Наполнители для ректификационных колонн. Как выбрать царгу к самогонному аппарату, бражной или ректификационной колонне Купить медный наполнитель для царги

Чтобы получить высококачественный алкогольный напиток в домашних условиях, требуется соответствующее оборудование. Классического перегонного куба для этих целей недостаточно, так как вместе с парами спирта в продукт попадают пары сивушных масел и летучие эфиры.

Именно они придают самогону противный запах, привыкание и похмельную головную боль.

Кардинально новый шаг в домашнем самогоноварении — появление аппаратов колонного типа.

Важно! На перегонный куб вместо сухопарника устанавливается царга — полая трубка, набитая мелкой сеткой из нержавеющей стали или засыпанная мелкими кусочками металла спирально-призматической формы.

Суть усовершенствования в принципе дефлегмации.

Дефлегмация — осаждение паров и стекание их внутрь куба:

• В царге происходит важный процесс — «выстраивание» паров по этажам.
• Чем легче пары, тем выше по царге они способны прорваться.
• Нам нужно, чтобы тяжелые вонючие сивушные пары осаживались внизу, а чистые спиртовые пары поднимались вверх, где находится узел отбора.

На видео рассказано подробнее,что такое царга и для чего она нужна в самогонном аппарате:

Виды

Царга — основа для бражных и пленочных ректификационных колонн. Она бывает трубчатая и тарельчатая. Физика явлений в этих устройствах отличается.

В трубчатой царге пары превращаются в конденсат на стенках и поверхности насадки. Пары беспрепятственно возвращаются назад, в куб, попутно испаряясь. Работает механизм тепломассообмена.

1. Минус этой царги — большая длина, громоздкость и сложность выстраивания флегмы по уровням.
2. Плюс — простота устройства.

В тарельчатой царге пары оседают на поверхности сеточки. Поступающие снизу пары проходят через скопившийся слой флегмы, происходит барботаж.

Флегма пропускает легкие пары, тяжелые остаются в жидком виде. Тарелок в зависимости от диаметра и типа царги может быть от 3 до 12.

1. Минус этой царги — сложность изготовления, необходимость участков из стекла для контроля барботажа и уровня флегмы на тарелках.
2. Плюс — компактные размеры, высочайшее качество продукции.

Нюансы

Для умелого мастера сделать царгу своими руками не представляет проблем.

Чтобы получилась отличная вещь, нам потребуется:

1. Материалы. Медь лучше обрабатывается, но очень дорога. Нержавейка потребует помощи сварщика-«аргонщика», но найти нержавеющие трубы значительно проще. В качестве соединителя для медных труб отлично подойдут латунные сантехнические соединения, нержавейку лучше соединять клампами.
2. Инструменты. Отрезать ровно трубу поможет роликовый труборез, но он не всем доступен. Поэтому пользуемся «болгаркой», наждачной бумагой для зачистки заусенцев. Для спайки труб из меди потребуется газовая горелка, припой и флюс. Нержавеющую сталь придется сваривать либо аппаратом «TIG», либо специальными электродами для нержавейки.
3. Навыки. Спаять медные трубы несложно — теорию пайки можно посмотреть на специализированных сайтах или у блогеров. Работать с нержавейкой сложнее — при сварке электродом очень легко проделать дыру, а сварка неплавящимся электродом в среде аргона требует опыта и навыка. Перед проведением работ лучше потренироваться на обрезках или ненужных кусках.

Как сделать своими руками?

Сделать хорошую бражную или ректификационную колонну — довольно сложное и хлопотное дело. Если есть возможность приобрести надежное и испытанное устройство от производителя, результат получится более предсказуемый.

Аппарат заводского исполнения зачатую недоступен из-за высокой стоимости. Сделать царгу своими руками — доступнее и дешевле.

Расчет длины и диаметра

Для различной мощности требуется применение различного диаметра труб и длины.

