Ректификационная колонна своими руками: точные расчеты по чертежам и как сделать из фитингов сантехники в домашних условиях

Для чего нужна колонна?

Если вы тоже захотели модернизировать свой самогонный аппарат, чтобы получать чистый и качественный ректификат, стоит ознакомиться с основным предназначением, конструкцией и понять принцип работы колонны. Данная информация пригодится не только для самостоятельного создания установки, но и для приобретения качественной модели. Так вы сможете оценить технические характеристики и подобрать подходящую конструкцию оборудования.

Ещё совсем недавно ректификационная колонна применялась только на крупных заводах и предприятиях по производству алкогольных напитков. С её помощью производители получали спирт крепостью 96°, на основе которого создавали водку. Именно эту цель преследуют винокуры, занимающиеся самогоноварением в домашних условиях. Только с помощью ректификации модно получить качественный дистиллят высокой крепости. При помощи других элементов и устройств невозможно добиться подобного результата. Для лучшего понимания мы предлагаем прочитать информацию нашей статьи, в которой подробно разобрана работа ректификационной колонны.

Инструкция по сборке

Каждый шаг при сборке ректификационной колонны заслуживает особого внимания как в целях безопасности, так и для достижения качественного результата. Поэтому пункты, приведенные ниже, включают в себя рекомендации, касающиеся отдельных элементов колонны:

Медную трубу рекомендуемых параметров (1300-1400 мм в длину, 30-50 мм в высоту) необходимо разрезать на 2 части так, чтобы соединение получилось герметичным. Для этого нужно зачистить края обеих частей и состыковать при помощи переходника или резьбовых соединений. Одна трубка послужит нижней частью ректификационной колонны, куда нужно засыпать металлические пружинки, губки или стеклянные шарики. Учтите, что последний вариант требует больших затрат. А металлические мочалки для мытья посуды сократят расходы и при этом послужат эффективным элементом для качественного теплообмена. Перед покупкой убедитесь в том, что мочалка металлическая и не будет подвергаться коррозии: используйте магнит или предварительно прокипятите кусок мочалки в растворе соли.
На трубу установите сетку и упорные шайбы, чтобы не допустить выпадения контактных элементов. Металлические губки (около 40 штук) разрежьте на фрагменты примерно по 5 мм каждый. В часть трубы с установленной сеткой для фиксации засыпьте полученный контактный элемент

Обратите внимание, что пружинки не должны переплетаться между собой. Поэтому следует не проталкивать их внутрь, а равномерно распределять при помощи постукивания трубки о любую поверхность

Следует учесть, что по своей плотности набивка должна соответствовать рекомендуемым параметрам: 250-280 г контактного элемента на 1 л объема насадочной колонны.
Компактно заполните весь отрезок трубки, а затем установите сетку и зафиксируйте упорной шайбой. Готовую конструкцию соедините с перегонным кубом, который представляет собой емкость из нержавеющего металла. Объем куба зависит от ваших предпочтений. Трубка с внешней стороны должна быть оснащена теплоизолятором: можно использовать поролон толщиной 3-5 мм. Другую часть трубы соедините с водяным корпусом (дефлегматором) при помощи паяльника. Водяной корпус должен иметь 2 патрубка — на вход воды и на вывод. Верх колонны закройте крышкой или пробкой. Запаяйте ее, оставив отверстие для атмосферной трубки. Предупредите возгорание и распространение паров в помещении — используйте штуцер, конец трубки погрузите в воду.
Для того чтобы вывести дистиллятор, сделайте отверстие под патрубок в 15-20 мм от соединения с нижней частью трубы. Под образованным выходом установите пластину для наполнения флегмой (конденсатом).
Силиконовым шлангом соедините устройство и холодильник. Регулировать движение жидкости в устройстве поможет зажим от капельницы, прикрепленный на шланг.
Чтобы достичь равномерного охлаждения дефлегматора со всех сторон, рекомендуется припаять шнековую спираль. Охлаждающие элементы соединяются друг с другом следующим способом: нижняя часть холодильника — холодильник — верх холодильника — верхняя часть дефлегматора — дефлегматор — низ дефлегматора — канализация. То есть патрубки соединяются последовательно, а вода к дефлегматору поступает уже подогретой. Чтобы добиться рекомендуемых показателей охлаждающей воды в холодильнике (примерно 45-55°C) дополнительно нужно установить регулятор потока воды. Например, кран от газосварочной горелки. Если планируется использование термометра, то необходимо заранее сделать отверстие в узле отбора.

Схема ректификационной колонны поможет разобраться с устройством аппарата и визуально представить процесс сборки. Некоторые пользователи основываются на готовых схемах и рисуют дополнительный чертеж для наиболее четкого исполнения и понимания сути ректификации.

