Любители приготовления домашних спиртных напитков со временем приходят к необходимости повышения качества. Лучшим решением является получение чистого спирта и разбавление его по требуемому рецепту.

Получить чистый спирт поможет ректификационная колонна. Совсем недавно информация о домашней ректификации была недоступной, сегодня большое количество специализированных форумов и блогов подробно освещает процесс домашней ректификации и постройки соответствующего оборудования.

Ректификация — процесс очистки спирта от легких эфирных и тяжелых сивушных составляющих, избавление продукта от глюкозы, сахаров и кислот. Процесс ректификации позволяет получить чистый этиловый спирт до 96°.

Получившееся сырье применяется в технических, медицинских целях, а также для приготовления высококачественного спиртного.

Справка. Чтобы без ошибок сделать аппарат своими руками, нужно понимать физику и химию процессов ректификации.

Спирт-сырец или брага нагреваются в кубе. Пары поднимаются по царге, самые тяжелые части конденсируются в нижней части набивки и стекают в куб. Пары полегче поднимаются выше набивки, конденсируются и стекают в куб. Новая порция паров поднимается, нагревает уже стекающую флегму, из нее испаряются легкие фракции — вступает в силу основополагающий принцип тепломассообмена.

Самые легкие частицы достигают холодильника Димрота, где охлаждаются и стекают. Когда в ректификационной колонне пары «выстроились» по этажам в соответствии с плотностью, начинается отбор спирта в верхней части колонны. Начинающие ректификаторы допускают ошибку именно на этом этапе — или допускают «захлеб» — излишнее возникновение флегмы, или отбирают много продукта, тогда страдает «этажность» и получившийся спирт будет с примесями.

Сделать ректификационную колонну в домашний условиях довольно сложно. Серьезные производители подробно рассчитывают и испытывают свой товар, прилагают подробную инструкцию. Перед самодельщиком стоит выбор:

1. Повторить задумку популярных производителей, скопировать уже существующий аппарат. При необходимости в проверенные схемы можно внести правки и доработки.
2. Сконструировать свою схему, отличающуюся от прочих.

Из чего состоит ректификационная колонна, и ее чертеж?

Домашний мастер может изготовить царговую ректификационную колонну. Она прощает многие ошибки, и результат будет гарантирован.

Чертеж ректификационной колонны

Перегонный куб

Это емкость, куда встраиваются нагреватели, испаряется брага или спирт-сырец.

Характеристики емкости:

1. Прочность. Вес ректификационной трубы будет приходиться на крышку, поэтому куб должен быть жестким.
2. Химическая нейтральность к спирту. Идеальный материал — пищевая хромникелевая сталь (нержавейка).
3. Удобность. Емкость нужно поднимать, перемещать, сливать из него барду (перегон). Объем емкости рассчитывается в зависимости от требуемой производительности аппарата, мощности нагревателей.
4. Утепление. Теплопотери должны быть минимальны. поэтому и стенки, и дно должно быть «упаковано» в утеплитель без мостиков холода.

Царга для самогонного аппарата

Царга — это труба, которая устанавливается на куб. По сути, это и есть основной каркас ректификационной колонны. Существует тарельчатая царга, но она редко применяется в домашних условиях.

Характеристики:

1. Прочность. Толщина стенки царги обычно принимается от 1 до 1.5 мм. Это создает достаточную прочность при небольшом весе.
2. Химическая нейтральность.
3. Утепление. Чтобы выстроить в колонне пары различных фракций «по этажам», царга должна быть хорошо утеплена. Отлично подойдет рукав из вспененного полипропилена или лотки из пенополистирола, применяемые в сантехнике.
4. Разборность. Для удобства чистки и хранения царгу можно сделать разборной — из колен 30-40 см. Это позволит регулировать высоту аппарата, что влияет на скорость и качество продукции.
5. Наличие смотровых стеклянных участков.
6. Диаметр. Если это тонкая трубка (до 2 дюймов), набивка не нужна — все процессы происходят на стенках. Такая колонна называется пленочной. Диаметры выше требуют применения насадки — уплотнительной набивки для повышения площади тепломассообмена.

Набивка или насадка

Набивка нужна для осаждения флегмы, ее повторного испарения. Главная характеристика набивки — площадь. В качестве набивки применяют камни определенных пород, сито из нержавеющей стали, стружечные спирали из нержавейки.

В продаже есть много уже готовых решений, домашние мастера придумали различные недорогие варианты-заменители. Чаще всего для замены заводским набивкам используются металлические сеточки для мытья посуды или металлическая стружка.

От объема и плотности насадки зависит выстраивание паров по этажам. Если в колонне используется мелкая стружечная призматическая насадка, нужно сделать решетчатую опору, чтобы насадка не попадала в куб.

Охладитель Димрота

Вверху ректификационной колонны находится охладитель — трубка, свитая в спираль.

По ней циркулирует холодная вода. Он полностью охлаждает все легкие пары. Характеризуется плоскостью наклона, мощностью, длиной.

Узел отбора

Он служит для того, чтобы отобрать спирт из верхнего «этажа». Отбор осуществляется не полностью, большая часть флегмы возвращается в царгу. Соотношение забранного продукта к вернувшейся в царгу флегмы называется флегмовым числом.

Чам выше флегмовое число, тем меньше производительность аппарата, тем чище получается продукт.

Существуют три вида отбора:

1. По браге. узел отбора находится выше холодильника Димрота, и улавливает прорвавшиеся пары. Они доохлаждаются в дополнительном проточном холодильнике.
2. По жидкости. Охладившаяся флегма «верхних этажей», капая с холодильника, отбирается через наклонные плоскости или отстойник.
3. По пару. Часть пара поднимается вверх, к Димроту, а часть устремляется к дополнительному холодильнику, где конденсируется. Обеспечивается стабильное флегмовое число, не изменяемое в течении всего времени перегонки.

