Как сделать кожухотрубный холодильник своими. Изготовление простого прямоточного холодильника (змеевика) для дистиллятора

Всем привет!

Сегодняшнюю статью прислал мне читатель Владимир Ельзов . Он представляет свою конструкцию охладителя для самогонного аппарата. Примечательно, что изначально автор изготовил теплообменник для других целей, а уже затем приспособил его в качестве дистиллятора для перегонки самогона. Почитайте историю об этом в конце статьи.

Также надо отметить, что такая конструкция известна в кругах винокуров и называется кожухотрубный холодильник. Она не столь популярна, как прямоточник или змеевик, но в то же время объединяет в себе их преимущества.

Особенность конструкции

Кожухотрубный охладитель является разновидностью прямоточного. Только у него внутри кожуха вместо одной трубы находится сразу несколько. В данном случае 6.

В результате мы имеем положительные стороны прямоточного дистиллятора – отсутствие конденсатных пробок, высокую производительность и экономичность. И при этом добавляется такое достоинство змеевика, как компактность.

Из минусов могу отметить более дорогое и сложное изготовление.

Производительность такого охладителя при перегонке браги — 2,2 л/час при расходе воды 50 л/час.

Инструкция по изготовлению

Ниже приведены чертежи деталей для изготовления. Материал — нержавеющая сталь Х18Н9Т или 12Х18Н9Т.

Сборочный чертеж

Порядок сборки:

• Варить штуцер 7 к фланцу 3
• Варить сливной патрубок 10 к крышке 5
• Варить катушку:
  а) варить трубы 6 к фланцу 3
  б) варить трубы 6 к фланцу 4
• Вставить катушку в кожух 1 до упора и варить с 2-х сторон
• Варить гайку 8 к кожуху 1
• Варить штуцер 9 к кожуху 1
• Заглушить штуцер 9, залить воду через штуцер 7 и проверить на герметичность
• Варить фланец 2 к кожуху 1
• Варить крышку 5 с сливом 10 к кожуху 1
• Заглушить гайку 8, через слив 10 залить воду и проверить на герметичность.

Конструкция готова.

От автора

Изначально конструкция была изготовлена для подогрева холодной воды в отопительный сезон т.к. горячей воды в моём жилье не было. За основу конструкции взято устройство скоростного бойлера. В качестве нагревателя предполагался теплоноситель из батареи центрального отопления.

Из-за сложности использования и подключения конструкция была не одобрена домашними и долгое время оказалась не удел. И только во времена Горбачёва я о ней вспомнил. Если можно греть, значит можно и охлаждать. В этом качестве конструкция была испытана как охладитель (при большой конспирации) и оказалась удачной, т.к. в охладителе со змеевиком пары проходили через одну трубку, а здесь через 6-ть.

Кстати о скороварке: в те далёкие нелегальные времена она была эталоном конспирации. Весь аппарат состоял из скороварки (вместо клапана вворачивался штуцер), куска гибкого шланга, тазика с водой. Всё это не вызывало ни у кого никаких подозрений.
Второй клапан нужно заглушить или использовать под термометр, т.к. если процесс протекает при использовании открытого огня, то при его срабатывании (случайно может быть всё) произойдёт выброс спиртосодержащих паров и как результат возгорание и возможно пожар.

Когда в магазинах уже не было водки, а сухое вино ещё продавалось, то из 3-х бутылок вина типа Фетяска, Рислинг, Ркацетели и т.д. (стоимость вина — 90 коп. — 1,02 руб.) получалась бутылка хорошей виноградной водки.

При создании самогонного аппарата встает ряд первостепенных вопросов, и один из них – это какой тип охладителя для него выбрать (змеевик или прямоточник) и как сделать устройство своими руками.

Прежде всего нужно определиться, чем в сущности является холодильник и какую функцию выполняет, какое имеет строение и принцип действия, как материал, из которого он изготовлен, влияет на его свойства и в чем конкретно разница между змеевиком и прямоточной моделью.

После этого, взвесив все за и против, можно приступать к изготовлению узла для конденсации пара, но для этого нужно вникнуть в вопрос более детально.

Холодильник для самогонного аппарата – это один из трех основных узлов в —устройстве самогонного аппарата— наряду с и —шлангами—.

Он располагается в конечной части системы, всегда после , ректификационной колонны или . Задачей холодильника является охлаждение паров с целью их конденсации до жидкого состояния для последующего отбора из системы, что является конечным этапом .

Устройство и принципы работы

Существует две основные схемы устройства холодильника для самогонного аппарата. Первая предполагает прохождение пара по закрученному в спираль паропроводу – змеевику, при этом он расположен внутри емкости, заполненной охладительной жидкостью – водой.

К сильным сторонам этого типа относятся:

• Компактный размер.
• Возможность отказа от проточной воды при достаточно большом объеме охладительной емкости.

Вторая предполагает наличие прямого паропровода и прилегающего к его поверхности кожуха, внутри которого циркулирует холодная проточная вода. Преимуществами этого типа являются:

• Отсутствие конденсатных пробок, приводящих к перепадам давления в системе, что приводит к усиленному закипанию браги и, как следствие, брызгоуносу. Эта проблема характерна для змеевика.
• Высокая скорость изменения температуры в охладительном кожухе, проще и быстрее регулировать интенсивность конденсации.
• Более высокая эффективность, определяющая меньший расход воды для достижения одинакового результата в сравнении со змеевиком.

