Дефлегматоры, дистилляторы

Дистиляторы

Куб – та часть, где налита брага и при нагревании отсюда идут спиртосодержащие пары. Дистиллятор – часть, которая конденсирует эти пары. Конструктивных решений может быть сколько угодно. Но общий принцип прост, как мир. Он заключается в следующем. После испарения спиртосодержащий пар идет по паропроводу и попадает в ту часть, которая охлаждается водой. Данная часть дистиллятора имеет внутреннюю и наружную трубку. В зазор между ними подается вода. Бывают дистилляторы воздушные, которые обдуваются или охлаждаются окружающим воздухом, но это скорее экзотика. На практике никогда не используются, потому что воздушные дистилляторы зависят от многих факторов: температуры окружающей среды, наличия ветра и т.д. То есть 90% устройств, которые конденсируют пары спирта, имеют жидкостное охлаждение.

Дистиллятор

С помощью шланга, который надевается на подающий патрубок, подается вода из водопровода или от системы автономного охлаждения. Вода, поднимаясь снизу вверх, нагревается, при этом охлаждая пары спирта во внутренней трубке. Они становятся жидкими и стекают по стенке, пока не достигают самого низа, где вода наиболее холодная, здесь пары остывают. Если рубашка дистиллятора подобрана правильной высоты, и по ней протекает достаточный поток жидкости, то на выходе из дистиллятора спирт сырец имеет температуру воды, обычно 15-20°.

На патрубок для выхода дистиллята надевается шланг, который опускается в приемник продукта. По шлангу стекает полученный сконденсированный продукт и попадает в емкость. На верхний патрубок также надевается шланг, который служит для отвода горячей воды. Она идет либо в канализацию, либо, если это система замкнутого автономного охлаждения, на охладитель и сливается обратно в накопительную емкость. Такое несложное устройство, как дистиллятор, позволяет получить логически завершенный цикл испарение-конденсация.

Схема работы дистиллятора

Дистилляторы бывают разной мощности. Например, в серии ХД-4, есть модели 3000, 2500, 1700 и др. В названии цифра – та максимальная мощность, которую можно подавать в куб при нагревании. Так, для дистиллятора мощность 2500 Вт брагу в кубе можно нагревать максимум до 2,5 КВт. Чем интенсивнее нагревается куб, тем интенсивнее испарение, напряженнее работа дистиллятора. Наступает предел, когда уже ни количество подаваемой воды, ни ее температура не позволяют конденсировать все пары. В этом случае получается, что часть пара просто вылетает наружу и в комнате начинает пахнуть парами спирта. То есть дистиллятор перестает конденсировать на 100%, достигнув своего предела. Степень нагрева, которая является предельной для дистиллятора, указывается в его названии.

Если, например, в кубе два тэна по 1КВт, включив их оба, получаем 2 КВт нагрева. Дистиллятор 1700 Вт с таким нагревом не справится. Нужно либо уменьшать степень нагрева (ставить регулятор мощности), либо использовать более мощный дистиллятор. Если нагревание происходит на газу, то максимум для горелки это 1,5 КВт, тогда достаточно мощности дистиллятора 1700 Вт.

Дистиллятор серии ХД-3 более габаритный, у него больше рубашка охлаждения, его мощность позиционируется как 3 КВт, хотя на самом деле он способен на большее. Если вода достаточно холодная и интенсивность подачи высокая, то он и 4 КВт утилизирует. Его принцип установки и работы такой же, как и у ХД-4.

Почему вода подается снизу? Во-первых, вода снизу холодная и получается максимальное охлаждение стекающего конденсата. Во-вторых: в воде есть воздух, который при нагревании начинает интенсивно испаряться и происходит так называемое «завоздушивание» рубашки охлаждения. В результате из отводящего патрубка вода выходит вместе с маленькими пузырьками воздуха. При этом воздух убирается, и вся площадь используется максимально эффективно. Если подавать воду сверху, то воздух, который легче воды, собирается в верхней части, и она просто выключается из работы. Дистиллятор начинает работать на меньшую мощность.  Поэтому, когда собирается конструкция для работы, надо всегда помнить, что вход – снизу, выход – сверху.

Кроме максимальной мощности, которую способен утилизировать прибор, есть еще такое понятие, как расход воды. Это количество воды, которое нужно прокачать через дистиллятор в час при максимальном нагревании. Например, при расходе 40-45 литров можно подавать воды и больше, но это бессмысленно. Если прокачать через такой дистиллятор 100 литров в час, вода на выходе будет почти не нагретая, так как она отбирает теплоту очень быстро. Если же воды подается мало, то будет не успевать конденсироваться весь пар, попадающий в дистиллятор. Тогда сначала будет выходить горячий дистиллят, а потом начнется прорыв пая. Навыки регулировки воды приходят очень быстро, с первого же включения. Просто нужно помнить, что в начале процесса этому следует уделить внимание: сначала подать много воды, а затем понемногу прикрывать подачу до момента, когда при небольшой подаче воды на выходе получается прохладный продукт.

Внутри дистилляторов ХД имеется также направляющая спираль, которая кроме вертикального протока воды создает спиральный проток с объемом воды 20-30 мл. За счет этого создается высокий КПД. Поэтому дистилляторы производства КБ-223 (ХД) потребляют очень мало воды по сравнению, например, со змеевиками, которые намного менее эффективны, и воды там расходуется гораздо больше.

Дистиллятор с укреплением.

