этим компонентом, обогащается труднолетучим. В нижней части колонны идет процесс извлечения (исчерпывания) легколетучего компонента из исходной смеси и переход его в пар. Некоторая часть готового продукта (ректификата) подается на орошение верхней части колонны.

Жидкость, поступающую на орошение верха колонны и перетекающую по колонне сверху вниз, называют флегмой. Пар, взаимодействуя с флегмой на всех тарелках верхней части колонны, обогащается (укрепляется) легколетучим компонентом. Пар, выходящий из колонны, направляется в дефлегматор 7, в котором осуществляется его конденсация. Образующийся дистиллят делится на два потока: один в виде продукта направляется на дальнейшее охлаждение и на склад готовой продукции, другой направляется обратно в колонну в качестве флегмы.

Важнейшим элементов тарельчатой ректификационной колонны является тарелка, поскольку именно на ней происходит взаимодействие пара с жидкостью. На рис. 13.4 изображена схема устройства и работы колпачковой тарелки. Она имеет дно 1, герметически соединенное с корпусом колонны 4, паровые патрубки 2 и сливные патрубки 5. Паровые патрубки предназначены для пропускания поднимающихся с нижней тарелки паров. По сливным патрубкам жидкость стекает с вышележащей тарелки на нижележащую. На каждый паровой патрубок монтируется колпачок 3, с помощью которого пары направляются в жидкость, барботируют через нее, охлаждаются и частично конденсируются. Дно каждой тарелки обогревается парами нижележащей тарелки. Кроме того, при частичной конденсации пара выделяется тепло. За счет этого тепла жидкость на каждой тарелке кипит, образуя свои пары, которые смешиваются с парами, поступившими с нижележащей тарелки. Уровень жидкости на тарелке поддерживается с помощью сливных патрубков.

Рис. 13.3. Схема ректификацион­ной колонны: / - корпус; 2 - тарелки; 3 - куб; 4, 6 - исчерпывающая и укрепляющая части колонны; 5 -питательная тарелка; 7 - дефлегматор

Процессы, протекающие на тарелке, можно описать следующим образом (см. рис. 13.4). Пусть на тарелку поступают пары состава Л с нижней тарелки, а с верхней тарелки по переливной трубке стекает жидкость состава В. В результате взаимодействия пара А с жидкостью В (пар, барботируя через жидкость, частично ее испарит, а сам частично сконденсируется) образуется новый пар состава С и новая жидкость состава D , находящиеся в равновесии. В результате работы тарелки новый пар С богаче легколетучим веществом по сравнению с поступившим с нижней тарелки паром А, то есть на тарелке пар С обогатился легколетучим веществом. Новая жидкость D , наоборот, стала беднее легколетучим веществом по сравнению с поступив­шей с верхней тарелки жидкостью В, то есть на тарелке жидкость обедняется легколетучим и обогащается труднолетучим компонентом. Короче, работа тарелки сводится к обогащению пара и обеднению жидкости легколетучим компонентом.

Рис. 13.4. Схема устройства и работы колпачковой тарелки: /- дно тарелки; 2 -паровой патрубок;

3 - колпачок; 4 - корпус колонны; 5 - сливной патрубок

Рис. 13.5. Изображение работы ректификационной тарелки на диаграмме у -х: 1 - равновесная кривая;

2 - линия рабочих концентраций

Тарелка, на которой достигается состояние равновесия между поднимающимися с нее парами и стекающей жидкостью, называется теоретической. В реальных условиях из-за кратковременного взаимодействия пара с жидкостью на тарелках не достигается состояние равновесия. Разделение смеси на реальной тарелке идет менее интенсивно, чем на теоретической. Поэтому для выполнения: работы одной теоретической тарелки требуется больше чем одна реальная тарелка.

На рис. 13.5 изображена работа ректификационной тарелки с использованием диаграммы у -х. Теоретической тарелке соответствует заштрихованный прямоугольный треугольник, катетами ко­торого являются величина приращения концентрации легколетучего компонента в паре, равная ус -y а , и величина уменьшения концентрации легколетучего компонента в жидкости, равная x B - x D . Отрезки, соответствующие указанным изменениям концентраций, сходятся на равновесной кривой. Тем самым предполагается, что фазы, покидающие тарелку, находятся в состоянии равновесия. Однако в действительности состояние равновесия не достигается, и отрезки изменения концентраций не достигают равновесной кривой. То есть рабочей (действительной) тарелке будет соответствовать меньший треугольник, чем тот, который изображен

на рис. 13.5.