В основе принципа действия любого охладителя лежит теплообменный процесс. Горячий пар, по большей части состоящий из этанола и воды, попадая в трубку холодильника, соприкасается с его стенками, которые имеют более низкую температуру, чем он сам.

В результате температура пара начинает падать, а спирт и вода начинают конденсироваться, при этом трубка начинает наоборот нагреваться. Чтобы поддерживать низкую температуру трубки, которая является необходимым условием быстрой конденсации, с другой стороны ее омывает проточная холодная вода, отбирающая полученное от пара тепло.

Выбор материала для холодильника

Как первый, так и второй тип охладителя для самогонного аппарата можно изготовить своими руками. И так как в нем происходит теплообменный процесс, наилучшим материалом для этих целей является медь, обладающая высоким уровнем теплопередачи.

Главным альтернативным материалом является пищевая нержавеющая сталь, которая хоть и уступает по теплопроводности, но обладает более высокой химической инертностью, большей износостойкостью и стоит несколько дешевле.

Не рекомендуется использовать алюминий, имеющий хорошую теплопередачу, доступную цену и относительную легкость обработки из-за его свойства активно окисляться, что неминуемо приведет к попаданию окислов алюминия в самогон.

Большую популярность в изготовлении охладителей приобретают металлопластиковые трубы, которые подходят для изготовления как змеевика, так и прямоточника. Главное условие – полимерная часть должна быть из химически инертного материала.

Стеклянный холодильник для самогонного аппарата как первого, так и второго типа практически невозможно изготовить в домашних условиях, такое изделие проще купить готовым, тем более, что цена на этот материал более чем умеренная.

При этом пользоваться им нужно очень аккуратно ввиду хрупкости, зато стекло обладает абсолютной химической инертностью, а также позволяет наблюдать за происходящим внутри узла, что способствует более качественной регуляции процесса перегонки самогона.

Как сделать прямоточный холодильник для самогонного аппарата своими руками

Изготовление охладителей из полимерных материалов и металлических элементов на критически важных участках приобретает все большую популярность из-за сочетания хорошей функциональности, умеренной стоимости и относительной легкости в изготовлении, особенно в сравнении со сварными моделями.

Так для холодильника из полипропиленовой трубы и фитингов, который обойдется примерно в 10$, понадобятся такие материалы:

Процесс изготовления протекает следующим образом:

При обустройстве всех соединений нужно не забывать использовать герметик. А о том, как изготовить , который является альтернативным типом охладителя, можно узнать в отдельной статье.

Мелкие тонкости

• Оптимальной длиной для металлического прямоточника, используемого на небольшом самогонном аппарате с кубом 25-30 литров, является 50-60 см.
• Чем тоньше стенка медной трубы, тем быстрее тепло переходит в охладительную жидкость, поэтому толщина в 1 мм является предпочтительной.
• Односторонний зазор между трубой и кожухом должен быть не менее 1-1.5 мм.
• При подборе полипропиленовой трубы стоит обратить внимание на толщину ее стенки, чтобы выдержать внутренний зазор. Так, у трубы с внешним диаметром 20 мм, стенка толщиной 3.5 мм, что определяет внутренний диаметр в 13 мм. У 25 мм полимерной трубы, толщина стенки 4.2 мм, что соответствует внутреннему диаметру в 16.6 мм. Изделие подбирается в соответствии с медной трубкой и ее габаритами.
• Более эффективная работа охладителя предполагает движение пара навстречу потоку воды, поэтому входным патрубком в холодильнике должен быть тот, который дальше от входного патрубка с паром.
• Пространственное расположение холодильника должно быть таковым, чтобы конденсат свободно стекал в емкость для сбора. Это либо вертикальное расположение, либо диагональное. Таким образом охладитель работает с высокой эффективностью и защищен от образования конденсатных пробок.
• Медная трубка должна очищаться после каждой перегонки, например ершиком и горячей водой, иначе под воздействием окислительных процессов начнет образовываться токсичный медный купорос.

Выбор холодильника для самогонного аппарата должен основываться на его мощности. Это касается как конструкционных особенностей узла, так и выбора материала.

Оптимальным вариантом для любого самогонного аппарата продолжает оставаться прямоточный холодильник с медным теплообменным элементом, при этом кожух такого охладителя можно изготовить из водопроводной или канализационной трубы для экономии средств.

Главной альтернативой остается пищевая нержавеющая сталь, имеющая огромный амортизационный ресурс и высокую химическую инертность, но ее сложно обрабатывать, в результате чего самостоятельное изготовление достаточно сложное и требует как навыков, так и специального оборудования.

Самогонный аппарат в классическом варианте состоит из двух главных частей: перегонного куба и охладителя со змеевиком .

В этом модуле аппарата испарившийся из куба спирт превращается в дистиллят: пары охлаждаются, конденсируются и стекают в приемную емкость уже готовым домашним крепким алкоголем. Без хорошего холодильника получение самогона связано с определенными сложностями:

• теряется часть не конденсированного спирта, уходящего в состоянии пара;
• ухудшается органолептика конечного продукта (его аромат и вкус);
• возникает опасность пожара и взрыва, поскольку спирт – вещество легко воспламеняющееся.

