Из школьного курса мы знаем, что процесс ректификации это процесс разделения сложных смесей на компоненты путем многократного испарения и конденсации составляющих частей. В результаты получаются идеально чистые компоненты, температуры переходов в разные агрегатные состояния которых, соответственно, разные.
Применяется этот не хитрый процесс при производстве бензина, керосина, чистого кислорода и азота. А еще ректификация помогает отделить сивушные масла и альдегидные фракции, чтобы получить этанол, или этиловый спирт.
Этот процесс осуществляется в ректификационных колоннах, устройство которых позволяет создавать продукт чистотой до 96 %. Можно создать самодельный самогонный аппарат, имея прямые руки, минимальные познания в органической химии и желание наслаждаться качественным алкоголем собственного производства.
Ректификационную камеру в наше время можно и просто напросто купить, но мы пойдем иным путем. Мы соберем миниатюрный ликероводочный завод собственными руками.
Принцип работы ректификационной колонны
Из названия процесса, который дал имя и колонне понятно, что внутри происходит постоянная ректификация, а сама колонна выполнена из материалов, которые не вступают в реакцию с компонентами процесса.
В перегонный куб заливается рабочая жидкость, брага настоянная на зерне, ягодах, фруктах и т.п. и доводиться до температуры кипения. В ходе кипения рабочей жидкости выделяется спиртосодержащий пар, которые легче, чем жидкость и за счет этого поднимается по трубе вверх, где охлаждается.
Охлаждаясь нагретый пар выпадает в конденсат на стенки колонны и в виде жидкости устремляется обратно в перегонный куб, но на пути следования встречает новую порцию нагретого пара. Компоненты, чья температура кипения ниже рабочей жидкости вновь испаряется, среди таких компонентов — этиловый спирт.
Суть процесса в том, что вещества распределяются по вертикальной колонне, в соответствии с уровнем совей точки испарения и конденсации. Примерно на высоте 75 % от перегонного куба происходит собирание паров этилового спирта — здесь устанавливается патрубок для отвода этих самых паров в емкость с конечным продуктом.
Выше по колонне концентрируются ядовитые летучие пары альдегидов и диметилкетона, и через отводную трубу выводятся в атмосферу, ниже формирования концентрации паров этилового спирита скапливаются сивушные масла и прочие фракции, чья температура кипения превышает температуру кипения этанола.
Составные части для изготовления самодельной ректификационной колонны
Для сборки камеры ректификации своими руками нам потребуются несколько узлов.
- Корпус ректификационной камеры. В качестве корпуса воспользуемся обычной трубой из материала, не вступающего в химическую реакцию с этиловым спиртом, такого как медь или нержавейка. Также подойдет керамическая труба, но найти такую трубу будет весьма проблематично. Категорически противопоказано использование алюминия, так как при соединение с этиловым спиртом он окисляется, и выделяет ядовитые вещества. Так что трубы от старых пылесосов в топку. Длина трубы 1,2 – 1,5 метра, диаметр 3-5 см., толщина стенки 3-5 мм.
- Дефлегматор. Это устройство, предназначение которого конденсация нагретого пара и отделение компонентов, обладающих более низкой температурой кипения от самого конденсата, который стекает вниз к перегонному баку. Этот конденсат еще называют флегмой. Проще говоря, это устройство отбора спиртовых паров, их охлаждения и вывода в емкость в виде готового желаемого продукта. На рисунке приведена схема простейшего дефлегматора.
- Между стенками трубок дефлегматора проходит змеевик охлаждения, по которому, в свою очередь поступает проточная вода.
- Перегонный куб или испарительный резервуар. Для этих целей потребуется емкость в 50 литров объема, может подойти большая скороварка или пивная кега из нержавеющей стали. Испарительный куб должен быть оборудован нагревательным элементом, вставленным внутрь, типа ТЭН. Роль ТЭНа может выполнять электрическая плитка с переменным резистором для изменения интенсивности нагрева. Также желательно контролировать температуру рабочей жидкости в резервуаре, поэтому рекомендуем вмонтировать термометр.
- Насадка. Это очень важный элемент ректификационной колонны, она увеличивает контакт паров и жидкости внутри устройства. Насадка это своего рода радиатор, нагретые пары проходя через насадку, конденсируются и сивушные масса стекают вниз, а спирт вновь испаряется. Насадки бывают нескольких видов и их можно приобрести в интернет магазинах. Это пожалуй единственное, что придется купить. Также в строительных магазинах и также в интернете можно найти латунные или медные тарелочки нужного диаметра и насверлить в них отверстий самостоятельно.
- Пастеризационная царга. Ее функциональное предназначение – это разбивка головных фракций, которые образуются в ходе непрерывного процесса ректификации. Установка пастеризационной царги усложняет конструкцию, но напрямую влияет на качество конечного продукта.