Конструкции тарелок ректификационных колонн весьма разнообразны. Рассмотрим кратко основные из них.

Колонны с колпачковыми тарелками широко применяются в промышленности. Использование колпачков обеспечивает хороший контакт между паром и жидкостью, эффективное перемешивание на тарелке и интенсивный массообмен между фазами. По форме колпачки могут быть круглыми, многогранными и прямоугольными, тарелки - одно- и многоколпачковыми.

Тарелка с желобчатыми колпачками показана рис. 13.6. Пар с нижней тарелки проходит в зазоры и попадает в верхние (опрокинутые) желоба, которые направляют его в нижние желоба, заполненные жидкостью. Здесь пар барботирует через жидкость, что обеспечивает интенсивный массообмен. Уровень жидкости на тарелке поддерживается переливным устройством.

Колонны с ситчатыми тарелками показаны на рис. 13.7. Тарелки имеют большое количество отверстий малого диаметра (от 0,8 до 3 мм). Давление пара и скорость его прохода через отверстия должны находиться в соответствии с давлением жидкости на тарелке: пар должен преодолевать давление жидкости и препятствовать ее утечке через отверстия на нижележащую тарелку. Поэтому ситчатые тарелки требуют соответствующего регулирования и весьма чувствительны к изменению режима. В случае уменьшения давления пара жидкость с ситчатых тарелок уходит вниз. Ситчатые-тарелки чувствительны к загрязнениям (осадкам), которые могут забивать отверстия, создавая условия образования повышенных давлений. Все это ограничивает их применение.

Насадочные колонны (рис. 13.8) отличаются тем, что в них роль тарелок выполняет так называемая «насадка». В качестве насадки используют специальные керамические кольца (кольца Рашига), шарики, короткие трубки, кубики, тела седловидной, спиралевидной и т. п. формы, изготовленные из разнообразных материалов (фарфора, стекла, металла, пластмассы и др.).

Пар поступает в нижнюю часть колонны из выносного кипятильника и движется вверх по колонне навстречу стекающей жидкости. Распределяясь по большой поверхности, образуемой насадочными телами, пар интенсивно контактирует с жидкостью, обмениваясь компонентами. Насадка должна иметь большую поверхность в еди­нице объема, оказывать малое гидравлическое сопротивление, быть стойкой к химическому воздействию жидкости и пара, обладать высокой механической прочностью, иметь невысокую стоимость.

Насадочные колонны имеют небольшое гидравлическое сопротивление, удобны в эксплуатации: легко опорожняются, промываются, продуваются, очищаются.

Работа ректификационной колонны основывается на многоразовом испарении спирта для его очищения. Переработка этого вещества является важной задачей современной промышленности. Спирт имеет широкий спектр использования, поэтому его качество должно удовлетворять требованиям технического и пищевого характера.

1

Процесс ректификации представляет собой разделение смесей с содержанием спирта на чистые элементы. Для этого используется кипение веществ, каждое из которых имеет свою температуру испарения. В ходе этого процесса происходит образование пара, а каждая фракция отделяется от своей начальной смеси. Как правило, в ходе ректификации выделяют альдегиды, воду, этиловые и метиловые спирты, сивушные масла и другие. Такое устройство наиболее эффективно от вторичных примесей.

Разделение смесей с содержанием спирта на чистые элементы в ректификационной колонне

Ректификация возможна из-за различного коэффициента содержания отдельных компонентов в жидкой основе и в состоянии парового испарения. Поскольку система стремится к равновесию, она пытается выровнять показатели температуры, давления и концентрации вещества в каждой из фаз. Когда пар входит в контакт с жидкостью, он обогащается компонентами низкокипящих "летучих" компонентов, а жидкость вбирает в себя высококипящие вещества . Этот процесс сопровождается обменом тепла.