Справка! Для дистилляции — получения спирта-сырца — подойдет труба длиной 0.5 — 1 метр. Диаметр не так важен.

Для ректификации параметры царги зависят от требуемой производительности, мощности нагревателя, объема куба. Существуют обширные формулы для расчетов, а также типовых решений. Для 3 КВт, 40-литрового куба потребуется царга длиной 1.5 метра, минимальным диаметром в 3 дюйма.

Домашнему мастеру самым доступным будет изготовление трубчатой царги. Она состоит из следующих элементов.

Корпус

В качестве может выступать тонкостенная труба из нержавеющей стали или меди.

Важно! Использование обычных труб, пластика или алюминия нежелательно — агрессивный «коктейль» химических соединений способен привести к разрушению трубы и примесям в конечном продукте.

Использование термостойкого лабораторного стекла оправдано в том случае, если есть необходимость визуального контроля над процессами. Стекло сложно обрабатывается, очень хрупко, но абсолютно не подвержено химическому разрушению.

Корпус лучше изготавливать коленчатым — составным из 2-3 частей. Это облегчит прочистку, а также позволит добиваться различного результата.

Соединения

Есть несколько способов, как соединить трубы.

• Сантехническая резьба . Наиболее простой и дешевый метод. При каждой сборке колонны колена «скручиваются» при помощи пакли или фум-ленты. Минус — громоздкость способа
• Стыковые муфты — «американка». Плоские развальцовки сжимаются резьбовыми гайками. Трубы герметизируются при помощи прокладок, их придется заменить на силиконовые — они не повреждаются от агрессивной среды.
• Кламповые хомуты. Трубы на стыках имеют расширения, которые обхватываются конусными хомутами. Самое удобное и быстроразъемное соединение. Пользуется популярностью, но в продаже найти сложнее.

Сетка для набивки

Чтобы спирально-призматическая набивка не высыпалась в перегонный куб, нужно сделать ограничительную сеточку внизу царги.

Главное свойство этой сеточки — она должна быть густой и сделанной из тонких нержавеющих проволочек. Так сечение трубы не уменьшится.

Применение в качестве ограничителя пластинки с насверленными отверстиями значительно ухудшит параметры колонны.

Ход работ

Подбираем нужные нам куски труб. Они должны быть нужного нам диаметра — от 24 до 60 мм. От диаметра зависит производительность аппарата и качество выходящей продукции.

Нарезаем трубы в размер.

Важно! Торцы должны быть ровными, косой срез может привести к наклону аппарата, что повлияет на качество работы всей системы.

Припаиваем оловянным припоем или привариваем соединители. Лучше использовать клампы — они надежнее.

Делаем сетку-ограничитель для СПН (спирально-призматической насадки). Нам нужен кусок трубы и оправка, диаметром на 1-2 мм. тоньше. В трубу вставляем сеточку, прижимаем оправкой — получается цилиндрик из сетки.

Царга собирается снизу вверх по коленам:

• Ставится ограничитель для насадки, первое колено присоединяется к кубу.
• Засыпается насадка, после чего устанавливается следующее колено.
• После использования царга обязательно промывается каустической содой и ершиком.

Утепление

В зависимости от применяемой технологии царгу нужно утеплить.

Если происходит обычная дистилляция, утепление царги не нужно. Улучшить результат при ректификации без утепления будет сложно.

В качестве утеплителя можно использовать сантехнические муфты из вспененного полиэтилена, лотки из пенополистирола. Крепить можно при помощи одноразовых хомутов или проволоки.

Посмотрите видео, в котором опытный самогонщик рассказывает, как правильно утеплить царгу:

Место устройства в дистилляторе

Самогонные аппараты бывают различных типов. Царга для получения спирта-сырца не требуется, достаточно сухопарника и охладителя.

Справка! Для получения благородных дистиллятов или чистого спирта без ректификационной колонны не обойтись. К царге в этом случае крепятся узлы отбора, охладители, перепускные клапана, датчики температуры и давления.