- Холодильник. Он представляет из себя резервуар с водой и помещенный в него змеевик. Задача холодильника – охлаждение всей конструкции ректификационной колонны.
- Гайки, фитинги с резьбовым соединением, термометр электронный или обычный, медные трубки, трубки ПВХ, теплоизоляция, паранитовые прокладки.
- Электрическая дрель и сверла разных диаметров к ней.
- Электрическая болгарка с наждачными дисками.
- Слесарный ручной инструмент.
- Электрический паяльник 2 кВт.
- Бензиновая горелка.
Чертеж колонный ректификации
Порядок сборки
Корпус колонны
Начнем с самого большого элемента системы – корпуса или тела колонны.
Для этого необходимо заготовленную трубу из нержавеющей стали распилить на три равные части, сторцевать их таким образом, чтобы все три части плотно прилегали друг к другу. К нижней части из труб припаиваем фланец, который послужит надежным креплением к перегонному резервуару. Важно сделать так, чтобы труба была установлена строго вертикально.
Все три части трубы соединяем друг с другом при помощи резьб и гаек, или можно воспользоваться соединением CLAMP. Главное добиться герметичности соединения.
Насадки
Две оставшиеся трубы будут использоваться для размещения в них насадок. Для насадок берем приготовленные заранее латунные тарелки, и сверлим в них множество отверстий по всей площади сверлом на 2-4 мм. По длине трубы должно быть установлено 10 таких тарелок, тарелки по диаметру должны совпадать с диаметром трубы.
В отверстиях при столкновении пара и жидкости будет происходить образование мелкопористой пенной массы и раздробление компонентов. Сами тарелочки в трубе можно закрепить при помощи отверстий в колонне, в которые вкручиваются болты-держатели, но также возможен вариант спайки при наличии навыка и длинного носа паяльника.
В интернете можно встретить советы по изготовлению насадок по мегабюджетной технологии, путем нарезания хозяйственной сетки для чистки кастрюль и сковородок типа «Чистюля» и помещение нарезанных кусочков в колонну. Это конечно сэкономит и время, так как сверление отверстий в латуни займет много времени и сил, и деньги, так как купить 10 латунных тарелок обойдется в 500-700 рублей. Но, материал сплава, из которого изготовлены хозяйственные сетки, неизвестен, поэтому велик риск попадание в конечный продукт ядовитых примесей.
Проточный холодильник
Последняя, третья часть нашей трубы будет служить дефлегматором, а для этого нам нужно добиться максимально резкого охлаждения в верхней половине трубы. Вариантов создать охлаждение много, один из самых простых – это медная трубка, обмотанная вокруг 50-ти % трубы. Через трубку пускается проточная холодная вода.
В верхней части трубы устанавливается воздушный клапан для вывода в атмосферу ядовитых летучих газов, холодильник должен обеспечить барьер на пути спиртосодержащих паров и вывести их в конденсат. Температура этого барьера 60 градусов Цельсия, если дефлегматор допускает до воздушного клапана пар температурой выше 60 градусов, то вместе с парами ацетона в трубу, а прямом и переносном смысле, будет улетучиваться вожделенное зелье Бахуса.
Вода, подводится к проточному змеевику трубкой из поливинилхлорида, а поток можно регулировать зажимом для капельницы или краном смесителя.
Отличным средством автоматизации нашего агрегата будет автоматический клапан срабатывающий от термодатчика. Опять же установка клапана повлечет удорожание, а его установка не является обязательной.
Теплоизоляция
Большое внимание нужно уделять теплоизоляции ректификационной колонны по все длине (ну, разумеется, до дефлегматора). Для этих целей отлично подойдет намотка шпагата в несколько сантиметров по всей длине. Сверху шпагат можно обернуть обычной пищевой фольгой как в термосе. Пенополиуретан – отличный материал защиты ректификационной колонны от потери тепла, применяют также базальто-фольгированные утеплители.
Термоизмерительные приборы
Важной частью процесса ректификации является контроль температуры. Он влияет не только на качество конечного продукта, но и на его количества. Термометр рекомендуется установить на высоте 25-30 сантиметров от основания колонны, то есть места, где колонна соединяется с перегонным кубом. Сделать это проще, при использовании медной трубы. В трубу вваривается гильза, в которую помещается температурный датчик, или приваривается штырь, на который устанавливается термометр.
Средства автоматического контроля ректификационной колонны
Процесс ректификации очень прихотлив и требует к себе большого пристального внимания. Контроль процесса вполне можно делегировать автоматической системе управления ректификацией. В интернете можно найти чертежи, используя которые любой, имеющий элементарные познания в электротехнике, сможет собрать блок автоматического управления ректификацией. И готовые решения продаются тоже на просторах глобальной сети, поэтому тем, кому лень возиться могут приобрести БУР уже в сборе.