Параметры ректификационной колонны:

• Размеры и материал. Конструкция включает в себя насадки, цилиндры, дистилляторы и куб. Для колонны используется нержавеющий пищевой сплав, который не выделяет вредных веществ в жидкости.
• Система нагрева. Для качественной колонны необходимо точно контролировать мощность нагрева. Самым оптимальным способом на сегодня является использование ТЭНов, которые устанавливаются в нижнюю часть колонны. Не рекомендуется использовать стандартную поставку газа, так как ее особенности не позволяют проводить плавную регулировку мощности нагрева.
• Производительность. В этот параметр входит мощность нагрева, которая отвечает за интенсивность движения пара внутри конструкции.
• Точный контроль. Каждый процесс имеет свои особенности эксплуатации и допустимые значения работы, которым нужно следовать.
• Внутреннее давление влияет на температуру кипения. Для лучшей ректификации спирта нужно удерживать давление в диапазоне 720-780 мм. рт. ст. Если это не контролировать, давление снизится, а это уменьшит плотность пара, что приведет к "захлебыванию" колонны. Аналогичная ситуация и с высоким давлением, которое недопустимо для эффективной работы оборудования.

Ректификационная колонна включает в себя насадки, цилиндры, дистилляторы и куб. Для колонны используется нержавеющий пищевой сплав

В компаниях все чаще устанавливается ректификационная колонна, принцип работы которой основан на стекании жидкости и поднятии пара, что необходимо для достижения равновесия, позволяющего выделить чистые компоненты веществ (сначала поступают жидкости с низкой температурой кипения, потом – с высокой). Залогом этого процесса является состояние равновесия.

2 Современная конструкция колонны – как в ней разобраться?

Имеет вид цилиндра переменного или постоянного сечения с расположенными внутри насадками и тарелками. Каждый чертеж учитывает эти элементы при сооружении колонны. В каждой колонне установлены вспомогательные узлы для поступления спирта-сырца, а также контроля и отбора итогового продукта.

Основные показатели:

• спирт-сырец является результатом перегонки браги после дистилляции (самогон в 35 градусов);
• флегма – образовавшийся пар, стекающий по колонне;
• флегмовое число – соотношение пара к дистиллятору.

Ректификационная колонна используется в условиях промышленных и лабораторных процессов. Она эффективно зарекомендовала себя в нефтехимической, газовой, нефтеперерабатывающей, пивоваренной, химической и других отраслях. Принцип действия конструкции основан на появлении двух встречных потоков в виде пара и стекающей жидкости. Между ними происходит контакт в специальных тарелках, при этом температура пара будет выше, чем у жидкости.

Схема работы ректификационной установки основана на непрерывном и периодическом действии. В первом случае сырье поступает и отводится из установки в цикличном процессе. В периодической работе вещества поставляются дозами и проходят ректификацию до момента достижения нужного результата.

Классификация внутреннего объема колонны: эвапорационная, укрепляющая и исчерпывающая. Подаваемая жидкость испаряется и переносится в средний объем колонны. Эта смесь разогревается и частично испаряется на разогретой тарелке. При этом процессе происходит смешивание легких частиц с флегмой, из-за чего они тяжелеют и стекают вниз. В верхней части колонны располагается укрепляющая часть, в теле которой пар обогащается легкими фракциями. В нижней же части находится исчерпывающая стадия, куда стекает флегма и отводятся легкие фракции.

3 Работа ректификационной установки – как добиться лучшего результата?

Поскольку система переработки спирта работает на принципах конденсации поступающих веществ, требуется соблюдение технологии ректификации. Это необходимо для равновесия паров и смесей, чтобы обеспечить их эффективную очистку. В случае системы периодического нагрева (используются при невысокой рабочей нагрузке) на нижней части фракции расположен нагревательный элемент, который запускает процесс. Ректификация может проводиться не только конденсатом – для этого может использоваться вакуум, действие атмосферного давления или низкой температуры.

Ректификационная колонна является эффективным средством очистки спирта. На ее основе конструируют домашние аппараты, позволяющие очищать спиртосодержащие смеси. В ходе этого процесса могут ухудшиться органолептические качества, но в этом случае спирту можно вернуть нижние фракции. Ответственный подход к процессу и соблюдение норм позволят получить очищенный спирт высокого качества. Удачи вам в этом деле!

И немного о секретах...

Российские ученые кафедры биотехнологий создали препарат, который сможет помочь при лечении алкоголизма всего за 1 месяц.