«Внешность» и функциональность охладителя несколько отличается в зависимости от вида.

Устройство и принцип работы

Воздушный охладитель мы рассматривать не будем – он малопродуктивный и все работы изобретателей в этом направлении пока стабильного результата не дают. А охладители, в которых функцию конденсации берет на себя холодная вода, работают примерно одинаково, хотя и отличаются устройством.

Вот главные детали:

1. Герметичный корпус – цилиндрический в проточном охладителе. Продуман подвод холодной воды и отвод нагретой, отработанной. Нижний штуцер предназначен для холодной воды.

Внимание. Цилиндр проточного холодильника устанавливается вертикально или под углом не менее 45°. Только прямоточные допускается устанавливать почти горизонтально с легким уклоном от куба к приемной емкости. Связано это правило с накапливанием в змеевике в процессе дистилляции спирта. Не имея возможности свободно стекать, он скапливается в нижней части витков змеевика. Это чревато взрывом.

1. Внутреннее наполнение зависит от вида. Это может быть:

• змеевик, навитый спирально;
• прямая труба;
• соединение из нескольких трубок внутри корпуса.

1. Соединительные трубки . Для подвода воды используются силиконовые или ПВХ трубки. С перегонным кубом охладитель обычно крепится нержавеющей трубкой.

Виды

Вы еще помните «дедовский» охладитель, состоящий из намотанного (иногда – буквально из трубы раскладушки) змеевика, расположенного в корыте с холодной водой? На смену «архивным» экземплярам пришли другие конструкции:

1. Классический проточный . Это закрытая емкость-цилиндр, внутри которой находится змеевик.
2. Проточный прямоточный . Вместо змеевика внутри — прямая трубка.
3. Непроточный . Современные охладители этого типа выпускают в двух разновидностях:

• с емкостью для холодной воды, в которую встроен змеевик;
• без емкости. Его помещают в подходящее по объему ведро, кастрюлю и т.п.

1. Кожухотрубный . Более сложная конструкция, зато обеспечивающая дополнительную очистку и укрепление самогона.

Какой лучше?

Подбор холодильника зависит от конкретных условий. В городской квартире или частном доме при наличии водоснабжения лучшим выбором станет проточная конструкция выбранного вами вида. Самым продуктивным считается кожухотрубный.

Для дачи и местности, где водоснабжение нестабильное или отсутствует, прекрасно подойдет непроточный.

Как изготовить холодильник в домашних условиях?

Умельцы создают в домашних мастерских самогонные аппараты, не уступающие заводским образцам. И разработали несколько вариантов охладителей.

Выбор материала

При создании холодильника понадобятся материалы:

1. Варианты для корпуса:

• листовая нержавеющая сталь;
• труба из нержавейки;
• сантехническая труба.

1. Для подвода и отвода воды – штуцера или вваренные тонкие трубки.
2. Внутреннее наполнение выбирайте из таких вариантов:

• змеевик из нержавеющей стали либо меди;
• одна прямая медная или нержавеющая трубка;
• несколько трубок при кожухотрубной конструкции.

Важно. Если для корпуса холодильника материал особого значения не имеет, то для внутренней трубки необходимо брать только пищевую нержавеющую сталь либо медь. Пищевая нержавейка не вступает в реакцию с компонентами , а медь отбирает сернистые соединения, что особенно важно при перегонке зерновой браги.

1. Заглушки на корпус с возможностью подключения пароотводной трубки.

Делаем прямоточный

Состоит из прямой трубки и водяной рубашки вокруг него. На первый взгляд такая конструкция кажется «неправильной», поскольку змеевик – более привычный. На самом деле, прямоточник имеет перед ним несколько преимуществ:

• Выше КПД, поскольку охладитель чутко и быстро реагирует на увеличение или уменьшение напора воды.
• Исключена возможность брызгоуноса. Объясняется это физическими свойствами конструкции. При использовании змеевика возможно возникновение конденсатных пробок, что приводит к резким изменениям давления в кубе. В результате происходит выброс пены.
• Простота конструкции.

Трубка нужна 2-3 см диаметром и длиной 30 см.

Возможно это проще, но далеко не безопасно. Поливинилхлорид допустим только там, где происходит контакт с холодной водой.

Здесь же мы имеем дело с горячим паром с температурой выше 80°С и неизвестно, что попадет в дистиллят после «горячего» контакта пара и ПВХ.

Создание змеевикового типа

Для создания охладителя этого типа необходимо навить змеевик, помещающийся в кожух. Но так, чтобы витки не соприкасались между собой и между стенкой охладителя и змеевиком был зазор не менее 5 мм., чтобы вода могла свободно циркулировать.

Для змеевика нужна трубка из нержавейки, меди или латуни. Длина – около 2 м, внутренний диаметр – 8-12 мм, толщина стенок – 1-1,1 мм.

Для корпуса – сантехническая труба 80 мм.

1. Имея все материалы, изготовьте змеевик.

Совет. Чтобы трубка при навивке не сплющилась, вначале набейте ее песком и зажмите концы, чтобы песок не высыпался, или установите деревянные пробки.