Дополнительный холодильник

Несет вспомогательную функцию.

Что делает:

• доохлаждает получившийся продукт,
• осаждает случайно попавшие пары,
• охлаждает готовый продукт.

Подробнее о том, что из себя представляет ректификационная колонна, и каков принцип её работы, вы узнаете из этого видео:

Выбор конструкции

Размеры и конструкция аппарата зависит от ряда факторов:

1. Требуемая производительность. при большей производительности царга с набивкой будет выше и шире — пара проходит больше. Охладитель и узел отбора также должны обеспечить достаточную эффективность. Минимальная длина царги — 1.5 метра, лучше сделать ее разборной из трех колен — 1 метр, 0.2 метра, 0.5 метра. это позволит использовать аппарат как для дистилляции, так и для ректификации.
2. Возможные размеры. Часто домашние ректификационные колонны ограничены в размерах из-за высоты потолка. Сэкономить место поможет смещение холодильника димрота в верхней части аппарата, или размещение его перпендикулярно царге (молот Тора).
3. Доступ к технологиям металлообработки. Аппарат из нержавеющей стали прослужит долго и не будет окислять спирт, но для соединения деталей потребуется аргоновая сварка или электроды по нержавейке. Варить нержавейку сложно. При возможности можно применять лабораторное термостойкое стекло, но оно слишком хрупкое. Отличный вариант для самодельщика — медь. Она легко паяется газовой горелкой, в продаже есть большое количество
4. Объем заправляемого сырья. Чем больше применяемый куб, тем выше должна быть производительность. Испарение спирта происходит при 75 — 80 °С, снижение температуры снизит скорость процесса.
5. Бюджет. При минимальном бюджете рассматривать надо простую, но эффективную конструкцию с механическими регулировками. Если бюджет не стеснен, аппарат дополняется точными игольчатыми кранами, дополнительными узлами и автоматикой управления.

Для домашнего дистиллирования наиболее простой будет колонна с кубом до 50 литров со встроенными ТЭНами мощностью 3 Квт. Диаметр колонны 32 мм, узел отбора по жидкости по мотивам конструкции Алекса Бокакобы, холодильник Димрота, вставленный выше узла отбора.

Дополнительный охладитель не нужен, вместо него отлично служит пластиковая трубка длиной 1.5 метра, охлаждаемая воздухом. В качестве насадки можно использовать насадку Панченко, СПН или металлические нержавеющие мочалки для посуды. Все соединения производятся на недорогие сантехнические резьбовые соединения.

Оптимальные расчеты

Расчет колонны начинается с определения следующих параметров:

1. Возможная высота. Практика показывает, что для домашнего аппарата оптимальной будет высота в 1.5 — 2 метра. Если в роли нагревателя используется газовая плита, высота царги будет 1.2 — 1.5 метра. Диаметр зависит от высоты, среднее соотношение — 1/50. К примеру, царга 1.5 метра должна быть не больше 32 мм. (округляем до стандартных труб).
2. Мощность ТЭНа или нагревателя. Царга 1.5 метра будет иметь производительность примерно 300 мл/час, что соответствует 300 ватт мощности ТЭНа. Мощность нагревателя должна быть достаточной для нагрева до 70 °С объема браги в течении 1 часа, а также иметь возможность оптимального регулирования.
3. Объем куба. Это утепленная емкость с удобным размером, транспортабельная. Для экономии высоты помещения диаметр и высота должны быть примерно одинаковыми. От объема куба зависит количество нагретых паров. Для домашнего использования удобны кеги из-под пива 25, 30, 50 литров. Алюминиевые бидоны или бачки лучше не использовать — алюминий быстро корродирует.
4. Мощность охладителей. Охладитель должен полностью справляться с конденсированием паров при минимальном протоке воды. Точной формулы расчета мощности охладителя не существует, количество витков и длина подбирается опытным путем. Для нашей конструкции вполне достаточно 30 сантиметров плотно навитой спирали из трубки 6 мм. Лучше изготовить холодильник с запасом мощности и регулировать скоростью подачи холодной воды.

Как сделать из фитинговой сантехники в домашних условиях?

Действия следующие:

• Закупаем материалы — 2 метра трубы 32 мм из меди; олово для пайки; 15 см медной трубки диаметром 8 мм, 2 метра трубки 6 мм; игольчатый кран, пластиковый шланг диаметром 8 мм. Приобретаем готовую насадку или заменитель — керамический гравий, металлическая мочалка. Наиболее простые соединители — клампы или латунная резьба.
• Делаем царгу. Делим трубу на отрезки 1 метр, 0.3 метра, 0.5 метра. Отрезок 10 сантиметров припаиваем к крышке куба, вставляем сеточку для задержки насадки. На каждый стык припаиваем кламповое соединение или сантехническую резьбу из меди или латуни.

• Собираем узел отбора по мотивам Алекса Бокакоба. На трубке длиной 0.3 метра ближе к нижнему краю делаем два угловых пропила под 30 — 40 градусов. В пропилы вставляем пластинки из меди, обрезаем и запаиваем. Сверлим отверстие для трубки отбора жидкости, отверстие должно находиться внизу «кармашка» нижней пластинки. На трубку отбора припаиваем резьбу для игольчатого крана, который будет регулировать отбор. Сбоку и чуть выше отверстия отбора вставляем трубку «прямотока». Он нужен, чтобы контролировать флегмовое число. Прямоток проводит флегму из «кармашка» отбора ниже, флегма капает в центр насадки. Средняя часть прямотока выполнена из прозрачной пластиковой трубки.

• Собираем охладитель , для чего плотно навиваем медную трубку, набитую песком на штырь диаметром 12 мм. Штырь извлекается, песок вытряхивается и выдувается. Получается спираль, один конец которой нужно продеть внутрь. Начало и конец трубки продевается в латунный «стаканчик» с резьбой и запаиваются — это пробка. Получившийся холодильник вставляется выше узла отбора, капающая флегма собирается наклонными плоскостями.

