Експрес-курс ректифікації
- Історія ректифікації
- поняття ректифікації
- процес ректифікації
- Види ректифікаційних колон
- Тарілчасті ректифікаційні колони
- Насадок ректифікаційні колони
- Процеси в ректифікаційної колоні
- Як вибрати колону ректифікації
Ректифікація дозволяє отримати спирт високої міцності і чистоти. Обидва якості залежать від того, наскільки добре людина, керуючий процесом, розуміє його суть. Тому знати теорію ректифікації треба кожному, хто хоче робити чисті і міцні спиртні напої на самогонному апараті .
Історія ректифікації
Почнемо з процесу дистиляції, адже саме він є попередником ректифікації. Немає точної інформації про те, хто перший винайшов дистиляцію. В. Шнайдер, укладач словника алхімічних і фармацевтичних термінів, вважає, що дана заслуга належить в першу чергу персам, які використовували дистиляцію, щоб отримати рожеву воду (ефір троянди). Можна зробити висновок, що історія дистиляції налічує більше 3500 років. Спочатку дистиляцією називали всі процеси розділення сумішей на компоненти. У міру їх вивчення процеси класифікували і дали їм найменування. Таким чином, в зараз дистиляцією називають поділ речовин, засноване на випаровуванні рідини і подальшої конденсації пари.
Аламбика були першими апаратами для дистиляції та конструкційно практично не змінилися за кілька тисяч років. Спочатку використовувалися, щоб отримувати ароматні масла.
Наука не стояла на місці, процес дистиляції ретельно вивчався і вдосконалювався. З початку XVI століття спостерігалося велика кількість робіт по підбору випарних кубів і системи обігріву апаратів. Для забезпечення безперервної роботи колони використовувалися водяні і пісочний лазні, застосовувалися воскові свічки. Тільки до 1415 року вперше було запропоновано застосовувати теплоізоляцію, а саме шерсть тварин. В кінці XVI століття було виявлено перевагу водяного охолодження конденсатора, до цього часу охолодження було повітряним.
У період XVI по XIX століття стрімко відбувалася модернізація апаратурного оснащення. Виходячи з інертності матеріалів по відношенню до переганяється рідин, в перегінних кубах як оптимальних використовувалися скло і кераміка, надалі нержавіюча сталь. У 1709 році вперше з'явилися теорії про дефлегмації (повернення частини скондесувалися в колону).
Результатом усіх досліджень і розробок стало винахід першої колони ректифікації безперервної дії французькими інженерами Адамом, Берар і Пер'є, які отримали на неї патент в 1813 році. Вона до цих пір відповідає сучасним колони ректифікації. З цього періоду починається історія ректифікації в науці і промисловості.
поняття ректифікації
Існують різні визначення ректифікації.
Ректифікація - це процес поділу бінарних (двокомпонентні суміші, наприклад, спирт-вода) або багатокомпонентних сумішей за рахунок противоточного масо-і теплообміну між парою і рідиною. Ректифікація - розділення рідких сумішей на практично чисті компоненти, що відрізняються по температурі кипіння, шляхом багаторазових випарів рідини і конденсації пари.
Незважаючи на настільки складні формулювання, в процесі ректифікації немає нічого важкого. Маючи необхідне обладнання і базові знання, її з легкістю можна провести у себе на кухні.
процес ректифікації
Е. Крель в своїх працях «Керівництво з лабораторної перегонці» виклав основний принцип ректифікації:
Обмін речовин (массообмен і теплообмін) відбувається шляхом проходження парової суміші через наповнювач колони.
На швидкість і якість цього процесу впливають такі чинники:
- Коефіцієнт дифузії (проходження парової суміші через наповнювач колони);
- Концентрація переганяється речовини;
- Площа поверхні контакту в колоні;
- Різниця температур кипіння поділюваних компонентів.
Можна зробити висновок, що процес ректифікації спирту буде краще протікати при наступних умовах: хорошою дифузії, високої концентрації виділень компонента, розвиненою площі контакту.
Особливу увагу Крель приділив важливості стану міжфазної поверхні і перерахував фактори, що визначають процес ректифікації:
- Властивості розділяється суміші: летючість компонентів, склад суміші, взаємна розчинність компонентів.
- Характеристика насадки: форма насадочного тіла, спосіб укладання насадки, щільність заповнення колони.
- Непрямі фактори: спосіб подачі рідини в колону, інтенсивність і метод обігріву, робочий тиск.
Види ректифікаційних колон
Залежно від застосовуваних контактних пристроїв, колони діляться на тарілчасті і насадок.
Тарілчасті ректифікаційні колони
В основному поширені в нафтопереробній галузі та на великих виробництвах. Тарілчасті колони представляють собою вертикальну трубу, в якій через певну відстань встановлюються тарілки різної конфігурації, де йде контакт між парової і рідкої фазами.
Недолік колон: дорожнеча і великі габарити.
Переваги: тарілчаста колона ректифікації тонше розділяє фракції.
Насадок ректифікаційні колони
На сьогоднішній день широкого поширення набули насадки колони. Це ті ж вертикальні труби, тільки в них встановлюється інше контактний пристрій - насадка.