Теперь смело приступайте к навивке змеевика. По завершению откройте концевики трубки и хорошенько промойте.

1. ПВХ трубку оснастите двумя штуцерами для подвода и отвода воды.
2. Установите змеевик в корпус.
3. Выведите концы змеевика в подготовленные отверстия в заглушках.
4. Заглушите холодильник, герметизируйте соединения со змеевиком, используя суперклей или герметик.

Перед подсоединением к аппарату проверьте холодильник на герметичность. Используйте для подключения змеевика к кубу силиконовые или трубки из нержавейки. Для подвода воды подходят и шланги ПВХ.

Кожухотрубный для самогонного аппарата

Кожухотрубный – наиболее распространенный в промышленности тип холодильника. Объединяет в себе преимущества прямоточника и змеевика.

Конструкция и особенности работы

Кожухотрубный холодильник еще называют разновидностью прямоточного охладителя . Только вместо одной трубы внутри кожуха – несколько. Также часто внутри устанавливают перегородки, которые по ступеням распределяют охлаждающую жидкость (воду) в корпусе охладителя.

Они равняются радиусу трубок и призваны направлять конденсированные потоки флегмы горизонтально. Это существенно увеличивает мощность теплообмена и КПД. Кроме того перегородки увеличивают жесткость всей конструкции.

Важно. Если в кожухотрубном охладителе нечетное количество перегородок, входной и выходной патрубки для подачи/отвода воды устанавливают с одной стороны кожуха. При четном количестве перегородок – с разных сторон.

Теплообменниками в этой конструкции выступают внутренние трубы, куда поступают пары алкоголя, нагретые в перегонном кубе. А в оставшемся пространстве кожуха циркулирует холодная вода.

Кожухотрубный холодильник устанавливается в системе вертикально. Пары спирта, попадая в трубы, охлаждаются и частично укрепляются, отправляя обратно в куб сивушные масла и лишнюю воду. В отбор прорываются только чистые спиртовые пары.

Дефлегматоры-холодильники этого типа при небольших размерах обеспечивают отличную скорость охлаждения и, соответственно, перегона. При этом количество сивушных масел в конечном продукте будет минимальным.

Орошение флегмой происходит одновременно по всем трубкам (их бывает от трех до семи), а это дает высокие показатели крепости и чистоты конечного продукта.

Применение

Кожухотрубные холодильники нашли применение в обычных самогонных аппаратах, а также в и ректификационных колоннах.

На первом месте в автономных системах охлаждения – именно кожухотрубник, поскольку у него снижены требования к напору воды. Для обеспечения качественной работы достаточно аквариумного насоса китайского производства. При высокой мощности нагрева альтернативы кожухотрубному охлаждению и вовсе нет.

Для воссоздания в домашних условиях требуются не только навыки слесаря и сварщика, но и точные расчеты в зависимости от имеющихся материалов и желательной производительности.

Чуть ошибившись с расчетами, которые учитывают мощность нагрева, скорость пара, сечение трубок и другие параметры, вы рискуете создать неработоспособную установку. Одна ошибка повлечет за собой захлебывание и сведет все попытки очистить самогон во время перегона на нет.

Поэтому при недостаточном опыте, сомнениях в правильности расчета лучше и дешевле купить готовый кожухотрубный холодильник.

Без качественно работающего охладителя невозможно получить самогон высокого качества без сивушных масел и эфирных соединений. Поэтому к его изготовлению или покупке подойдите ответственно.

Это – главный элемент перегонной системы, помогающий получить прекрасный по органолептике дистиллят. Если статья была вам полезной – ставьте лайки и комментируйте.

Самый распространенный в промышленности тип теплообменника – кожухотрубник. Вариант его конструктивного исполнения зависит от задач, стоящих перед пользователями. Кожухотрубник не обязательно должен быть многотрубным – обычный рубашечный дефлегматор, прямоточный (а) или противоточный (б) холодильник типа «труба в трубе» — это тоже кожухотрубники.

Применяются и одноходовые теплообменники с перекрестноточным движением теплоносителей (в). Но наиболее эффективна и часто используемая для многотрубных теплообменников – многоходовая перекрестноточная схема (г).

При этой схеме один поток жидкости или пара движется по трубам, а навстречу ему зигзагообразно, многократно пересекая трубы, движется второй теплоноситель. Это гибрид противоточного и перекрестного вариантов, который позволяет сделать теплообменник максимально компактным и эффективным.

Принцип работы кожухотрубных теплообменников и сфера их применения

В самогоноварении многоходовые перекрестноточные холодильники принято называть кожухотрубниками (КХТ), а их однотрубный вариант – противо- или прямоточным холодильником. Соответственно, при использовании этих конструкций в качестве дефлегматоров — кожухотрубными и рубашечными дефлегматорами.

В домашних самогонных аппаратах, бражных и ректификационных колоннах подачу пара осуществляют в эти теплообменники по внутренним трубам, а охлаждающей воды – в кожух. Любого промышленного конструктора-теплотехника это бы возмутило, так как именно в трубах можно создать высокую скорость теплоносителя, значительно увеличив теплоотдачу и КПД установки. Однако у винокуров свои цели и не всегда нужен высокий КПД.

