Ректификацию можно осуществлять в различных режимах. Различают периодическую ректификацию, непрерывную, при пониженном давлении, при повышенном давлении и т. д.
Бытовой ректификационный аппарат состоит из нижней части в виде перегонного куба, царги (трубы, в которой находятся тарелки или насадка), холодильника-конденсатора (в нем находятся штуцера для подвода и отвода воды и выхода готового продукта), а также приемной емкости для сбора спирта.
Вода подается на насадку или крайнюю верхнюю тарелку, а с нижней части колонны (крайней нижней тарелки) поступает в кипятильник. Поток пара, который возникает при кипении кубовой жидкости, проходит через колонну, захватывая с собой пары органических примесей, и доставляет их в верхнюю часть колонны. Отсюда по трубопроводу пар направляется в холодильник-конденсатор, где, превратившись в жидкость, стекает в приемник.
Между верхней частью колонны и холодильником-конденсатором находится дефлегматор (иногда он может быть встроен в саму колонну). В дефлегматор, принудительно охлаждаемый водой, попадает пар, прошедший снизу вверх всю колонну. В дефлегматоре значительная часть пара конденсируется и снова стекает в верхнюю часть колонны. Такой сконденсированный пар называется флегмой. Флегма стекает по стенкам дефлегматора и ректификатора вниз, участвуя в тепломассообмене между жидкостью и паром.
Спирт-ректификат, получаемый с помощью ректификационного аппарата, не содержит ни альдегидов (первач, головная фракция), ни сивушных масел (хвостовая фракция).
По сравнению с самогонным аппаратом устройство ректификационного аппарата сложнее. Хотя изготовить ректификационный аппарат можно и самостоятельно, настоятельно не рекомендуется этого делать – цена бытового ректификационного аппарата не намного выше хорошего самогонного аппарата, а профессиональный расчет параметров колонны (насадки, тарелок, дефлегматора) делает покупной аппарат заведомо более производительным в сравнении с любым самодельным.
Скорость процесса ректификации регулируется величиной потока воды, подаваемой в дефлегматор. Для получения спирта-ректификата необходимо поддерживать определенную скорость, установленную руководством по эксплуатации аппарата. Если скорость отбора дистиллята повысить, крепость и чистота продукта понизятся.
В определенных пределах скорость отбора дистиллята можно регулировать (в зависимости от желаемого качества).
Однако имеется некоторая предельная скорость движения пара, при достижении которой флегма попадает в куб медленнее, а затем и вообще останавливается, скапливаясь в верхней части колонны.
Такое нарушение процесса называют захлебыванием. Его можно отследить по резкому перепаду давления в колонне, постороннему шуму, возникновению булькающих звуков. Чтобы избежать захлебывания, нужно четко следовать правилам, изложенным в инструкции по эксплуатации ректификационного аппарата.
Скорость пара внутри колонны определяется, помимо скорости поступления флегмы, геометрией контактных элементов (насадки или тарелок). Обычно скорость пара поддерживается в интервале от 0,5 до 1,2 м/с. Максимальная пропускная способность ректификационного аппарата определяется как частное от деления предельного расхода пара на единицу площади полного сечения колонны. Эта величина зависит от строения контактных элементов колонны и находится в диапазоне 2000–7000 (кг/ч)/м2.
Эффективность ректификационных аппаратов в значительной мере реализуется вблизи состояния захлебывания. Обычно колонны разрабатывают таким образом, чтобы основной рабочий режим был предельно приближен к максимальной пропускной способности колонны.
Ректификационный аппарат можно нагружать только до предельно допустимой технологической мощности, указанной в инструкции по эксплуатации. Увеличение предельной мощности увеличит скорость движения паров в колонне и неизбежно приведет к захлебыванию.
Захлебывание колонны может произойти и в нормальном режиме при допустимой технологической мощности. Это может случиться, например, в результате засорения пеной нижней части ректификационной колонны. Такое засорение весьма вероятно, если куб (испарительная емкость) заполнен перегоняемой жидкостью более допустимого объема (обычно 2/3).
С высокой вероятностью захлебывание происходит при увеличении напряжения в сети. Скачок напряжения повышает тепловую мощность трубчатого электронагревателя – и колонна перегревается. Кроме того, захлебывание возможно в результате заметного понижения атмосферного давления, что наблюдается в высокогорной местности. Очень часто также захлебывание возникает вследствие перегрева ректификационной колонны. Достаточно уменьшить нагрев – и аппарат станет функционировать исправно.
Встречаются и конструктивные ошибки ректификационного аппарата. Чаще всего эта проблема обнаруживается в колоннах, изготовленных своими руками. Устранить недостатки можно, переделав аппарат.
На рис. 2.3 изображен ректификационный аппарат, предназначенный для получения обычного самогона или спирта-ректификата с уровнем крепости до 96° в течение одного дистилляционного цикла.
Рис. 2.3. Типовой ректификационный аппарат для бытовых нужд
В зависимости от потребностей можно заказать аппарат с нужным объемом перегонного куба – 13, 20, 25 или 36 л. Аппарат изготовлен из высококачественной нержавеющей стали толщиной от 1,5 до 3,0 мм. Дно перегонного куба трехслойное – между листами нержавеющей стали помещен алюминиевый лист. Алюминий обладает высокой теплопроводностью, за счет чего нагрев кубовой жидкости будет проходить равномерно, независимо от типа нагревателя (индукционная, керамическая, электрическая или газовая плита).
Управление процессом ректификации ведется в соответствии с инструкцией по эксплуатации на основании показаний двух термометров, один из которых установлен в верхней части перегонного куба, а другой – в дефлегматоре.
Ректификационная колонна заполнена материалом с очень высокой удельной поверхностью (насадка Панченкова), благодаря чему даже чистый спирт-ректификат вырабатывается с высокой скоростью (до 1 л/ч). Если аппарат включить в режиме простой перегонки (для получения обычного самогона), производительность (выход дистиллята) возрастает до 3 л/ч. Расход проточной воды на охлаждение составляет 30–50 л/ч.
В верхней части колонны предусмотрен предохранительный клапан, позволяющий избежать чрезмерного повышения давления. Кроме того, конструкция аппарата предусматривает возможность использования как внутреннего, так и наружного холодильника.
Колонка ректификационного аппарата разборная, составлена из блоков, которые легко менять на новые. Можно также регулировать высоту колонны, чтобы получать по желанию дистилляты различного состава.
В собранном виде аппарат с кубом на 15 л имеет высоту 1,33 м (высота колонки – 1,13 м). Диаметр колонки – 38 мм. Производитель снабжает аппарат сертификатом качества.