Насадки поділяються на два типи:
Нерегулярна - невпорядкований шар насипного або заповнюється інертного матеріалу (наприклад, спірально призматическая насадка СПН).
Переваги: мала вага, велика площа контакту.
Недоліки: високий опір, складність правильного розподілу парів і флегми.
Спірально-призматична насадка
Регулярна - являє собою скомпоновані в касети перфоровані сітки і листи (до них відноситься регулярна дротова насадка Панченкова (РПН).
Переваги: висока ефективність, малий перепад тиску.
Недоліки: насадочного колона ректифікації явних недоліків не показала. 
Мідна насадка РПН
Процеси в ректифікаційної колоні
Розглянемо, що відбувається в самій колоні на прикладі обладнання Фабрики «Доктор Губер». Тут немає ніякої магії або секретних технологій, все дуже просто.
Ректифікаційні колони для приватного застосування є вертикальними трубки діаметром від 40 до 50 мм, висотою не більше 180 см, заповнені насадками РПН або СПН. Дані колони оснащені холодильником або дефлегматором, а так же вузлом відбору спирту.
Колона ректифікації для спирту
Розглянемо періодичну ректифікацію на колоні насадочного типу з регулярною насадкою РПН, яку кожен зможе повторити в домашніх умовах.
При нагріванні куба з брагою, що є багатокомпонентної сумішшю, до складу якої крім води і спирту входять побічні продукти бродіння (альдегіди, кислоти, ефіри і т.д.), починається процес кипіння і випаровування даних компонентів. Температура початку процесу може бути різною, все залежить від якісного і кількісного складу бражки або спирту-сирцю. Протягом процесу пар піднімається по колоні, починає її прогрівати і частково конденсуватися, при цьому утворюється «дику флегму».
Освіта дикої флегми відбувається за рахунок охолодження корпусу колони, в зв'язку з втратами тепла в навколишнє середовище. Виникають якісні і кількісні втрати по спирту (до 10%).
У стандартних ректіфікаторах проблема освіти дикої флегми вирішується за допомогою Теплоізолювання колони.
Висококваліфіковані фахівці Фабрики Доктор Губер знайшли інший спосіб вирішення даної проблеми шляхом створення колони Торнадо. Структура колони дозволяє піднімається пару проходити спочатку по зовнішньому контуру колони, створюючи при цьому активний підігрів. В результаті втрати тепла в навколишнє середовище від робочої частини колони стають мінімальними. На виході готовий продукт виходить з поліпшеними органолептичними та фізико-хімічними показниками.
Після прогріву колони пари досягають холодильника або дефлегматора, в якому вони конденсуються і повертаються в колону у вигляді флегми.
Потік флегми направляється назустріч піднімається по колоні парам. Відбувається масо-і теплообмін. Температура при ректифікації спирту має ключове значення: флегма на своєму шляху із зони з низькою температурою в зону більш високих температур поглинає з потоку пари висококиплячі компоненти (сивушні масла) і виділяє легкокипящие компоненти (спирт). Так як процеси ці протікають на межі розділу фаз, то дуже важливо створити максимально можливу поверхню контакту. Для цього ректифікаційні колони Доктор Губер оснащують РПН, який створює максимальну поверхню контакту по всій її довжині.
Якість одержуваного спирту залежить від швидкості відбору. А саме, чим більше флегми забирається з колони, тим гірше йде процес масообміну, отже зменшується міцність спирту на виході з колони. І навпаки, чим менше забирається флегми, тим краще процес массобмена і підвищення міцності кінцевого продукту.
Для контролю швидкості відбору спирту на колони встановлюються голчасті крани для тонкого регулювання і оглядові скла.
Створити розвинену поверхню контакту недостатньо, необхідно її правильно зрошувати. У насадок колонах має місце пристінковий ефект. Флегма проходить не через насадку, а стікає по стінках колони, в результаті чого падає ефективність її роботи. При правильному заповненні колони цей ефект мінімальний, він практично відсутній в колоні Торнадо, де встановлюється колпачковая тарілка з центральним зливом. В результаті флегма направляється рівно на насадку і досягається максимальний ККД даної колони.
Що стосується діаметру і висоти колони, за даними Стедмана і Макмагона діаметр насадок колон має незначний вплив на якість поділюваних сумішей.
Висота колони. Йдеться про її робочої частини (частина колони, яка наповнена насадкою) повинна бути не більше (6-8) хD. Якщо висота більше цього виразу, то колони заповнюють секційно, щоб уникнути пристінкового ефекту.
Як вибрати колону ректифікації
При виборі колони звертайте увагу на наступні пункти:
- Матеріал колони, в тому числі і наповнювач, повинні бути інертні по відношенню до парам спирту;
- Колона повинна бути оснащена регульованим вузлом відбору;
- Наявність високопродуктивного холодильника або дефлегматора;
- Обов'язкова присутність атмосферного клапана для безпечної роботи.
PS Ректификация спирту не складний процес і при наявності необхідного обладнання її з легкістю можна провести в домашніх умовах. У 2016 році асортимент ректифікованого обладнання безмежно зростає. Незважаючи на невеликі конструктивні відмінності всіх апаратів, процес ректифікації залишається незмінним і його якість буде в першу чергу залежати від знань і досвіду людини, який контролює процес.