• Перед применением засыпаем насадку в царгу. Насадка не должна плотно закупоривать трубу, пар должен свободно проходить через нее.

• При желании можно сделать проточный доохладитель. Он состоит из двух трубок, диаметром 10 и 12 мм. Длина тонкой трубки на 3 см. короче, чем толстой. Трубки вставляются одна в другую и торцы запаиваются. К толстой трубке припаиваются вход и выход холодной воды.

Колонна собрана и готова к использованию. Перед применением детали лучше промыть слабым раствором уксусной кислоты при помощи ершика.

Посмотрите видео, в котором показано, как собрать ректификационную колонну своими руками:

Режимы работы

Режимы следующие:

1. Нагрев браги до 72 -75 °С. Охладитель Димрота работает с минимальной мощностью.
2. Прогрев колонны и выстраивание «этажей» конденсации флегмы. На протяжении всей колонны идет активный барботаж и паромассообмен. Важно не допустить перенасыщения колонны, иначе будет «захлеб» — флегма закупорит весь диаметр царги. Подбираем мощность нагревателей так, чтобы возле узла отбора температура была 71 — 75 °С.
3. Начало отбора. При отборе по жидкости неизбежно нарушается стройная пирамида в царге, поэтому флегмовое число нужно будет корректировать. Плотность пара постепенно падает, инстенсивность отбора также. Первая отобранная жидкость — «головы» — содержат летучие эфирные составляющие. Объем голов доходит до 20 % от планируемого содержания спирта.
4. Отбор основного товарного спирта идет до появления запаха сивушных масел.
5. При желании вытянуть из сырья все возможное , вытягиваем «хвосты» — последнюю часть спиртсодержащих паров. В них большое количество сивушных масел, хвосты смешиваются в «головами» и применяются при дальнейших ректификациях.
6. Завершение ректификации — выключение нагревателя, остывание труб.

Весь цикл в в зависимости от желаемого качества продукции может продолжаться сравнительно долго — от 8 часов до 2 суток.

Средняя производительность собранной нами колонны — 250-300 мл. 96° спирта в час.

Нужно ли проектировать оборудование?

Процесс расчета, сборки и испытаний самодельного оборудования приносит огромное удовольствие. Результат после правок и доработок будет гарантирован. Однако первые трудности или неудачи способны остудить пыл начинающих ректификаторов.

В итоге самостоятельного конструирования на результат влияют даже незначительные нюансы — плотность набивки, угол наклона, диаметр трубок Димрота… В случае, если нужен быстрый и гарантированный результат — лучше приобрести готовый аппарат от производителя. При покупке важно знать устройство, продуктивность и назначение аппарата, чтобы не купить подделку или неэффективный прибор.

Во многом именно от правильного выбора насадки зависит эффективность работы бражной или ректификационной колонны. Большинство начинающих винокуров отдают предпочтение насадке Панченкова. В этом материале мы рассмотрим конструктивные особенности, принцип работы и применение этого изделия на практике.

Насадка Панченкова (регулярная проволочная насадка) – представляет собой тонкую проволоку из меди или нержавеющей стали особого плетения, скрученную в рулон и вставленную в царгу (трубу) бытовой ректификационной или бражной колонны.

Преимущества РПН:

• сравнительно высокая эффективность разделения спиртосодержащих смесей на отдельные фракции (хорошая очистка);
• повышает крепость самогона;
• простота эксплуатации (очистки и замены) в домашних условиях;
• долговечность, дешевизна и доступность.

Недостатки: регулярная проволочная насадка эффективно работает при диаметре трубы не больше 30 см, следовательно, может использоваться только в бытовых установках малой и средней мощности.

Технические характеристики РПН:

• толщина нити – 0,13 мм;
• зазоры между нитями – не более 1 мм;
• тип плетения – зигзагом («кулирная гладь»);
• вес – 45-55 грамм (при длине 40 см и ширине 10 см);
• допустимый внутренний диаметр трубы (царги) – 3-30 мм.

Регулярная проволочная насадка в развернутом виде

Историческая справка. Сетчатая насадка Панченкова разработана КБ «Туполев» в 1981 году (патент СССР № SU 827136 (A1), МПК B01D 53/20 от 07.05.1981). По проекту изделие предназначалось для повышения степени очистки нефтяного сырья при производстве авиационного топлива. Для изготовления плетеной сетки использовалась медная проволока, поскольку медь имеет высокую теплопроводность и хорошо абсорбирует содержащуюся в нефти серу.

На практике РПН Панченкова показала высокую эффективность в домашних дистилляторах с царгой и бытовых ректификационных колоннах. Является второй по степени очистки (после СПН Селиваненко) и самой простой в эксплуатации насадкой.

Принцип работы. После нагревания в кубе самогонного аппарата спиртосодержащие пары поднимаются в трубу (царгу), где соприкасаются не только со стенками как при классической дистилляции, но и с поверхностью насадки, отдавая проволоке часть тепла. В результате сивушные масла и другие примеси с высокой температурой кипения конденсируются и стекают назад в куб по стенкам царги в виде флегмы (жидкости), а очищенные от части вредных примесей спиртовые пары продолжают двигаться к охладителю, где конденсируются и попадают в приемную емкость в виде самогона.

При дистилляции насадка Панченкова снижает скорость потока пара в царге, замедляя весь процесс. В сравнении с обычным самогонным аппаратом требуется больше времени на перегонку одинакового количества браги, зато на выходе самогон получается чище.

В случае ректификации РПН выполняет ту же функцию, что и любая другая тарелка или насадка, обеспечивая одновременный тепло- и массообменный процесс.