Царга — не просто труба. В ней происходит главные процессы — разделение спиртовых паров по фракциям, а также тепломассообмен — основы получения высококачественных спиртных напитков в домашних условиях.

В ректификационную колонну, можно засыпать разную насадку и она будет работать, но по разному. Выбирая наполнитель для колонны нужно учитывать ее характеристики (диаметр трубы, ее высота). Наполнители для ректификационной колонны бывают разные, наиболее популярные из них: (СПН) Селиваненко спирально призматическая насадка, (РПН) Панченкова, кольца Рашига, обычные кухонные мочалки из нержавеющей стали, битое стекло, и др.

Насадка необходима чтобы удержать на своей поверхности наибольший объем флегмы, так же дать возможность свободно проходить потоку спиртовых паров. Взаимодействуя между сбой флегма и пар обеспечивают разделение водно-спиртой смеси на различные фракции. Поэтому чем больше будет площадь у поверхности насадки тем лучше будет разделение.

1. СПН

Спирально-призматические наполнители были изобретены совсем недавно. СПН Селиваненко была первой из них. Сейчас появились некоторые модификации этой насадки, к примеру 10 гранная СПН Диогена. В настоящее время насадка спирально призматическая считается наиболее лучшей для применения в домашних самогонных апаратах и ректификационных колоннах. Для бытовых бражных колонн и дистилляторов лучше использовать медную СПН, по некоторым данным она смягчает вкус дистиллята.

СПН сделана из нержавеющей проволоки толщиной 0,2 0,25 и 0,3 мм. Состоит из отрезков 4х4; 3,5х3,5; 3х3 и 2х2 мм призматической спирали. Чем меньше насадка размером, тем выше качество получаемого продукта, но ниже производительность, а с крупной насадкой увеличивается скорость отбора, но ниже качество разделения.

Насадка засыпается в колонну слегка утрамбовывается каждые 10 см, для этого удобно использовать черенок лопаты. Для бытовой колонны проще закупить насадку, у проверенного продавца, т.к. последнее время появилось много подделок на рынке. Цена насадки СПН Селиваненко порядка 1500-2500 рублей за литр, 1 литр в зависимости от типа проволоки, весит примерно 1.2 кг.

Можно СПН изготовить и своими руками в домашних условиях. Для этого нужна проволока из нержавеющей стали, приспособление для намотки (обычно дрель или шуруповерт), готовую нарезанную насадку необходимо протравить.

Видео как можно делать СПН своими руками

2.РПН

Вторая по популярности насадка Панченкова используемая в домашних дистилляторах и самодельных ректификационных колоннах для увеличения крепости и увеличения степени очистки спирта. РПН (регулярная проволочная насадка) была создана в ОАО «Туполев». У этой насадки высокая эффективность, она используется во многих дорогих бытовых дистилляторах и рек.колоннах.

Удобна при использовании, свернутая в рулоны насадка легко вставляется и вынимается из колонны для чистки. РПН сплетена из нержавеющей нити толщиной 0,13 мм. Плетение зигзагом, очень тонкое, зазоры между нитями не более 1 мм. Используется в трубах с внутренним диаметром не менее 30 мм. Регулярная насадка отлично зарекомендовала себя у домашних винокуров.

3.Кольца Рашига

Кольца Рашига сделанные из керамики, металла или стекла с шероховатой поверхностью, что бы флегма дольше удерживалась на поверхности. Такой тип давно используются в ректификационных колоннах. Кольца Рашига менее популярны, но тем не менее применяется во многих в аппаратах в качестве насадки.

4.Мочалки

Самый бюджетный вариант насадки - обычные кухонные мочалки для раковин, которые продаются в любом супермаркете. Обычно их изготавливают из нержавеющей стали, поэтому будут пригодны в качестве наполнителя для колонн. Конечно качество спирта будет на порядок ниже, и при перегонке, от мочалок могут возникать изменения во вкусе и запахе спирта.