Как добиться лучшего результата

При эксплуатации ректификационной колонны требуется соблюдать определенные меры, позволяющие добиваться нормального режима ее работы и получения качественного конечного продукта.

Особо следует выделить мероприятия в следующих направлениях.

Исключение «захлебывания» установки

Эта «болезнь» связана с замедлением и прекращением стекания флегмы, что приводит к ее накоплению в цилиндре и блокированию парового потока. В результате «захлебывания» внутри колонны повышается давление, появляется громкое булькание и шум.

Явление может провоцироваться такими причинами:

Превышение допустимой скорости движения парового потока, что может вызываться чрезмерным нагревом жидкости в кубе;
Излишнее наполнение куба исходным сырьем или засоры в нижней зоне трубы;
Слишком маленькое давление в нижней части колонны, что характерно для высокогорных условий;
Повышение напряжения в питающей электросети, что вызывает незапланированное повышение мощности нагревательного элемента;
Нарушения в конструкции или технологии.

Избежать данного неприятного явления помогает установка автоматического контроля и регулирования процесса

Особое внимание уделяется нагреву сырья и наполнению куба

Своевременное выведение готового продукта и оседающих тяжелых фракций

В первом случае, методика проста – на начальном этапе (до стабилизации температуры и давления) только четверть легколетучих паров конденсируется с конечным продуктом и выводится наружу, а далее – отводится максимальный его объем.

Появление осадка из тяжелых фракций выявлять сложнее. Ориентироваться приходится на запах и цвет жидкости в самом низу колонны.

Правильная подготовка установки к пуску

Перед началом ректификации необходимо проверить состояние аппарата, прежде всего, герметичность колонны. Для проверки перекрывается вывод готового продукта и закачивается холодная вода.

Только убедившись в герметичности установки можно приступать к заливке сырья и нагреву куба.

Не следует ждать от бытового аппарата чудес и замены им самогонного аппарата. Минимальная крепость исходной жидкости должна быть не меньше 30%, в противном случае на выходе не получится продукт, по крепости близкий к чистому спирту.

Важно! Не следует в куб заливать брагу, не прошедшую первичную дистилляцию

При изготовлении установки своими руками нельзя допускать потери тепловой энергии через корпус колонны

Особенно важно защитить нижнюю часть, т.е. зону до первого дефлегматора

При изготовлении установки своими руками нельзя допускать потери тепловой энергии через корпус колонны

Особенно важно защитить нижнюю часть, т.е. зону до первого дефлегматора

В качестве теплоизоляции рекомендуется использовать:

пенопласт,
пеноизол,
современные фольгированные утеплители.

Ректификационные колонны позволяют глубоко очистить жидкости или выделить легкую фракцию. В промышленных условиях они находят применения во многих отраслях, в т.ч. с их помощью обеспечивается нефтепереработка, изготавливается качественный спирт.

В домашних условиях такие установки пригодны для получения очень крепких, качественных спиртных напитков из самогона. При правильной эксплуатации они совершенно безопасны и эффективны.

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.

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-градусном продукте на выходе представляет смертельную опасность, не говоря уже о колебании температуры нагрева.

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),

где:

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

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

Порядок сборки

Корпус колонны

Начнем с самого большого элемента системы – корпуса или тела колонны.

Для этого необходимо заготовленную трубу из нержавеющей стали распилить на три равные части, сторцевать их таким образом, чтобы все три части плотно прилегали друг к другу. К нижней части из труб припаиваем фланец, который послужит надежным креплением к перегонному резервуару

Важно сделать так, чтобы труба была установлена строго вертикально

Все три части трубы соединяем друг с другом при помощи резьб и гаек, или можно воспользоваться соединением CLAMP. Главное добиться герметичности соединения.

Насадки

Две оставшиеся трубы будут использоваться для размещения в них насадок. Для насадок берем приготовленные заранее латунные тарелки, и сверлим в них множество отверстий по всей площади сверлом на 2-4 мм. По длине трубы должно быть установлено 10 таких тарелок, тарелки по диаметру должны совпадать с диаметром трубы.

В отверстиях при столкновении пара и жидкости будет происходить образование мелкопористой пенной массы и раздробление компонентов. Сами тарелочки в трубе можно закрепить при помощи отверстий в колонне, в которые вкручиваются болты-держатели, но также возможен вариант спайки при наличии навыка и длинного носа паяльника.

В интернете можно встретить советы по изготовлению насадок по мегабюджетной технологии, путем нарезания хозяйственной сетки для чистки кастрюль и сковородок типа «Чистюля» и помещение нарезанных кусочков в колонну. Это конечно сэкономит и время, так как сверление отверстий в латуни займет много времени и сил, и деньги, так как купить 10 латунных тарелок обойдется в 500-700 рублей. Но, материал сплава, из которого изготовлены хозяйственные сетки, неизвестен, поэтому велик риск попадание в конечный продукт ядовитых примесей.