Царга, набитая РПН

Материалы. Основным материалом проволоки для бражных и ректификационных колонн стала нержавеющая сталь, поскольку это снижает стоимость аппарата, упрощает эксплуатацию и очистку. В продаже есть и медные насадки Панченкова для оборудования премиум качества, но они дороже и требуют постоянного ухода – мытья после каждого использования.

Изготовление своими руками. Теоретически, сделать насадку Панченкова в домашних условиях реально, но на практике экономически невыгодно, так как кроме самой проволоки требуется оборудование для намотки, точное соблюдение стандартов и допусков, что существенно удорожает изготовление.

Проще и дешевле купить готовую РПН. С этической стороны организация кустарного производства является нарушением патента ОАО «Туполев». При желании сэкономить проще набить царгу нержавеющими металлическими мочалками.

Установка и очистка насадки Панченкова

Зачастую сетка поставляется в рулонах шириной 5 или 10 см и длиной 40-100 см. Работать с узкой насадкой (5 см) проще, при желании сетку можно разрезать. Длина и плотность набивки трубки насадкой зависит от конструкции аппарата или колонны. Эти параметры должен указать производитель.

При слишком плотной укладке пары спирта могут плохо проходить сквозь насадку, что создает угрозу избыточного давления внутри системы и взрыва.

Существует два метода установки (набивки) регулярной проволочной насадки в царгу. Первый – сложить сетку пополам, затем скрутить в пыж и вставить в трубку, слегка проворачивая. Второй – просто свернуть проволочную насадку от одного края к другому без складывания вдвое (плотность будет чуть выше). Опыты показали, что принципиальной разницы между описанными способами нет. Для извлечения достаточно подцепить конец проволоки пинцетом или пальцем и плавно потянуть на себя.

Выбор метода набивки не имеет принципиального значения

Насадка Панченкова из нержавейки требует очистки в редких случаях, когда брага попала в царгу или пригорела. Для мытья нержавеющей проволоки допустимо использовать любые средства и даже вываривание.

Медные регулярные проволочные насадки следует чистить постоянно, желательно после каждого использования.

Технология:

1. Залить насадку водой и довести до кипения.
2. Внести лимонную кислоту (10 грамм на литр воды), перемешать.
3. Сцедить отвар и хорошо промыть насадку под проточной водой, чтобы убрать остатки кислоты.

Для того что бы в ректификационной колонне, протекали процессы тепло-массо обмена, труба колонны, должна быть заполнена насадкой. Существует большое разнообразие промышленных насадок для ректификационных колонн. Но, достать их не всегда представляется возможным. Поэтому в качестве альтернативы насадке промышленного производства, в моей ректификационной колонне, была использована насадка изготовленная из хозяйственных мочалок, для мытья посуды из нержавеющей стали. Ниже показаны фотографии используемых мной мочалок и поясняется процесс изготовления насадки для ректификационной колонны.

Мочалки Китайского производства. Использовались больше года, после извлечения из колонны, следов коррозии, не замечено. Можно использовать в качестве насадки.

Мочалки Российского производства "Чистюля". Имеют примерно в два раза больший объем по сравнению с Китайскими. Китайские мочалки, впоследствии мною были заменены на эти. Мочалки бывают разных производителей и изготовлены могут быть из разных марок стали. Иногда не вполне удовлетворяющих по качеству. В процессе перегонки, от подобных мочалок могут возникать различные изменения во вкусе и запахе дистиллята. Поэтому выбор мочалок это - ответственный момент, не все мочалки подходят для использования их в качестве насадки.

Я использую в своей колонне, мочалки "Чистюля".

Витки мочалки. В некоторых спиральках, колечки беспорядочно переплетаются в несколько слоев.

Спираль мочалки состоит из нескольких слоев. Здесь показано два слоя в одной спиральке. Но слоев может быть и три и даже четыре. Для насадки это плохо. Увеличивается гидравлическое сопротивление и снижается производительность. Поэтому мочалку нужно разрезать на отдельные фрагменты.

Разрезание мочалки. Берем ножницы, мочалку прокалываем примерно посередине и разрезаем.на пополам.

Ножницы резали плоховато, пришлось укоротить режущую часть на наждаке и заодно наточить. Работать стало гораздо удобнее.

После того как мочпалка разрезана на пополам, нужно ее разделить еще на несколько частей. Режем ножницами, прямо по вдоль мочаки. Должно получиться примерно 4-5 кусков.

Затем разрезаем куски на отдельные колечки по 3-5 витков в каждом. Получается насыпная насадка.

Примерные размеры насадки в миске.

В процессе нарезки мочалок на отдельные фрагменты, получается много мелких колечек и прочего мусора.

Для того что бы избавиться от ненужного мусора, я использую сито с подходящими по диаметру отверстиями. Диаметр отверстий нужно подбирать таким образом, что бы фрагменты насадки оставались в сите, а мусор просеивался через отверстия. Я в качестве подобного сита, использовал вот такое вот, приспособление.

Размеры насадки в миллиметрах. Здесь разная насадка по размерам нарезанная из разных мочалок.

Размеры витков, а так же их диаметр у разных мочалок разные. В зависимости от диаметра трубы нужно применять разные мочалки. Для труб с малым диаметром 25-35 мм применять мочалки с минимальным размером витков. Для труб большего диаметра лучше использовать мочалки с большими диаметром витков. Процесс нарезки пойдет при этом быстрее.

Насадка в стеклянной мензурке.

Труба до верху заполненная насадкой. Осталось вставить решетку и припаять переходник, для соединения с дефлегматором.

Рано или поздно почти каждый любитель самодельного алкоголя задумывается о приобретении или изготовлении ректификационной колонны (РК) – устройства для получения чистого спирта. Начинать нужно с комплексного расчета базовых параметров: мощности, высоты, диаметра царги, объема куба и т.д. Эта информация будет полезна как желающим сделать все элементы своими руками, так и собравшимся купить готовую ректификационную колонну (поможет определиться с выбором и проверить продавца). Не затрагивая конструктивных особенностей отдельных узлов, мы рассмотрим общие принципы построения сбалансированной системы для ректификации в домашних условиях.