Главное отличие препарата - ЕГО 100% НАТУРАЛЬНОСТЬ, а значит эффективность и безопасность для жизни:

• устраняет психологическую тягу
• исключает срывы и депрессию
• защищает клетки печени от поражения
• выводит из сильного запоя за 24 ЧАСА
• ПОЛНОЕ ИЗБАВЛЕНИЕ от алкоголизма вне зависимости от стадии
• очень доступная цена.. всего 990 рублей

Курсовой приём всего ЗА 30 ДНЕЙ обеспечивает комплексное РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С АЛКОГОЛЕМ.
Уникальный комплекс АЛКОБАРЬЕР является на сегодняшний день самым эффективным в борьбе с алкогольной зависимостью.

Перейдите по ссылке и узнайте все преимущества алкобарьера

Ректификационная колонна, которая еще 20 лет назад была только на спиртзаводах, теперь используется и в быту для производства высококачественного спирта – ректификата, что для обычного самогонного аппарата задача невыполнимая.

И чтобы лучше понять, что это такое, каково устройство и принцип действия ректификационной колонны, а также как изготовить агрегат своими руками, стоит ознакомиться с вопросом более детально.

Ректификационная колонна – это сложное устройство, состоящее из нескольких узлов: —царги—, узла отбора и —термометра—, – необходимых для протекания полноценной ректификации. Этот процесс позволяет разделить многокомпонентную смесь, состоящую из веществ с близкой температурой кипения/испарения.

Главное отличие ректификации от обычной дистилляции в том, что при ней испарение и конденсация веществ – это не единичное явление, а постоянный цикличный процесс. В результате —самогонный аппарат— колонного типа производит спирт высочайшего качества – ректификат.

Устройство и принцип работы ректификационной колонны

Царга

Находится в основании колонны и является одной из основных ее частей. Внутри нее протекает газо-жидкостный массообмен – одно из основных явлений в процессе ректификации. Происходит это следующим образом:

• Жидкость, закипая в —перегонном кубе—, испаряется и в газообразной форме проходит через царгу.
• Пар, дойдя до дефлегматора, охлаждается и конденсируется на его стенках.
• Конденсат стекает сначала по стенкам дефлегматора, а потом и по стенкам царги обратно в куб.
• В этот момент между стекающим конденсатом и восходящим паром происходит газо-жидкостный массообмен. Он заключается в передаче тепла и некоторого количества испаренных веществ от пара к конденсату. Под таким воздействием часть флегмы – ее легкокипящие составляющие: спирт и небольшая доля воды вновь испаряются, не доходя до перегонного куба, а более труднокипящие: сивушные масла и другие примеси продолжают стекать в перегонный куб.

Таким образом в верхней части колоны скапливается в основном спирт, а примеси в основном циркулируют в нижней части агрегата. Как следствие, на выходе получается ректификат с крепостью около 95%.

В ректификационной колоне может быть как одна царга, так и несколько. При этом чем выше колонна, тем больше площадь, на которой проходит массообмен между флегмой и паром, что в свою очередь улучшает качество получаемого продукта.

Внутри царги находятся насадки, на поверхности которых и происходит основной массообмен. Изделия из нержавейки хорошо подходят для сахарной и зерновой, а медные – —для фруктовой браги—.

Кроме насадок внутри царги могут размещаться тарелки, которые еще больше увеличивают площадь, на которой проходит газо-жидкостный массообмен, что сказывается на качестве получаемого ректификата.

Стенки царги могут иметь дополнительный подогрев, усиливающий испарение флегмы, не попавшей на насадки и тарелки. Такое дополнение также улучшает качество конечного продукта.

Дефлегматор

Верхняя часть ректификационной колонны, отвечающая за сбор и охлаждение восходящих паров до флегмы. Отсюда конденсировавшаяся жидкость стекает вниз в царгу.

Дефлегматор может быть выполнен по нескольким принципиальным схемам, самой простой является пленочный вариант, а одной из самых популярных – холодильник Димрота,

Узел отбора

Отвечает за сбор части конденсировавшейся флегмы и ее вывод наружу в тару для сбора. В зависимости от настроек узла отбора варьируется и количество отбираемого конденсата. Чем меньше его отбор, тем выше качество ректификата.

Термометр

В ректификационной колонне, в отличие от стандартного самогонного аппарата, является обязательной составной частью системы. Дело в том, что ректификация – это очень тонкий процесс, сильно зависящий от поддержания правильной температуры.

Перегонный куб с ТЭНами

Хотя ректификационная колонна может использоваться и с обычным кубом на газовой, электро- или , значительно лучше оборудовать ее ТЭНовым агрегатом.