Процесс самогоноварения прост с точки зрения технологии. Качество конечного продукта зависит от показателей аппарата, в котором происходит процесс. Для их улучшения понадобятся дополнительные модули. Один из них - царга для самогонного аппарата.

Отличие самогона от сивухи - степень очистки. Если брага очищена плохо, то на выходе получается продукт, содержащий сивушные масла. Эти примеси придают напитку неприятный запах, вкус, а также награждают головной болью с утра потребителя.

Царга удаляет из спиртовых паров сивушные масла. Что такое царга в самогонном аппарате, знает любой опытный винокур. Это устройство помогает сделать конечный продукт в несколько раз чище уже после первой перегонки.

Необходимость установки

Для чего нужна царга в самогонном аппарате при домашнем самогоноварении? Каждый самогонщик, который в домашних условиях занимается перегонкой для себя, понимает, что чистота продукта - залог качества. Ректификационная царга в промышленных масштабах помогает получить спирт-сырец, но для дома можно использовать устройство и попроще.

Кроме очистки, царга придает крепость конечному продукту. На выходе получите напиток на несколько градусов крепче классического самогона.

Принцип действия царги

Принцип работы царги у самогонного аппарата схож с аналогичным у сухопарника. Оба устройства работают за счет конденсации паров с различной температурой кипения. Работает царга по следующей схеме:

1. Пар превращается в конденсат и стекает с головки модуля.
2. Пары движутся к конденсату. Скорость напрямую зависит от длины устройства. Чем длиннее, тем очистка лучше.
3. Конденсат питает пары.

Поскольку теплообмен идет постоянно, процесс очистки не прекращается.

Функции и особенности строения колонны

Есть у царги и другое название - . Но есть большое отличие, поскольку она имеет наполнитель. По сути, сама царга - колонна, которая устанавливается над перегонным кубом. Наполнителем может быть спираль из медной проволоки или простая мочалка из нержавейки. Последний вариант предпочтительней.

В итоге получается вполне полноценный фильтр, который поможет довести крепость напитка до 60°, а также качественно его очистить.

Как и любой фильтр, время от времени царгу снимают и прочищают. В противном случае на выходе получится невкусный напиток с резким запахом.

Как работает колонна?

Царга бывает длиной 15, 35 и 45 сантиметров. Соответственно и очищает по-разному. Степень очистки - 20, 50, 60-кратная. Допускается использование нескольких царг на одном самогонном аппарате, что еще усилит очищающий эффект.

При очистке конденсированная жидкость переходит снова в куб, а в холодильник поступает очищенный спирт. В любом случае использование царги на выходе дает в несколько раз более крепкий и чистый продукт, чем просто самогонный аппарат.

Можно ли заменить сухопарником?

Технически, конечно, можно. Но с точки зрения конечного продукта, не стоит этого делать. Царга в несколько раз эффективнее. Максимальная степень очистки при помощи сухопарника - 20 %, а при помощи царги - 60. Притом что принцип работы аналогичный, царга намного эффективнее и позволяет получить более высокую степень очистки и крепость самогона. Сухопарник сделать своим руками по стоимости выйдет не дешевле. А если не видно разницы в цене, то зачем пренебрегать качеством. Поэтому специалисты утверждают, что заменять царгу на сухопарник не следует.

Нужно ли утеплять?

Утепление - спорный вопрос. Каждый из винокуров сам решает, насколько это необходимо. Есть сторонники утепления, которые утверждают, что так поднимается производительность. Но многие, наоборот, доказывают, что модули должны быть охлаждены и даже создают специальные сквозняки возле аппарата. Поэтому утепление - индивидуальное дело каждого винокура. Утеплить можно как царгу, так и перегонный куб.

Как сделать своими руками?