Схема работы колонны

Характеристики трубы (царги) и насадки

Материал. Труба во многом определяет параметры ректификационной колонны и требования ко всем узлам аппарата. Материалом для изготовления царги является хромоникелевая нержавеющая сталь – «пищевая» нержавейка.

Благодаря химической нейтральности пищевая нержавеющая сталь не оказывает воздействия на состав продукта, что и требуется. На спирт перегоняют сырец из сахарной браги или отходы дистилляции («головы» и «хвосты»), поэтому главной целью ректификации является максимальная очистка выхода от примесей, а не изменение органолептических свойств спирта в ту или иную сторону. Использовать медь в классических ректификационных колоннах неуместно, поскольку этот материал слегка изменяет химический состав напитка и подходит для производства дистиллятора (обычного самогонного аппарата) или бражной колонны (частный случай ректификации).

Разобранная труба колонны с установленной насадкой в одной из царг

Толщина. Царгу делают из нержавеющей трубы с толщиной стенки 1-1,5 мм. Более толстая стенка не нужна, так как это приведет к удорожанию и утяжелению конструкции без получения каких-либо преимуществ.

Параметры насадки. Говорить о характеристиках колонны без привязки к насадке не корректно. При ректификации в домашних условиях используют насадки с площадью контактной поверхности от 1,5 до 4 кв. м/литр. С увеличением площади контактной поверхности возрастает и разделяющая способность, но падает производительность. Уменьшение площади приводит к снижению разделяющей и укрепляющей способности.

Производительность колонны вначале растет, но потом для поддержания крепости выхода оператор вынужден понижать скорость отбора. Это значит, что существует некий оптимальный размер насадки, который зависит от диаметра колонны и позволят достичь наилучшего сочетания параметров.

Размеры спирально-призматической насадки (СПН) должны быть меньше внутреннего диаметра колонны примерно в 12-15 раз. Для диаметра трубы 50 мм – 3.5х3.5х0.25 мм, для 40 – 3х3х0.25 мм, а для 32 и 28 – 2х2х0.25 мм.

В зависимости от поставленных задач целесообразно использовать разные насадки. Например, при получении укрепленных дистиллятов часто применяют медные кольца диаметром и высотой 10 мм. Понятно, что в этом случае целью является не разделяющая и укрепляющая возможность системы, а совершенно другой критерий – каталитическая способность меди устранять из спирта сернистые соединения.

Варианты спирально-призматических насадок

Не стоит ограничивать арсенал одной, пусть даже самой лучшей насадкой, таких просто нет. Есть наиболее подходящие для решения каждой конкретной задачи.

Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра. Обращайте на это внимание при выборе царги, всегда считайте внутренний диаметр и по нему сравнивайте варианты.

Зависимость мощности от диаметра трубы

Высота трубы. Для обеспечения хорошей удерживающей и разделительной способности, не зависимо от диаметра, высота ректификационной колонны должна быть от 1 до 1,5 м. Если меньше – не хватит места для накопленных в ходе работы сивушных масел, в результате сивуха начнет прорываться в отбор. Еще один недостаток – головы будут нечетко разделяться на фракции. Если высота трубы больше – это не приведет к существенному улучшению разделяющей и сдерживающей способности системы, но увеличит время перегона, а также количество «голов» и «подголовников».Другими словами, с увеличением высоты трубы прибавка к разделяющей способности ректификационной колонны на каждый дополнительный сантиметр снижается. Эффект от увеличения трубы с 50 см до 60 см на порядок выше, чем со 140 см до 150 см.

Объем куба для ректификационной колонны

Чтобы повысить выход качественного спирта, но не допустить переполнения сивухой колонны, навалку (наполнение) спирта-сырца в кубе ограничивают в диапазоне 10-20 объемов насадки. Для колонн высотой в 1,5 м и диаметром 50 мм – 30-60 л, 40 мм – 17-34 л, 32 мм – 10-20 л, 28 мм – 7-14 л.

С учетом заполнения куба на 2/3 объема, для колонны внутренним диаметром царги 50 мм подойдет 40-80 литровая емкость, для 40 мм – 30-50 литровая, для 32 мм – 20-30 литровый куб, а для 28 мм – скороварка.

При использовании куба объемом ближе к нижней границе рекомендованного диапазона можно смело убрать одну царгу и уменьшить высоту до 1-1,2 метра. В результате сивухи будет относительно мало для прорыва в отбор, а вот объем «подголовников» заметно уменьшится.

Источник и мощность нагрева колонны

Тип плиты. Самогонное прошлое не дает покоя многим новичкам, которые считают, что если раньше использовали для нагрева самогонного аппарата газовую, индукционную или обычную электрическую плиту, то можно оставить этот источник и для колонны.

Процесс ректификации существенно отличается от дистилляции, всё намного сложнее и костер не подойдет. Нужно обеспечить плавную регулировку и стабильность подаваемой мощности нагрева.

Электроплитки, работающие по терморегулятору в режиме старт-стоп, не используются, потому что как только произойдет кратковременное отключение питания, пар перестанет идти в колонну, а флегма рухнет в куб. В таком случае придется начать ректификацию заново – с работы колонны на себя и отбора «голов».

Индукционная плита – крайне грубый аппарат со ступенчатым изменением мощности по 100 -200 Вт, а при ректификации нужно менять мощность плавно, буквально по 5-10 Вт. Да и стабилизировать нагрев независимо от колебания напряжения на входе вряд ли получится.

Газовая плита при залитом в куб 40-процентном спирте-сырце и 96-градусоном продукте на выходе представляет смертельную опасность, не говоря уже о колебании температуры нагрева.