Такая особенность, как и термометр, связана с необходимостью точной и тонкой регуляции температуры внутри системы, а значит и с регуляцией мощности устройства, нагревающего брагу.

Газовые вентили требуют большого мастерства, индукционные плитки имеют фиксированный шаг от 100 до 300 Вт, а вот регуляторы ТЭНов позволяют изменять мощность по 3-5 Вт.

Что лучше, классический самогонный аппарат или ректификационная колонна?

Чтобы понять преимущества ректификации перед дистилляцией, стоит провести наглядное сравнение этих технологий.

Критерий	Дистилляция	Ректификация
Вкусо-ароматические качества конечного продукта	Вкус и запах соответствуют сырью браги.	Очень чистый спирт без вкуса и запаха.
Крепость напитка	В зависимости от конструкции аппарата и количества перегонок от 40 до 65%.	до 97, в среднем 93-95%.
Степень отделения веществ с разной температурой кипения/испарения	Низкая, даже вещества имеющие большую разницу в температуре испарения после конденсации остаются вместе.	Очень высокая, при необходимости можно не только отделить спирт, но и разделить сивушные масла на составляющие.
Степень отделения вредных веществ от спирта	От низкой до средней. Улучшить качество отделения можно только за счет увеличения количества перегонок.
Потеря спирта	Большая, в лучшем случае получится собрать до 80% продукта, содержащегося в браге.	Маленькая, потери на практике составляют от 1 до 3%, хотя при идеальных условиях их может и не быть.
Сложность создания и использования агрегата на базе технологии	От низкой до средней, примитивные модели не имеют строгих размерных критериев, потенциал улучшения оборудования ограничен. Обращаться с технологией легко и просто.	Высокая. Для создания понадобится специализированное оборудование и строгий перечень материалов. Для эффективного использования нужны теоретические познания.

Чтобы посредством дистилляции получить продукт такого же качества, как при ректификации, нужно провести около 10 последовательных перегонок. При этом нужно учитывать, что перегонять спиртосодержащий продукт крепче 20-30% взрывоопасно (самогоноварение взрывоопасно по умолчанию, но в этом случае риск значительно увеличивается).

Как сделать ректификационную колонну своими руками по подробной схеме

Агрегат выполняется по простой конструкции.

Расчет и сборка ректификационной колоны своими руками проводятся следующим образом:

Вместо послесловия

Спирт, полученный посредством ректификации, значительно качественней дистиллята из классического самогонного аппарата.

Но вместе с положительными сторонами приходят и недостатки : требования к оборудованию значительно выше, а его изготовление затратнее, кроме того, эксплуатация также требует высокого мастерства.

Поэтому однозначно определить, что лучше, хороший самогонный аппарат или ректификационная колонна, не так легко, но, конечно, существует промежуточное решение – бражная колонна. Она дает дистиллят, но не ректификат, очень высокого качества, и пользоваться ей проще, тут все дело в приоритетах.

Пожарная безопасность процесса ректификации

Ректификация - это метод разделения смеси на чистые компоненты, осуществляемый путем многократного чередования процессов испарения жидкой фазы и конденсации паров.

Физическая сущность процесса заключается в двустороннем массо- и теплообмене между неравновесными потоками пара и жидкости при высокой турбулизации поверхности контактирующих фаз. В результате массообмена пар обогащается низкокипящими, а жидкость - высококипящими компонентами. При определенном числе контактов можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих компонентов и жидкость, состоящую в основном из высококипящих компонентов.

Процесс ректификации можно проводить, в простейшем случае, в многоступенчатой установке. В первой ступени такой установки испаряется исходная смесь. На вторую ступень поступает на испарение жидкость, оставшаяся после отделения паров первой ступени. В третьей ступени испаряется жидкость, поступившая из второй ступени (после отбора из последней паров). Аналогично может быть организован процесс многократной конденсации, при котором на каждую следующую ступень поступают для конденсации пары, оставшиеся после отделения от них жидкости (конденсата) в предыдущей ступени.

При достаточно большом числе ступеней таким путем можно получить жидкую или паровую фазу с достаточно высокой концентрацией компонента, которым она обогащается. Однако, выход этой фазы будет достаточно мал по отношению к ее количеству в исходной смеси. Кроме того, такие установки громоздки и их эксплуатация сопровождается большими потерями тепла в окружающую среду.