Для домашнего самогоноварения можно сделать царгу своими руками. При этом не нужны сложные технические навыки. Можно создать разборный модуль из нескольких частей. Царга для самогонного аппарата своими руками обойдется намного дешевле, чем покупка готового модуля. При этом качество самоделки будет даже выше, чем технической детали. Сделать модуль может любой, кто обладает начальными знаниями и умениями. Конечно, идеально, если человек умеет обращаться с токарным станком, поскольку вручную на нержавейке трудно вырезать резьбу.

Алгоритм сборки следующий:

1. К верхней части трубы прикрепляем проводник.
2. Переворачиваем трубу и располагаем в нижней части другого проводника.
3. Дистиллятор прикрепляем сверху.
4. От нижней части следует отмерить 3,5 см, затем просверливаем в трубе отверстие.
5. Устанавливаем щуп от цифрового термометра.
6. В трубу помещаем мочалки из нержавейки и внизу закрепляем сито.

Все, самодельный модуль готов, начинайте делать алкогольный напиток, безопасный для здоровья.

Необходимые материалы

Чтобы сделать своими руками данный модуль, понадобятся:

1. Труба. Оптимальный вариант из нержавейки. Этот материал не поддается действию спиртов, масел и прочих веществ. Труба должна быть 35–45 см.
2. Проводник для крепления к ограничителю.
3. Сито.
4. 30 обычных хозяйственных мочалок.
5. Резинка от медицинской капельницы.

Набор материала обходится недорого, а потому конечная стоимость самодельного модуля порадует.

Изготовление наполнителя

Наполнитель покупаете на специальных сайтах или в магазинах, но также он легко может быть сделан и самостоятельно. Оптимальный вариант - мочалки из хозяйственных магазинов. Чтобы предметы не рассыпались и не вывалились, снизу обязательно закрепляется сетка с маленькими ячейками. Мочалки рекомендуется разрезать, а затем скрутить в спиральки. Заполнить трубу рекомендуется полностью, но при этом не спрессовывать.

При наличии пустот процесс будет неэффективен. Проверить можно обыкновенным простукиванием.

Домашнее самогоноварение - законный процесс. Можно свободно побаловать семью к празднику чистым алкоголем без резкого вкуса и запаха. Чтобы напиток был крепким и довольно чистым, следует доработать аппарат. Можно использовать сухопарник, но лучше сделать царгу. Материал для изготовления прост, сам процесс также не составит труда. В итоге пользователь получит усовершенствованный аппарат, который выдает кристально чистую и крепкую самогоночку.

Царга – не просто труба между кубом и холодильником (дефлегматором). От правильного выбора геометрических размеров, материала и теплоизоляции царги зависит производительность, степень очистки, технологические режимы перегонки и комфортная работа с аппаратом в целом.

Царга для самогонного аппарата

В простой классической дистилляции царги успешно вытесняют сухопарники. Решая задачу борьбы с брызгоуносом, царги позволяют одновременно бороться с сернистыми газами, укреплять самогон, и даже в некоторой мере очищать напиток от труднолетучих соединений за счет парциальной конденсации. Еще одно преимущество царги – оборудование становится менее громоздким.

Диаметр царги выбирают исходя из желаемой производительности и предельной скорости пара, при которой образующаяся дикая флегма и брызги, вылетевшие из куба вместе с паром, беспрепятственно стекают обратно, а не загоняться по стенкам вверх к холодильнику.

При скорости пара в царге до 2 м/с брызгоунос исключен, от 2 до 3 м/с результат несколько хуже, а при 3 м/с и выше пар начинает загонять флегму вверх по трубе.

V = N * 750 / S (м/с),

• N – мощность (кВт);
• 750 – парообразование (см3/сек кВт)
• S – площадь поперечного сечения колонны по внутреннему диаметру (мм 2).

Для защиты от брызгоуноса в большинстве случаев высота царги достаточна в пределах 30-40 см, поэтому определяющим при выборе высоты являются исключительно геометрические соображения. Обычно исходят из свободного вертикального размещения холодильника для обеспечения наилучших условий его работы.