Рекомендуем: Какой крепости заливать самогон в дубовую бочку

Проточный холодильник

Последняя, третья часть нашей трубы будет служить дефлегматором, а для этого нам нужно добиться максимально резкого охлаждения в верхней половине трубы. Вариантов создать охлаждение много, один из самых простых – это медная трубка, обмотанная вокруг 50-ти % трубы. Через трубку пускается проточная холодная вода.

В верхней части трубы устанавливается воздушный клапан для вывода в атмосферу ядовитых летучих газов, холодильник должен обеспечить барьер на пути спиртосодержащих паров и вывести их в конденсат. Температура этого барьера 60 градусов Цельсия, если дефлегматор допускает до воздушного клапана пар температурой выше 60 градусов, то вместе с парами ацетона в трубу, а прямом и переносном смысле, будет улетучиваться вожделенное зелье Бахуса.

Вода, подводится к проточному змеевику трубкой из поливинилхлорида, а поток можно регулировать зажимом для капельницы или краном смесителя.

Отличным средством автоматизации нашего агрегата будет автоматический клапан срабатывающий от термодатчика. Опять же установка клапана повлечет удорожание, а его установка не является обязательной.

Теплоизоляция

Большое внимание нужно уделять теплоизоляции ректификационной колонны по все длине (ну, разумеется, до дефлегматора). Для этих целей отлично подойдет намотка шпагата в несколько сантиметров по всей длине

Сверху шпагат можно обернуть обычной пищевой фольгой как в термосе. Пенополиуретан – отличный материал защиты ректификационной колонны от потери тепла, применяют также базальто-фольгированные утеплители.

Термоизмерительные приборы

Важной частью процесса ректификации является контроль температуры. Он влияет не только на качество конечного продукта, но и на его количества

Термометр рекомендуется установить на высоте 25-30 сантиметров от основания колонны, то есть места, где колонна соединяется с перегонным кубом. Сделать это проще, при использовании медной трубы. В трубу вваривается гильза, в которую помещается температурный датчик, или приваривается штырь, на который устанавливается термометр.

Средства автоматического контроля ректификационной колонны

Процесс ректификации очень прихотлив и требует к себе большого пристального внимания. Контроль процесса вполне можно делегировать автоматической системе управления ректификацией. В интернете можно найти чертежи, используя которые любой, имеющий элементарные познания в электротехнике, сможет собрать блок автоматического управления ректификацией. И готовые решения продаются тоже на просторах глобальной сети, поэтому тем, кому лень возиться могут приобрести БУР уже в сборе.

Ректификационная колонна

Эта сложная конструкция имеет внутри специальные насадки или тарелки, бражная колонна станет выполнять функции ректификационной только после наполнения насадками для улавливания различных фракций, поэтому не стоит путать эти две различные по функциональным особенностям конструкции.

Насадки имеют сложное наполнение и многократно увеличивают внутреннюю поверхность колонны, где происходит основное осаждение различных фракций. На разных участках изделия поддерживается температура кипения спирта, поэтому пары беспрепятственно проходят, а сивушные масла и другие вредные примеси выпадают в конденсат. Медь отлично улавливает соединения серы, образуя нерастворимые соединения, поэтому ректификационные колонны делаются из нее, чтобы перегонять брагу из винограда или зерна.

Изделие в верхней части имеет дефлегматор — именно он помогает соблюсти весьма строгий температурный режим при отборе фракций, за счет чего и происходит эффективная очистка спиртосодержащих паров. Колонна может производить ароматизацию, если производитель предусмотрел встраивание дополнительных блоков в основную конструкцию — отдельно приобретается специальная корзина для вложения в нее ароматизаторов.

Ректификационная колонна или самогонный аппарат

Чтобы определиться, стоит ли изготавливать ректификационную колонну, или можно ограничиться обычным самогонным аппаратом, следует сравнить характеристики этих устройств (рисунок 3).

Обычно в расчет принимаются такие критерии:

Качество конечного продукта: с помощью самогонного аппарата получается спирт, качество (включая вкус и запах) полностью соответствуют изначальному качеству браги. С помощью ректификационной колонны получают спирт высочайшего качества без постороннего вкус и запаха.
Крепость спирта: самогонный аппарат позволяет получить спирт крепостью 40-65% в зависимости от качества сырья и количества перегонок. В любой ректификационной колонне спирт достигает средней крепости 93-95%.
Очистка от вредных веществ: в самогонном аппарате средняя, поэтому даже готовую водку в дальнейшем фильтруют. Если используется ректификационная колонна, необходимости в такой процедуре нет, так как все вредные соединения удаляются еще во время перегонки.