Оптимальное решение – врезать в куб колонны тэн нужной мощности, а для регулировки использовать реле со стабилизацией выходного напряжения, например, РМ-2 16А. Можно взять и аналоги. Главное получить на выходе стабилизированное напряжение и возможность плавно менять температуру нагрева по 5-10 Вт.

Подаваемая мощность. Чтобы нагреть куб за приемлемое время, нужно исходить из мощности 1 кВт на 10 литров спирта-сырца. Значит, для 50 л куба, заполненного на 40 литров, требуется минимум 4 кВт, 40 л – 3 Квт, 30 л – 2-2.5 кВт, 20 л – 1.5 кВт.

При одном и том же объеме кубы могут быть низкими и широкими, узкими и высокими. Выбирая подходящую емкость, нужно учитывать, что зачастую куб используется не только для ректификации, но и при дистилляции, поэтому исходят из самых жестких условий, чтобы подводимая мощность не приводила к бурному пенообразованию с выбросами брызг из куба в паропровод.

Опытным путем установлено, что при глубине размещения тэна около 40-50 см нормальное кипение происходит в случае, если на 1 кв. см зеркала навалки приходится не более 4-5 Вт мощности. При уменьшении глубины допустимая мощность увеличивается, а при увеличении – уменьшается.

Есть и другие факторы, влияющие на характер кипения: плотность, вязкость и поверхностное натяжение жидкости. Бывает, что выбросы происходят в конце перегонки браги, когда увеличивается плотность. Поэтому вести процесс ректификации на границе дозволенного диапазона всегда чревато неприятностями.

Распространенные цилиндрические кубы имеют диаметр 26, 32, 40 см. Исходя и допустимой мощности на площадь поверхности зеркала кубовой навалки 26 см куб, будет нормально работать при мощности нагрева до 2,5 кВт, для 30 см – 3.5 кВт, 40 см – 5 кВт.

Третьим фактором, определяющим мощность нагрева, является использование одной из царг колонны без насадки в качестве сухопарника для борьбы с брызгоуносом. Для этого нужно, чтобы скорость пара в трубе не превышала 1 м/с, при 2-3 м/с защитный эффект ослабевает, а при больших значениях пар будет гнать флегму вверх по трубе и забрасывать в отбор.

Формула для расчета скорости пара:

V = N * 750 / S (м/сек),

• N – мощность, кВт;
• 750 – парообразование (куб. см/сек кВт);
• S – площадь поперечного сечения колонны (кв. мм).

Труба диаметром 50 мм справится с брызгоуносом при нагреве до 4 кВт, 40-42 мм – до 3 кВт, 38 – до 2 кВт, 32 – до 1,5 кВт.

Исходя из вышеперечисленных соображений, выбираем объем, размеры куба, мощность нагрева и дистилляции. Все эти параметры согласованы с диаметром и высотой колонны.

Расчет параметров дефлегматора ректификационной колонны

Мощность дефлегматора определяется в зависимости от типа ректификационной колонны. Если строим колонну с жидкостным отбором или паровым ниже дефлегматора, то необходимая мощность должна быть не меньше номинальной мощности колонны. Обычно в этих случаях в качестве конденсатора применяют холодильник Димрота с утилизационной мощностью 4-5 Ватт на 1 кв. см поверхности.

Если колонна с отбором по пару выше дефлегматора, то расчетная мощность составляет 2/3 от номинальной. В этом случае можно применить Димрот или «рубашечник». Утилизационная мощность рубашечника ниже, чем у димрота и составляет около 2 Ватт на квадратный сантиметр.

Пример холодильника Димрота для колонны

Далее все просто: номинальную мощность делим на утилизационную. Например, для колонны с внутренним диаметром 50 мм: 1950 / 5= 390 кв. см площади Димрота или 975 кв. см «рубашечника». Значит, холодильник Димрот можно сделать из трубки 6х1 мм длинной 487 / (0.6 * 3.14) = 2.58 см для первого варианта, с учетом коэффициента запаса 3 метра. Для второго варианта умножаем на две трети: 258 * 2 / 3 = 172 см, с учетом коэффициента запаса 2 метра.

Рубашечник для колонны 52 х 1 – 975 / 5.2 / 3.14 = 59 см * 2/3 = 39 см. Но это для помещений с высокими потолками.

«Рубашечник»

Расчет прямоточного холодильника

Если прямоточник применяется как доохладитель в ректификационной колонне с жидкостным отбором, то выбирают самый маленький и компактный вариант. Достаточно мощности в 30-40% от номинальной мощности колонны.

Изготавливают прямоточный холодильник без спирали в зазоре между рубашкой и внутренней трубой, потом запускают отбор в рубашку, а охлаждающую воду подают по центральной трубе. В этом случае рубашку наваривают на трубу подачи воды в дефлегматор. Это мелкий «карандашик» длинной около 30 см.

Но если один и тот же прямоточник используется как при дистилляции, так и при ректификации, являясь универсальным узлом, исходят не из потребности РК, а из максимальной мощности нагрева при дистилляции.

Для создания турбулентного потока пара в холодильнике, позволяющего обеспечить интенсивность теплопередачи не меньше 10 Ватт/кв. см, необходимо обеспечить скорость пара около 10-20 м/с.

Диапазон возможных диаметров достаточно широк. Минимальный диаметр определяется из условий не создания большого избыточного давления в кубе (не более 50 мм вод столба), а максимальный расчетом числа Рейнольдса, исходя из минимальной скорости и максимального коэффициента кинематической вязкости паров.

Возможная конструкция прямоточного холодильника

Чтобы не вдаваться в ненужные подробности, приведем самое распространенное определение: «Для того, чтобы в трубе поддерживался турбулентный режим движения пара, достаточно, чтобы внутренний диаметр (в миллиметрах) был не больше 6-кратной мощности нагрева (в киловаттах)».