Например, в дефлегматорах для паровых колонн, наоборот, требуется смягчить градиент температур, размазать зону конденсации как можно больше по высоте, и, сконденсировав необходимую часть пара, не допустить переохлаждения флегмы. Да еще и точно регулировать этот процесс. На первый план выходят совсем другие критерии.

Среди применяемых в самогоноварении холодильников наибольшее распространение получили змеевики, прямоточники и кожухотрубники. Каждый из них имеет свою сферу использования.

Для аппаратов с низкой (до 1,5-2 л/час) производительностью наиболее рационально применение небольших проточных змеевиков. При отсутствии проточной воды змеевики тоже дают фору другим вариантам. Классический вариант – змеевик в ведре с водой. Если есть водопровод и производительность аппарата до 6-8 л/ч, то преимущество имеют прямоточники, сконструированные по принципу «труба в трубе», но с очень малым кольцевым зазором (около 1-1,5 мм). На паровую трубу спиралевидно навивают проволоку с шагом 2-3 см, которая центрирует паровую трубу и удлиняет путь охлаждающей воды. При мощностях нагрева до 4-5 кВт это самый экономичный вариант. Кожухотрубник, безусловно, может заменить прямоточник, но стоимость изготовления и расход воды будет повыше.

Кожухотрубник выступает на первый план при автономных системах охлаждения, поскольку совершенно нетребователен к давлению воды. Как правило, обычного аквариумного насоса хватает для успешной работы. Кроме того, при мощностях нагрева от 5-6 кВт и выше кожухотрубный холодильник становится практически безальтернативным вариантом, так как длина прямоточного холодильника для утилизации высоких мощностей будет нерациональной.

Кожухотрубный дефлегматор

Для дефлегматоров бражных колонн ситуация несколько иная. При малых, до 28-30 мм, диаметрах колонн наиболее рационален обычный рубашечник (в принципе тот же кожухотрубник).

Для диаметров 40-60 мм лидером становится Это высокоточный охладитель с четкой регулируемостью мощностью и абсолютной несклонностью к завоздушиванию. Димрот позволяет настроить режимы с наименьшим переохлаждением флегмы. При работе с насадочными колоннами он, благодаря своей конструкции, дает возможность центрировать возврат флегмы, наилучшим образом орошая насадку.

Кожухотрубник выходит на передний план при системах автономного охлаждения. Орошение насадки флегмой происходит не в центре колонны, а по всей плоскости. Это менее эффективно чем у Димрота, но вполне допустимо. Расход воды при таком режиме у кожухотрубника будет ощутимо выше нежели у Димрота.

Если нужен конденсатор для колонны с жидкостным отбором, то Димрот вне конкуренции за счет точности регулировки и малого переохлаждения флегмы. Кожухотрубник также применяют для этих целей, но переохлаждения флегмы трудно избежать и расход воды будет выше.

Основной причиной популярности кожухотрубников у производителей бытовых аппаратов является то, что они более универсальны в использовании, а их детали легко унифицируются. Кроме того, применение кожухотрубных дефлегматоров в аппаратах типа «конструктор» или «перевертыш» вне конкуренции.

Расчет параметров кожухотрубного дефлегматора

Расчет необходимой площади теплообмена можно выполнить по упрощенной методике.

1. Определить коэффициент теплопередачи.

Наименование	Толщина слоя h, м	Удельная теплопроводность λ, Вт/(м*К)	Термическое сопротивление R, (м 2 К)/Вт
Зона контакта металла с водой (R1)			0,00001
	0,001	17	0,00006
Флегма (средняя толщина пленки в зоне конденсации для дефлегматора 0,5 мм, для холодильника – 0,8 мм), (R3)	0,0005	1	0,0005
			0,0001
			0,00067
		1493

Формулы для расчетов:

R = h / λ, (м2 К)/Вт;

Rs = R1 + R2 + R3 + R4, (м2 К)/ Вт;

К = 1 / Rs, Вт/ (м2 К).

2. Определить среднюю разницу температур между паром и охлаждающей водой.

Температура насыщенного спиртового пара Тп = 78,15 °C.

Максимальная мощность от дефлегматора нужна в режиме работы колонны на себя, что сопровождается максимальной подачей воды и минимальной её температурой на выходе. Поэтому примем, что температура воды на входе в кожухотрубник (15 — 20) — Т1 = 20 °C, на выходе (25 — 40) — Т2 = 30 °C.

Твх = Тп — Т1;

Твых= Тп — Т2;

Среднюю температуру (Тср) посчитаем по формуле:

Тср = (Твх — Твых) / Ln (Твх / Твых).

То есть, в нашем случае округленно:

Твых = 48°C.

Тср = (58 — 48) / Ln (58 / 48) = 10 / Ln(1,21) = 53 °C.

3. Рассчитать площадь теплообмена. Исходя из известного коэффициента теплопередачи (К) и средней температуры (Тср), определяем необходимую площадь поверхности для теплообмена (Sт) для требуемой тепловой мощности (N), Вт.

Sт = N / (Tср * К), м 2 ;

Если нам, к примеру, нужно утилизировать 1800 Вт, то Sт = 1800 / (53 * 1493) = 0,0227 м 2 , или 227 см 2 .