Значительно более экономичное, полное и четкое разделение смесей на компоненты достигается путем проведения процессов ректификации в более компактных аппаратах – ректификационных колоннах.

Работа ректификационных колонн основана на создании двух встречных потоков – поднимающихся паров и стекающих навстречу им жидкости. Контакт между ними происходит на горизонтальных тарелках, причем пар, подходящий к тарелкам, имеет температуру несколько более высокую, чем жидкость, находящаяся вних. Внутренний объем колонны условно разбивается на три части – эвапорационной, укрепляющей, исчерпывающей. В первом объеме происходит испарение подаваемой жидкости. Подача производится в среднюю часть колонны, так как в этой части состав флегмы примерно равен составу раствора подлежащего ректификации. Подогретая смесь поступает в питающую тарелку колонны и частично испаряется. Паровая фаза движется вверх, а неиспарившаяся смешивается с флегмой и стекает вниз. Часть колонны, расположенная выше ввода начальной смеси называется укрепляющей, так как в ней паровая фаза укрепляется легкими фракциями. Часть колонны, находящаяся ниже ввода начальной смеси называется исчерпывающей, так как в ней из стекающей вниз флегмы отгоняются (исчерпываются) оставшиеся легкие фракции.

Для обеспечения нормальной работы ректификационной колонны необходимо постоянное наличие восходящего потока пара и нисходящего потока флегмы. Для получения пара в нижней части колонны предусмотрена система обогрева. Процесс ректификации может осуществляться при атмосферном давлении, под вакуумом, под избыточным давлением при пониженной температуре. В основном процесс ректификации осуществляется при давлении близком к атмосферному. Вакуумной ректификации подвергают смеси веществ склонных к термическому распаду или полимеризации при высоких температурах. Низкотемпературная ректификация применяется для разделения растворов, имеющих низкую температуру кипения.

Рассмотрим принцип действия ректификационной колонны, входящей в состав ректификационной установки непрерывного действия, предназначенной для разделения бинарных смесей.

Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со сварным или сборным корпусом 1 . Исходная смесь предварительно нагревается в подогревателе 5 и подается в среднюю часть колонны. В нижней части колонны обеспечивается подогрев жидкости до температуры кипения. Образующиеся при этом пары поднимаются вверх по колонне и создают восходящий поток. В верхней части колонны пары отбираются и поступают в дефлегматор 3, где происходит их частичная конденсация. Смесь флегмы (жидкости, полученной в результате частичной конденсации пара) и несконденсировавшегося пара из дефлегматора подается в сепаратор 4 на разделение. Пар из сепаратора поступает в конденсатор-холодильник 6 на полную конденсацию и там же происходит охлаждение дистиллята (ректификата), а флегма направляется обратно в колонну и создает в ней нисходящий поток.

Таким образом, в ректификационной колонне создаются два встречных потока – поток поднимающихся вверх паров и поток стекающей навстречу им жидкости. Контакт между ними происходит на специальных тепломассообменных устройствах, расположенных по высоте колонны с определенным шагом. Такие устройства выполняются в виде горизонтальных тарелок или насадок.

Сущность теплообменных процессов. В колпачковой колонне каждая тарелка имеет несколько отверстий с невысокими патрубками 3, предназначенными для пропускания паров, поднимающихся снизу. На тарелках колонны всегда имеется слой флегмы. Сверху каждого парового патрубка монтируется колпачок 2 , нижние края которого погружены в жидкость. Колпачки у основания имеют зубчатые прорези для дробления пара на мелкие струйки. Тем самым увеличивается площадь контакта между парами и жидкостью. Так как флегма несколько холоднее паров, последние, барботируя через слой жидкости, охлаждаются и частично конденсируются. В процессе конденсации паров выделяется некоторое количество теплоты. Кроме того, дно каждой тарелки обогревается парами нижележащей тарелки. За счет этого тепла флегма нагревается и кипит. Уровень флегмы на каждой тарелке поддерживается с помощью переливных труб 4, которые связывают между собой все тарелки.