Для предотвращения завоздушивания водяной рубашки необходимо поддерживать линейную скорость воды не ниже 11 см/с, но чрезмерное увеличение скорости потребует большого давления в водопроводе. Поэтому оптимальным считается диапазон от 12 до 20 см/с.

Чтобы сконденсировать пар и охладить конденсат до приемлемой температуры, нужно подавать воду при 20°C в объеме около 4.8 куб см/с (17 литров в час) на каждый киловатт подводимой мощности. При этом вода нагреется на 50 градусов – до 70°C. Естественно, зимой воды понадобится меньше, а при использовании автономных систем охлаждения, примерно в полтора раза больше.

На основании предыдущих данных можно рассчитать площадь поперечного сечения кольцевого зазора и внутренний диаметр рубашки. Нужно учитывать и доступный сортамент труб. Расчеты и практика показали, что зазор в 1-1.5 мм вполне достаточен для соблюдения всех необходимых условий. Этому соответствуют пары труб: 10х1 – 14х1, 12х1 – 16х1, 14х1 – 18х1, 16х1 – 20х1 и 20х1 – 25х1.5, которые перекрывают весь диапазон мощностей, применяемых в домашних условиях.

Есть еще одна немаловажная деталь прямоточника – спираль, навитая на паровую трубу. Делается такая спираль из проволоки диаметром, обеспечивающим зазор в 0.2-0.3 мм до внутренней поверхности рубашки. Навивается с шагом равным 2-3 диаметрам паровой трубы. Основное предназначение – центрирование паровой трубы, в которой при работе температура выше, чем в трубе рубашки. Это значит, что в следствии теплового расширения паровая труба удлиняется и изгибается, прислоняясь к рубашке, возникают мертвые зоны, не омываемые водой охлаждения, в результате эффективность холодильника резко падает. Дополнительными плюсами навивки спирали являются удлинение пути и создание турбулентности охлаждающего потока воды.

Грамотно выполненный прямоточник может утилизировать до 15 Ватт /кв. см площади теплообмена, что подтверждено опытным путем. Для определения длины охлаждаемой части прямоточника воспользуемся номинальной мощностью в 10 Вт /кв. см (100 кв. см/кВт).

Необходимая площадь теплообмена равна мощности нагрева в киловаттах, умноженной на 100:

S = P * 100 (кв. см).

Длина внешней окружности паровой трубы:

Lокр = 3.14 * D.

Высота рубашки охлаждения:

H = S / Lокр.

Общая формула расчета:

H = 3183 * P / D (мощность в кВт, высота и внешний диаметр паровой трубы в миллиметрах).

Пример расчета прямоточника

Мощность нагрева – 2 кВт.

Возможно применение труб 12х1 и 14х1.

Площади сечения – 78,5 и 113 кв. мм.

Объем пара – 750 * 2=1500 куб. см /с.

Скорости пара в трубах: 19,1 и 13,2 м/с.

Труба 14х1 выглядит предпочтительней, так как позволяет иметь запас по мощности, оставаясь в рекомендованном диапазоне скорости пара.

Парная труба для рубашки – 18х1, кольцевой зазор составит 1 мм.

Скорость подачи воды: 4,8 * 2= 9.6 см3/с.

Площадь кольцевого зазора – 3.14 / 4 * (16 * 16 – 14 * 14) = 47.1 кв. мм = 0,471 кв. см.

Линейная скорость – 9.6 / 0.471 = 20 см/с – значение остается в рекомендованных пределах.

Если бы кольцевой зазор был 1,5 мм – 13 см/с. Если 2 мм, то линейная скорость упала бы до 9.6 см/с и пришлось бы подавать воду выше номинального объема, исключительно для того, чтобы не завоздушивался холодильник, – бессмысленная трата денег.

Высота рубашки – 3183 * 2 / 14 = 454 мм или 45 см. Коэффициент запаса не нужен, все учтено.

Итог: 14х1-18х1 с высотой охлаждаемой части 45 см, номинальный расход воды – 9.6 куб. см/с или 34.5 литра в час.

При номинальной мощности 2 кВт нагрева холодильник будет выдавать 4 литра спирта в час с хорошим запасом.

Эффективный и сбалансированный прямоточник при дистилляции должен иметь соотношения скорости отбора к мощности нагрева и расходу воды на охлаждение 1 литр/час – 0,5 кВт – 10 литров/час. Если мощность выше, будут большие теплопотери, малая – полезная мощность нагрева снизится. Если расход воды выше, прямоточник имеет неэффективную конструкцию.

Ректификационную колонну можно использовать в качестве бражной. Оборудование для бражных колонн имеет свои особенности, но вторая перегонка отличается в основном технологией. Для первой перегонки особенностей больше и отдельные узлы могут оказаться не применимыми, но это тема для отдельного разговора.

Исходя из реальных домашних потребностей и существующего асортимента труб, рассчитаем по приведенной методике типовые варианты ректификационной колонны.

P.S. Выражаем благодарность за систематизацию материала и помощь в подготовке статьи пользователю нашего форума .

Получение спирта-ректификата - заветная мечта каждого самогонщика. Это чистый этиловый спирт 96% крепости, очищенный от всех сторонних примесей. Для того, чтобы приготовить такой качественный спирт, на самогонный аппарат необходимо устанавливать ректификационную царгу.

Это трубка определенной длины, изготовленная из нержавеющей стали и наполненная призматическими насадками спиралевидной формы. Основная задача такого приспособления заключается в разделении самогонных паров на отдельные фракции разной плотности. Изготовленная по всем правилам царга для самогонного аппарата своими руками позволяет создать оборудование заводского уровня.