Правильная длина царги самогонного аппарата (классического дистиллятора) примерно равна длине холодильника.

Материал

Стандартно царги изготавливают из меди или нержавейки. Медь выступает катализатором и помогает связывать сернистые газы, очищая самогон от ненужных запахов. Применение меди целесообразно при перегонке зерновых и некоторых фруктово-ягодных браг с целью получения благородных дистиллятов путем повторной дробной перегонки.

Медная царга не дает преимуществ при перегонке сахарного или любого другого сырья для дальнейшей ректификации или получения НДРФ на аппаратах с жидкостным отбором, поскольку неконденсируемые газы и пар в конденсаторе находят разные пути. Газ вылетает через ТСА (трубку связи с атмосферой) и не вступает в контакт с конденсатом, идущим в отбор, а значит, не растворяется в нем. Очистка от сернистых газов на таких аппаратах проста и не требует дополнительных усилий.

Иногда для увеличения эффекта при первой перегонке используют медную насадку (наполнитель). Это довольно спорный прием: зона контакта с медью вырастет, очистка от сернистых газов улучшится, но одновременно уменьшится производительность аппарата, значит, увеличится время перегонки, в результате длительного кипячения браги выделится больше других вредных примесей. Здесь важна мера: если в качестве насадки выбрать медные кольца или трубки – это одно, а если плотную насадку типа СПН – совсем другое.

Плотным насадкам место во втором перегоне, при первом же лучше ограничится просто медной царгой.

Царга для ректификационной и бражной колонны

При выборе размеров царги для процессов тепломассобмена на бражных или ректификационных колоннах условий несколько больше, но они понятны и естественны.

Внутренний диаметр

Стоимость колонны в целом существенно зависит от диаметра. Увеличение диаметра не только повышает стоимость труб, из которых изготавливается колонна, но также увеличивает количество необходимой насадки. А насадка – одна из самых дорогих составляющих аппарата. Например, для колонны высотой в полтора метра при внутреннем диаметре 38 мм нужно 1,7 литра насадки, для 48 мм – уже 2,7 литра.

Производительность колонны прямо пропорциональна квадрату внутреннего диаметра царги. При увеличении диаметра с 38 до 48 мм производительность увеличится в полтора раза. Поэтому выбирая, например, между трубой 52 со стенкой 1 мм или 1,5 мм, нужно понимать, что номинальная скорость отбора у первой будет 1800, а у второй – 1700 мл/час. Вот такая плата за с виду незначительное изменение размеров.

Номинальная мощность нагрева в Ватах и номинальная скорость отбора «тела» миллилитров в час численно равны площади поперечного сечения царги, исходя из внутреннего диаметра. Это правило верно при применении в качестве насадки СПН, размер которой соответствует диаметру колонны. Для других менее или более плотных насадок численные значения будут другими, но общая тенденция сохранится.

Чем плотнее насадка, тем меньше будет производительность колонны. Правда, это компенсируется лучшей разделяющей способностью. Если говорить об СПН и ректификации, то оптимальный размер насадки должен быть меньше внутреннего диаметра царги в 12-14 раз. При получении укрепленного самогона или НДРФ требования к очистке значительно ниже, поэтому можно использовать более крупную насадку, сместив акцент в сторону производительности.

Высота

Именно высота насадочной части царг во многом определяет разделяющую способность колонны. Не нужно путать этот показатель с высотой царги. Часто производители своими неудачными конструкциями вводят в заблуждение покупателей. Например, высота царги 40 см, но из них нижнее пустое пространство – 5 см, еще 3 см забирает конструкция для поддержания насадки, а сверху – приспособление для фиксации насадки в 2 см высотой и пустое место для пены до дефлегматора – 5 см. В результате насадки в 40 см царге оказывается не 40 см, а лишь 25 см! Даже если поставить таких три подряд, то спирта-ректификата не получить.