4. Геометрический расчет. Определимся с минимальным диаметром трубок. В дефлегматоре флегма идет навстречу пару, поэтому необходимо соблюсти условия для её свободного стекания в насадку без излишнего переохлаждения. Если сделать трубки слишком малого диаметра, можно спровоцировать захлеб или выброс флегмы в зону над дефлегматором и дальше в отбор, тогда о хорошей очистке от примесей можно будет просто забыть.

Минимальное суммарное сечение трубок при заданной мощности посчитаем по формуле:

Sсеч = N * 750 / V, мм 2 , где

N – мощность (кВт);

750 – парообразование (см 3 / с кВт);

V – скорость пара (м/с);

Sсеч – минимальная площадь поперечного сечения трубок (мм 2)

При расчетах дистилляторов колонного типа мощность нагрева выбирают исходя из максимальной скорости пара в колонне 1-2 м/с. Считается, что если скорость превысит 3 м/с, то пар будет гнать флегму вверх по колонне и забрасывать в отбор.

Если нужно утилизировать в дефлегматоре 1,8 кВт:

Sсеч = 1,8 * 750 / 3 = 450 мм 2 .

Если делать дефлегматор с 3 трубками, значит, площадь сечения одной трубки не меньше 450 / 3 = 150 мм 2 , внутренний диаметр – 13,8 мм. Ближайший больший из стандартных размеров труб – 16 х 1 мм (внутренний диаметр 14 мм).

При известном диаметре труб d (см) находим минимально необходимую их суммарную длину:

L= Sт / (3,14 * d);

L= 227/ (3,14* 1,6) = 45 см.

Если сделаем 3 трубки, то длина дефлегматора должна быть около 15 см.

Длину корректируют учитывая, что расстояние между перегородками должно примерно равняться внутреннему радиусу корпуса. Если число перегородок будет четным, то патрубки для подачи и слива воды окажутся на противоположных сторонах, а если нечетным – на одной стороне дефлегматора.

Увеличение или уменьшение длины труб в пределах величины радиуса бытовых колонн не создаст проблем с управляемостью или мощностью дефлегматора, так как соответствует погрешностям при расчете и может быть компенсировано дальнейшими конструктивными решениями. Можно рассмотреть варианты с 3, 5, 7 и более трубками, затем выбрать со своей точки зрения оптимальный.

Конструктивные особенности кожухотрубного теплообменника

Перегородки

Расстояние между перегородками ориентировочно равно радиусу корпуса. Чем меньше это расстояние, тем больше скорость потока и меньше возможность возникновения застойных зон.

Перегородки направляют поток поперек трубок, это ощутимо увеличивает КПД и мощность теплообменника. Также перегородки препятствуют прогибу трубок под воздействием тепловых нагрузок и увеличивают жесткость кожухотрубного дефлегматора.

В перегородках вырезают сегменты для прохода воды. Сегменты должны быть не меньше площади сечения патрубков для подачи воды. Обычно эта величина составляет около 25-30% от площади перегородки. В любом случае, сегменты должны обеспечить равенство скорости воды по всей траектории движения, как в трубном пучке, так и зазоре между пучком и корпусом.

Для дефлегматора, несмотря на его небольшую (150-200 мм) длину, есть смысл сделать несколько перегородок. Если их число будет четным, штуцеры окажутся на противоположных сторонах, если нечетным – на одной стороне дефлегматора.

При установке поперечных перегородок важно обеспечить как можно меньший зазор между корпусом и перегородкой.

Трубки

Толщина стенок трубок особого значения не имеет. Разность коэффициента теплопередачи для толщины стенки 0,5 и 1,5 мм ничтожно мала. По факту трубки являются термически прозрачными. Выбор между медью и нержавейкой, с точки зрения теплопроводности, также теряет смысл. При выборе нужно исходить из эксплуатационных или технологических свойств.

При разметке трубной доски руководствуются тем, что расстояния между осями трубок должно быть одинаковым. Обычно их размещают в вершинах и по сторонам правильного треугольника или шестиугольника. По этим схемам при одном и том же шаге возможно разместить максимальное количество трубок. Центральная трубка чаще всего становится проблемной, если расстояния между трубками в пучке не одинаковы.

На рисунке показан пример правильного расположения отверстий.

Для удобства сварки расстояние между трубками не стоит делать меньше 3 мм. Для обеспечения прочности соединений материал трубной решетки должен быть более твердым, чем материал труб, а зазор между решеткой и трубами – не более 1,5% от диаметра труб.

При сварке концы труб должны выступать над решеткой на расстояние равное толщине стенки. В наших примерах – на 1 мм, это позволит сделать качественный шов, оплавив трубу.

Расчет параметров кожухотрубного холодильника

Главное отличие кожухотрубного холодильника от дефлегматора состоит в том, что флегма в холодильнике течет в одном направлении с паром, поэтому слой флегмы в зоне конденсации увеличивается от минимального до максимального более плавно, а средняя его толщина несколько больше.