Для чего нужна царга на самогонный аппарат

Длина самодельной ректификационной царги должна быть четко определена - именно она отвечает за кратность очистки конечного продукта. Так, 15-сантиметровая труба дает 20-кратную очистку, 35-сантиметровая - 50 крат, 45-сантиметровая - 60 крат очистки. Как видим, чем выше ректификационная царга, тем медленнее протекает процесс разделения фракций, соответственно, меньше посторонних примесей и выше крепость напитка.

Даже при стандартной высоте царги в 15-35 см можно получить отличный продукт, но перед этим обязательно следует очистить его с помощью активированного угля или марганцовки.

Для справки. Как чистить самогон углем - берете препарат из расчета 50-60 гр на 1 литр напитка, толчете и заливаете. Оставляете на 5-7 дней, периодически взбалтывая. Спустя неделю пропускаете через обычный водный фильтр и получаете самогон без сивушных масел и посторонних запахов.

Если вы хотите получить 96% спирт уже после первой перегонки, вам понадобится ректификационная царга 45 см. Ее можно купить, но обойдется это достаточно дорого. Средняя цена 2600-4800 руб. А можно и сделать, хотя это не так просто.

Как сделать царгу своими руками

Для начала определимся, что такое царга. Это конструктивный узел, позволяющий максимально очистить самогон от всех посторонних примесей и сивушных масел. Если на бытовой самогонный аппарат установлена царга, на выходе получится идеально чистый спирт, который обычно получают в заводских условиях.

Ключевым процессом в перегонке самогона является дистилляция, что в дословно переводе с лат. означает течение капель. В процессе теплообмена спиртосодержащих паров и конденсата (капель, флегмы), происходящего в царге, самогон очищается в 10-15 раз лучше, что позволяет получить абсолютно чистый продукт.

Для начала разберемся, что из себя представляет царга и какие конструктивные элементы в нее входят.

Далее изучаете по схеме строение устройства, чтобы разобраться в принципе работы и в основных элементах. Дистилляция начинается с того момента, когда в перегонном кубе закипает вода и по трубе начинают поднимать спиртосодержащие пары.

• 1,2 - соединительные резьбовые узлы;
• 3 - фиксация насадки;
• 4 - труба из нержавейки;
• 5 - теплоизоляция (поролон, пенополиэтилен)
• 6 - хаотичная насадка с контактными элементами;
• 7 - регулярная насадка с контактными элементами.

Ректификационная колонны, как правило, собирается из нескольких царг. Их объем полностью заполнен контактными элементами, что обеспечивает теплообмен разных фракций - жидкости в виде стекающего конденсата и пара, поднимающегося наверх. Для того, чтобы слой конденсата (флегмы) был достаточным, насадка должна быть развитой и заполнять все пространство.

Как происходит процесс дефлегмации

Изготовление и очистка спирта возможны только в том случае, когда есть противоток пара из перегонного куба и стекающего конденсата с оголовья колонны.

Отбор спирта осуществляется из жидкой фазы!

Если пар не будет подпитываться флегмой, теплообмен станет невозможным и не произойдет процесса ректификации -отделения спирта от пара. Для того, чтобы флегма могла напитаться спиртосодержащим паром, необходимо устанавливать дефлегматор. После него идет конденсатор - полая часть трубки, где происходит охлаждение жидкости до определенной температуры. Наравне с дефлегматором должны быть установлены воздушники, т.н. спиртоловушки, которые вытягивают из пара некондиционный спирт, а излишек газа выводят наружу.

Поскольку спирт отбирается из жидкости (конденсата), для его достаточного охлаждения необходимо установить небольшой холодильник.

Основное отличие ректификационной царги от колонны заключается в том, что процесс дефлегмации идет постепенно и очень медленно. В это время происходит постоянный теплообмен жидкости и пара, что позволяет добиться более качественного разделения фракций и, как следствие, более чистого конечного продукта.

Необходимые материалы

• отрезок нержавеющей трубы длиной 15,35 или 45 см - основа царги для самогонного аппарата;
• переходник с резьбой для фиксации ограничителя;
• сито с минимальными отверстиями, чтобы предотвратить высыпание наполнителя;
• 35-40 металлических мочалок, изготовленных из нержавеющей стали.

Для того, чтобы проверить, действительно ли мочалка изготовлена из нержавейки, возьмите обычный магнит. Если притянет мочалку, покупайте. Нет - ищите дальше.

Изготовление наполнителя

Повторимся, в качестве такого материала могут быть использованы спиральки от металлической мочалки. Также можно приобрести в специализированном магазине миниатюрные стеклянные шарики либо керамическую насыпку. И тот, и другой материал абсолютно инертны и не оказывают никакого воздействия на уже готовый продукт.

Мочалку разрезаете на 2 равные части и аккуратно отделяете пружинки. Скручивайте их в небольшие колечки, чтобы получилось по 3-5 витков.

Обязательно просеивайте полученные пружинки, чтобы в дефлегматор не попал ненужный мусор.

Идеальным наполнителем является «Зульцер рулонный», который изготовлен из двух полос гофрированной мелкоячеистой сетки. Во время закладки рулона в царгу направление полос чередует справа налево и слева направо, в результате чего получается регулярная насадка с контактными элементами.

Как собрать царгу

1. Берете 35 трубу, переходник на 35 снизу (мама) и сверху на дюйм (папа);
2. Сверху к «папе» прикручиваете дистиллятор.
3. Снизу трубы отмеряете 35 см и просверливаете 6 мм отверстие в трубе - это будет гильза под термометр. Сюда вставляете щуп от цифрового термометра, что позволит контролировать температуру. Обязательно гильзу с термоментом перекройте резинкой от капельницы, чтобы соединение было герметичным.
4. Набиваете трубу ранее подготовленными пружинками, стеклянными шариками или керамической насыпкой. Утрамбовываете плотно, но не заталкиваете ничем. Достаточно постукивать трубой о стол.
5. Закручиваете на низ сито и фиксируете его переходником.

Как собрать простейший вариант царги своими руками - видео