Таким образом, на тарелках происходит обогащение флегмы высококипящим компонентом (за счет частичной конденсации паров). А восходящие потоки пара обогащаются низкокипящим компонентом. Поскольку пары по мере продвижения снизу вверх все больше обогащаются низкокипящим компонентом, температура кипения жидкости на тарелках (снизу вверх) становится все ниже и ниже. При этом флегма, стекающая с тарелки на тарелку все больше обогащается высококипящим компонентом, и поэтому на нижних тарелках температура кипения максимальна. В результате многократного протекания процесса теплообмена пар, отводимый из верхней части колонны, представляет собой почти чистый низкокипящий компонент, а остаток в нижней части колонны – чистый высококипящий компонент.

Из вышесказанного следует, что для нормальной работы любой ректификационной колонны необходимо : чтобы исходный продукт был предварительно нагрет, непрерывно происходило орошение верхней части колонны, и подогрев нижней части.

Следует обратить внимание на то, что в промышленности чаще всего разделяют не бинарные, а многокомпонентные смеси. В этом случае для разделения смесей на три и более фракций применяют несколько последовательно работающих простых колонн или специальные сложные колонны, состоящие из нескольких простых.

В идеальном случае на каждой тарелке колонны паровая фаза и флегма находятся в состоянии фазового равновесия и, следовательно, каждой тарелке соответствует одна из точек, лежащей на кривой равновесия (рассматривали в начале лекции). В действительности полное равновесие фаз на тарелках ректификационной колонны не достигается. Это учитывается путем введения коэффициента полезного действия.

Для приближения к фазовому равновесию действительных концентраций жидкости и пара разработаны различные конструкции тарелок и насадок. Тарелки или насадки являются наиболее важным конструктивным элементом ректификационных колонн. Именно на них происходит процесс тепломассообмена между восходящим потоком пара и флегмой.

Ректификационные колонны в которых тепломассообменные устройства выполнены в виде тарелок называют барботажными , так как пар барботируется через слой флегмы. Если тепломассообменные устройства выполнены в виде различных насадок, то колонны называют насадочными .

Барботажные ректификационные колонны могут иметь тарелки со сливными устройствами или без них. Тарелки со сливными устройствами. К ним относятся колпачковые, ситчатые и клапанные.

Для разделения растворов используют колпачковые тарелки . Это связано с тем, что данный тип обеспечивает хороший контакт между паром и флегмой на тарелках. Смесь паров, поднимаясь, проходит патрубки (рис 3, методический материал) и, ударяясь о колпачки, барботирует сквозь слой флегмы на тарелках. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези для дробления пара на мелкие струи. Приток и отток жидкости регулируют с помощью переливных трубок.

Ситчатые тарелки , имеют большое количество мелких (от 0,8 до 3мм) отверстий. Пар, проходит сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. Важным требованием является постоянные скорость движения пара и его давление, достаточное для преодоления давления слоя жидкости на тарелке и предотвращающее ее стекание через отверстия.

Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонта. Но они чувствительны к наличию примесей, которые забивают отверстия тарелок и создают условия для образования повышенных давлений. В случае значительного снижения давления пара вся жидкость с ситчатых тарелок сливается вниз и для возобновления процесса приходится запускать колонну вновь. Указанное накладывает существенные ограничения на использование данного типа тарелок.

Клапанные тарелки. Имеют отверстия перекрывающиеся специальными клапанами, которые поднимаются в зависимости от величины давления пара. При подъеме клапана образуется зазор, через который проходит пар барботирующийся через слой жидкости. С изменением давления клапан закрывается под действием силы собственной тяжести. Высота подъема клапана не превышает 8 мм. Достоинством таких тарелок является сравнительно высокая пропускная способность по пару, высокая эффективность в широком интервале нагрузок. Недостаток – повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное весом клапана.

Тарелки без сливных устройств. Их особенностью является то, что пар и флегма проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелках одновременно с взаимодействием флегмы и пара путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку. Жидкость «проваливается». Выделяют дырчатые тарелки, решетчатые, трубчатые, волнистые.

Насадочные колонны. Тепломассообмен между паром и флегмой протекает в объеме насадок, выполненных из твердых тел различной формы (таблица с типами насадок). Принцип действия колонн. Пар из исчерпывающей части движется вверх по колонне навстречу стекающей жидкости. Распределяясь по большой поверхности насадочных тел пар интенсивно контактирует с жидкостью и теряет при этом часть высококипящего компонента и обогащается легкокипящим. Требования к насадкам – большая поверхность в единице объема, хорошая смачиваемость флегмой и равномерное ее распределение по всей насадке, малое гидравлическое сопротивление, химическая инертность, механическая прочность.