Это же касается и применения одной царги длинной в 1,5 метра или трех по 50 см. На первый взгляд разницы нет, но если присмотреться внимательней и посчитать высоту насадочной части, то всё не так просто.

Для четкого разделения на фракции и отделения «голов» насадочная часть должна быть высотой не менее 1 метра, а высота одной царги – не более 1,5 метра.

При меньшей длине разделительная способность будет недостаточна для четкого отбора «голов». Ограничение же в 1,5 метра связано с тем, что эффективность насадочной колонны с увеличением высоты изменяется неравномерно. Например, увеличение длины с 50 до 60 см даст такое же повышение разделительной способности как с 120 до 150 см (цифры условные и приводятся для демонстрации тенденции). Высота насадочной части в одной царге должна быть не более 30 её внутренних диаметров.

Пользу от дальнейшего увеличения высоты сводят на нет канальный и пристеночный эффект. Если есть желание построить более высокую колонну, нужно разделить её на несколько царг или использовать концентраторы флегмы – устройства, отводящие флегму от стенок и направляющие её в центр насадки. Но использование концентраторов часто приводит к ранним захлебам колонны, особенно при неумелом исполнении. А если в конструкции имеются сетки, то в большинстве случаев захлеб становится закономерностью.

Концентраторы флегмы

Влияние высоты царги на технологические показатели

Предположим, что имеются хорошо утепленные и выставленные вертикально двухдюймовые колонны длинной в 1,2 и 1,8 метра. Увеличение высоты колонны в 1,5 раза позволит увеличить объем перегоняемой кубовой навалки в те же полтора раза, поскольку увеличится удерживающая способность и объём насадки. Можно будет позже переходить к отбору «хвостов», значительно уменьшив их объем. Но за всё приходится платить – увеличится время отбора, а также объём «голов» и «подголовников».

Для того чтобы «пощупать» порядок чисел, приведем таблицу с объёмами и временем отбора различных фракций при перегонке 40 литров самогона:

Скорость отбора «тела» будет практически одинаковой, а температура перехода с отбора «тела» к «хвостам» изменится с 94-95 градусов до 97. Впрочем, это будет зависеть от обоняния оператора колонны. В обоих случаях получится продукт примерно одинакового качества.

Толщина стенок колонны должна быть в пределах 1-1,5 мм. Такая толщина термопрозрачна и позволяет измерять температуры с пренебрежимо малым запаздыванием. Если прикрепить алюминиевым скотчем датчики температуры на поверхность колонн под теплоизоляцию, этого будет достаточно для нормального управления процессом.

Увеличение толщины стенок только увеличит стоимость и вес колонны. Это делает конструкцию менее устойчивой и предъявляет дополнительные требования к прочности крышки куба.

Правильный выбор размеров царги не представляет труда, нужно лишь учитывать их влияние на технологические параметры процесса и соответствие поставленным задачам.

Даже если средства позволяют, важно избегать самой главной ошибки – гигантомании.

С увеличением диаметра меняется не только производительность. Колонны малого диаметра (25-30 мм) требуют повышенного внимания. В них проблематично использовать насадку, отцентрировать флегму, стекающую с дефлегматора, да и вообще добиться хотя бы уверенного отсечения «хвостов», не говоря уже об удержании промежуточных примесей.

Колонны среднего диаметра (35-55 мм) спокойны и уравновешены, работают четко и предсказуемо.

Колонны большого диаметра (больше 57 мм) труднее настроить на стабильную работу, они производительны, но подвержены различным болячкам, сводящим к нулю пользу от повышенной скорости. Большие колонны страдают спонтанным каналообразованием: при подаче стандартной мощности давление в кубе не растет, и колонна не захлебывается. При смене насадки на более мелкую всё стабилизируется, но производительность становится такой же, как у значительно меньших по диаметру колонн. Поэтому колонны, начиная с диаметра 57 мм, – это оборудование для опытных винокуров, желающих творчества.

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 .