Для расчетов рекомендуем задавать толщину, равную 0,8 мм. В дефлегматоре же все наоборот – вначале толстый слой флегмы, слившейся со всей поверхности, встречает пар и практически не дает ему полноценно конденсироваться. Затем, преодолев этот барьер, пар попадает в зону с минимальной, порядка 0,5 мм толщиной, пленки флегмы. Это толщина на уровне её динамического удержания, конденсация происходит, в основном, в этой зоне.

Приняв среднюю толщину слоя флегмы равной 0,8 мм, на конкретном примере рассмотрим особенности расчета параметров кожухотрубного холодильника по упрощенной методике.

Наименование	Толщина слоя h, м	Удельная теплопроводность λ, Вт/(м*К)	Термическое сопротивление R, (м 2 К)/Вт
Зона контакта металла с водой, (R1)			0,00001
Металл трубок (нержавейка λ=17, медь – 400), (R2)	0,001	17	0,00006
Флегма, (R3)	0,0008	1	0,001
Зона контакта металла с паром, (R4)			0,0001
Суммарное термическое сопротивление, (Rs)			0,00117
Коэффициент теплопередачи, (К)		855,6

Максимальные требования по мощности к холодильнику предъявляет первая перегонка, для которой и делают расчет. Полезная мощность нагрева – 4,5 кВт. Температура воды на входе – 20 °C, на выходе – 30 °C, пара – 92 °C.

Твх = 92 — 20 = 72 °C;

Твых = 92 — 30 = 62 °C;

Тср = (72 — 62)/ Ln (72 / 62) = 67 °C.

Площадь теплообмена:

Sт = 4500 / (67 * 855,6) = 787 см².

Минимальная суммарная площадь сечения труб:

S сеч = 4.5*750/10= 338 мм²;

Выбираем 7-ми трубный холодильник. Площадь сечения одной трубы: 338 / 7 = 48 мм или внутренний диаметр 8 мм. Из стандартного ассортимента труб подходит 10х1 мм (с внутренним диаметром 8 мм).

Внимание! При расчете длины холодильника нужен внешний диаметр – 10 мм.

Определяем длину трубок холодильника:

L= 787 / 3,14 / 1 = 250 см, следовательно, длина одной трубки: 250 / 7 = 36 см.

Проводим уточнение длинны: если корпус холодильника выполнен из трубы с внутренним диаметром 50 мм, то между перегородками должно быть 25 мм.

36 / 2,5 = 14,4.

Следовательно, можно сделать 14 перегородок и получить патрубки ввода-вывода воды в разные стороны, или 15 перегородок и патрубки будут смотреть в одну сторону, также слегка подрастет мощность. Выбираем 15 перегородок и корректируем длину трубок до 37,5 мм.

Чертежи кожухотрубных дефлегматоров и холодильников

Производители не спешат делиться своими чертежами кожухотрубных теплообменников, а домашние мастера не особо в них нуждаются, но всё же некоторые схемы есть в публичном доступе.

Послесловие

Не следует забывать, что всё вышесказанное – теоретический расчет по упрощенной методике. Теплотехнические расчеты намного сложней, но в реальном бытовом диапазоне изменения мощностей нагрева и других параметров методика дает корректные результаты.

На практике коэффициент теплопередачи может оказаться другим. Например, из-за повышенной шероховатости внутренней поверхности труб слой флегмы станет выше расчетного, или холодильник будет расположен не вертикально, а под углом, что изменит его характеристики. Вариантов много.

Расчет позволяет достаточно точно определить размеры теплообменника, проверить как повлияет на характеристики изменение диаметра труб и без лишних затрат отвергнуть все негодные или гарантированно худшие варианты.

Змеевик для самогонного аппарата является неотъемлемой его частью. В змеевике происходит конденсация паров спиртосодержащей жидкости, и от его нормальной работы зависит как производительность аппарата, так и качество .

Назначение устройства

Процесс самогоноварения является дистилляцией. Состоит он из двух основных этапов:

• испарение;
• конденсация.

Испарителем в конструкции аппарата является перегонный куб. Внутрь него заливается , после чего куб нагревается с помощью ТЭНов или на огне. Содержащийся в браге спирт имеет более низкую температуру кипения, поэтому он начинает испаряться раньше, чем вода. Спиртовые пары поступают в змеевик, который соединен герметичной трубкой с перегонным кубом. В такой схеме перегонки браги змеевик является холодильником, в нем и происходит охлаждение паров спирта и их конденсация. Конденсат, или дистиллят, собирается в отдельную емкость.

Сделать змеевик для самогонного аппарат своими руками не представляет особой сложности. В классическом виде это медная трубка, скрученная в виде спирали и помещенная в бак с холодной водой. Конструкции, материалы и варианты исполнения змеевиков могут быть различными, главное, чтобы они справлялись со своей непосредственной задачей, т.е. максимально эффективно охлаждали пары спиртосодержащей жидкости.

Лучшие материалы

Спиртовые пары, нагретые до высокой температуры, являются агрессивной средой, поскольку спирт — сильный растворитель. Поэтому для изготовления охладителя нужно использовать материалы, устойчивые к такому вредному воздействию. Лучше всего для этой цели подходят:

• медь;
• нержавеющая сталь;
• стекло.

Медный змеевик наиболее прост в изготовлении. Делается он из трубки диаметром 8-10 мм, которая сворачивается спиралью в 5-6 оборотов и вертикально помещается в бак с водой. Такая схема позволит конденсату стекать самотеком.