Из этого списка видно, что использовать ректификационную колонну действительно выгоднее, чем самогонный аппарат. С другой стороны, изготовление даже самой простой конструкции требует покупки специальных материалов и четкого соблюдения технологии.

Рисунок 3. Ректификационная колонна позволяет получить спирт более высокого качества для производства элитного алкоголя

Чтобы сделать простую ректификационную колонну, нужно детально изучить ее конструкцию, закупить подходящие материалы и заготовить чертежи, по которым будет проводится сборка.

Для начала необходимо запастись подходящими материалами. Как уже говорилось выше, ректификационную колонну лучше делать из меди или из нержавейки (рисунок 4).

Эти металлы не вступают в химическую реакцию с парами спирта и не испортят вкус готового напитка.

Итак, из материалов понадобятся:

труба из меди (диаметр 30-50 мм, длина 130-140 см);
губки из нержавейки;
упорные шайбы;
металлическая сетка;
пенополипропилен;
термометр.

Рисунок 4. Материалы, необходимые для изготовления

Медные ректификационные колонны, изготовленные дома, по функционалу не уступают тарелочным моделям промышленного производства. Собирать такой агрегат самому сложнее, чем обычный самогонный аппарат, но качество спирта приятно удивит любого ценителя домашнего алкоголя (рисунок 5).

Сборка осуществляется так:

Медную трубу разрезают на две равные части и у каждой зачищают края. Между ними создают соединение. Оно может быть резьбовым, но обязательно разборным. Таким образом, одна часть трубы будет выполнять роль царги, а вторая – корпуса дефлегматора.
На трубу-царгу с обеих концов устанавливают сетки и упорные шайбы. Именно они помогут удерживать наполнитель внутри.
Губки из нержавейки режут небольшими кусочками по 5-15 мм каждый. Этими фрагментами наполняется труба. Чтобы стружка внутри не сдавливалась, на 1 л объема царги берут не более 280 граммов кусочков.
Когда труба будет наполнена, сетки и шайбы устанавливают на место, а царгу крепят к перегонному кубу.
Вторую часть трубы оборудуют вторичным полым корпусом. Внутри него будет циркулировать вода. В качестве такого корпуса используют трубу с диаметром на 10-20 мм шире основной. При этом вторичная должна быть на 30 мм короче. Длинную трубу располагают внутри короткой, вверху и внизу приваривают кольца, внешний диаметр которых должен равняться толщине трубы (30-50 мм) плюс 10-20 мм толщины холодильника. Внутренний диаметр должен точно соответствовать толщине трубы.
Во вторичном корпусе просверливаются два отверстия (под подачу воды и обратку). Потом приваривают патрубки.
Сверху на дефлегматор устанавливают крышку. В ней делают отверстие для атмосферной трубки.
Для узла забора просверливают отверстие на расстоянии 20 мм от места соединения царги с дефлегматором. Внутри последнего на уровне отверстия приваривают кольцо. С его помощью готовый продукт будет собираться и стекать в узел отбора.
Внешний холодильник изготавливают так же, как в самогонном аппарате и подключают с помощью трубки от капельницы с регулятором к узлу отбора.
Царгу и куб обшивают пенополипропиленом для дополнительной теплоизоляции. Термометр устанавливают в нижней части царги, чтобы была возможность измерить температуру внутри нее.

Рисунок 5. Сборка должна проводится в точном соответствии с чертежами

Собирать готовый продукт можно в любую емкость, но лучше использовать стеклянную.

Принцип работы колонны

Брагу заливают в куб, который нагревают. В результате выделяется пар с содержанием спирта. Пар легче жидкости и поднимается вверх колонны. Там находится дефлегматор, который охлаждается проточной водой. В результате пар конденсируется и стекает вниз, но по пути попадает на специальные элементы. Брага в то же время продолжает кипеть, и пары её поступают вверх, где перемешиваются с конденсатом. Этот непрерывный процесс называют ректификацией. Ничуть не хуже самодельный самогонный аппарат: ректификационная колонна, изготовленная своими руками, будет обладать такими же свойствами, что и заводское изделие, при соблюдении параметров конструкции.

В результате ректификации конденсат, который называют флегмой, насыщается парами. А пар, наоборот, насыщается флегмой. В результате такого обмена вверх поднимаются самые лёгкие частицы пара, которые имеют высокую концентрацию спирта. Его-то температура кипения ниже воды. С вершины колонны спиртовые пары отводятся в дефлегматор для очистки и насыщения, а далее — в холодильник. В результате получается чистый самогон.