Охладитель-змеевик из нержавейки сделать сложнее только из-за того, что нержавейка более жесткий материал по сравнению с медью. Гнется она плохо, велик риск замятия или излома трубки. К тому же паять ее гораздо сложнее. Использовать нержавейку предпочтительнее при изготовлении прямоточных холодильников.

Стеклянный змеевик сделать своими руками не получится, если только мастер не обладает возможностями стеклодува. Поэтому если использовать стекло, то в качестве охладителя целесообразней взять лабораторный шариковый или спиральный холодильник. Кроме абсолютной инертности к парам спирта, стеклянный дистиллятор позволяет наблюдать за процессом конденсации паров.

Технология изготовления змеевика

Перед тем как сделать холодильник для самогонного аппарата со спиральным змеевиком, нужно определить, какой будет его конструкция. Она должна выбираться в зависимости от доступности воды и возможности ее подключения. Если нет возможности подключить к охладителю проточную воду, размеры его нужно увеличивать, чтобы обеспечивать качественное охлаждение и конденсацию пара.

При отсутствии проточной воды сделать охладитель для самогонного аппарата своими руками проще всего из бака емкостью 25-30 л и медной трубки. Ее наматывают спиралью, чуть меньшей по размеру, чем внутренний диаметр бака. Вывод трубки змеевика делается внизу сквозь стенку бака, отверстие в месте вывода герметизируется.

На время работы аппарата бак заполняется холодной водой. В процессе перегона температура воды в баке будет повышаться, это будет снижать эффективность охлаждения. Поэтому воду из бака нужно будет периодически удалять, добавляя вместо нее холодную.

Если есть возможность подключить проточную воду, лучше сделать холодильник как можно более компактным. В этом случае спираль змеевика можно наматывать меньшими по диаметру и более плотными витками, что не отразится на качестве охлаждения. Для рубашки охлаждения можно использовать, например, отрезок полиэтиленовой сантехнической трубы.

Рассмотрим, как сделать змеевик для самогонного аппарата с проточным холодильником. Для навивки змеевика подойдет медная трубка диаметром 10-12 мм и толщиной 1 мм, ее потребуется примерно 1,5-2 м. Спираль нужно намотать на оправку диаметром 20 мм, оставляя зазор между витками 3-5 мм. С обоих концов спирали нужно оставить прямые отрезки трубки 60-80 мм. Теперь можно взять кусок полиэтиленовой сантехнической трубы диаметром 55 мм. Ее длина подбирается с таким расчетом, чтобы змеевик полностью находился в трубе, а трубки спирали выходили наружу.

С торцов труба охладителя закрывается пробками. В них делается отверстия по диаметру змеевика. Для подвода проточной воды с концов рубашки охлаждения врезаются два штуцера. Сделать охладитель для такой конструкции можно и из нержавеющей трубки, но наматывать нержавейку, а особенно тонкостенную, гораздо труднее.

Что лучше — змеевик или прямоточник

Однозначного ответа на вопрос, какая конструкция змеевика лучше, спиральная или прямоточная, не существует. Прямоточник хорош тем, что его сопротивление пару меньше, чем у спирального охладителя, особенно с малым диаметром проходного сечения.

Спиральный змеевик, а особенно горизонтально или наклонно расположенный, из-за пароводяных пробок создает в системе колебания давления, которое может привести к резкому вспениванию браги и забросу ее в холодильник. Сопротивление спирального холодильника увеличивает давление внутри перегонного куба, а это приводит к повышению температуры и повышенному испарению не только воды, но и тяжелых фракций, что ухудшает качество и крепость конечного продукта.

Прямоточный охладитель лишен этих недостатков. Он практически не создает противодавления и позволяет избежать резкого вспенивания браги. При всех достоинствах прямоточный холодильник для самогонного аппарата имеет существенный недостаток — размеры.

Чтобы обеспечить эффективное охлаждение, холодильник должен быть или длинным, или толстым за счет того, что пар проходит по нескольким параллельно идущим трубкам. Однако такой холодильник гораздо сложнее изготовить, поскольку конструкция должна обеспечивать возможность разделения потока пара по трубкам охладителя, а затем снова собирать конденсат в одну трубу.

Нержавеющие трубки для самогонного аппарата, из которых традиционно изготавливают охладитель, трудно паять, обработка нержавейки доставляет много проблем из-за ее жесткости. Сварить такой прямоточник без специального оборудования и материалов невозможно. Своими руками проще сделать самогонный аппарат со змеевиком из медной трубки.

Перегонка без холодильника

Изготовление змеевиков — сложный процесс. При перегонке можно обойтись и без охладителя. Процесс дистилляции — это непрерывный тепло-массообмен, и испаряемый в перегонном кубе пар несет с собой некий запас тепловой энергии. Эту теплоту он должен отдать, чтобы конденсироваться и превратиться в жидкость. Чтобы пар смог отдать тепло и конденсироваться, у перегонного устройства должен быть длинный прямоточный холодильник, который успевал бы отводить тепло в окружающий воздух. Такая схема осуществима, например, если расположить холодильник за окном, а перегонку делать зимой.