Пленочная колонна

Пленочная колонна конструктивно имеет два охладителя.

Первый называется дефлегматор и расположен на вертикальной восходящей трубе сразу после сухопарника или непосредственно перегонного куба. Спиртосодержащие пары, нагреваясь в кубе, попадают в дефлегматор, частично конденсируются на стенках охладителя и опускаются вниз, при контакте флегмы с восходящим потоком пара происходит тепломассообмен.

Этот процесс называется укреплением и после вторичной перегонки позволяет получить крепость продукта до 80 и более градусов. Снизу в дефлегматор подается вода. Регулируя поток, выбираем требуемую крепость продукта. Второй охладитель представляет собой прямоточный холодильник. На него поступают уже укрепленные пары после дефлегматора.

Дефлегматоры

Для ректификации спирта используется следующее оборудование: куб, колонна с насадкой внутри, дефлегматор и прямоточный холодильник (доохладитель). Дефлегматор нужен для того, чтобы правильно работала колонна. Работает он следующим образом. В кубе находится спирт сырец, который мы испаряем и перегоняем на чистый спирт. Спиртосодержащие пары идут по колонне снизу вверх. Проходя колонну, попадают в устройство, которое мы в быту называем дефлегматор. На производстве дефлегматором называют несколько другое приспособление для частичной конденсации пара, а такие вещи называют обратными холодильниками. Чтобы не путаться, в домашней ректификации то устройство, о котором идет речь, называется именно дефлегматор. Пары спирта попадают на рубашку охлаждения дефлегматора, по которой протекает вода, конденсируются и стекают вниз. При нормально подобранном режиме работы все пары спирта, которые выходят из колонны, конденсируются полностью в дефлегматоре. Из трубки связи с атмосферой ничего не вытекает, не вылетает, не парит, она холодная.

В серии ХД-4 та же самая ситуация. Пар попадает в дефлегматор, внутри которого навит так называемый «холодильник Димрота», то есть спираль из нержавеющей трубки длиной несколько метров. Он имеет вход воды, вода проходит по спирали и охлаждает поступающий пар. В конце концов, нагретая вода обратно из выходящего патрубка сливается в канализацию. В этой части дефлегматора весь пар конденсируется, попадает в узел разделения. Основной принцип правильной работы ректификационной колонны заключается в том, что частично сконденсировавшийся спирт должен быть отобран нами, а отдельная часть спирта должна вернуться в колонну обратно.

Зажим Гофмана может быть механическим или электронным. Последнее время электронные регуляторы отбора спирта приобретают все большую популярность. Они очень удобны, в разделе автоматики мы покажем, как это делается. Классический способ – механический. Если закрыть, спирт вообще не течет через холодильник, и так как ему деваться некуда, он попадает обратно в колонну. Это называется «режим работы на себя», когда отбора нет вообще, то есть колонна полностью обогащена возвратной флегмой, она работает на максимальное разделение.

Дефлегматор серии ХД-2" V 2.0 (наклонный)

Когда мы откручиваем отбор, все больше спирта проходит наружу, меньше спирта попадает внутрь.

У дефлегматора серии ХД-3 это хорошо видно по силиконовой трубке, где в этом случае течет небольшой ручеек. Если мы откроем регулятор полностью, весь конденсируемый спирт без исключения будет вытекать на выход. В колонну спирт не пойдет вообще, колонна осушится. Это предельный режим, используемый в качестве дистиллятора. Для колонны он неактуален, поскольку колонна осушится за несколько минут, и мы потеряем все прелести разделяющей части.

В дефлегматорах ХД-4 и ХД-2″ все примерно также, за одним исключением. Здесь возврат флегмы в колонну выполнен внутри самого дефлегматора, то есть узел возврата внутренний. Естественно, у дефлегматоров разных серий, разные габариты, площади охлаждения, максимальная мощность нагрева, которую они способны поддерживать. Если у вас мощность больше, чем способен утилизировать дефлегматор, через трубку связи с атмосферой начинает выплевываться пар. При запуске в серию дефлегматоры рассчитаны таким образом, чтобы на любой колонне серии ХД-4 дефлегматор серии ХД-4 работал нормально и не был склонен к пропуску пара наружу, это касается и других серий.

В серии ХД-3 дефлегматор имеет две равноправные трубки связи с атмосферой. Одна служит для безопасности, сюда вставляется датчик безопасности.

Следующий момент: штуцер для установки термометра. Термометр важен при ручной регулировке. Если мы пользуемся автоматикой, то чаще всего термометр устанавливается другое место – штуцер, который находится в теле колонны. Если вы работаете вручную, то часто в бюджетных вариантах исполнения термометр устанавливается именно в дефлегматор. Устанавливается он так же, как и на всей серии оборудования, с помощью силиконового переходника, который хорошо уплотняет стык, или специальной заглушки. Если штуцер не закрыт, то через него будет выходить пар.

Сейчас я опишу прием, которым пользуются для того, чтобы заглушить лишние штуцеры. Неиспользуемые штуцеры глушатся с помощью кусочка силиконового шланга длиной 3-4 см. На неиспользуемый штуцер надевается кусок силикона, а его конец закрывается чем угодно, например, гильзой от мелкашки. Главное чтобы предмет был цилиндрической формы. Можно прикрутить зажим Гофмана. Так глушатся те отверстия, которые не используются. Когда необходимо, заглушка снимается, и на это место устанавливается нужный прибор.

Важный момент при установке термометра: термочувствительный датчик находится на кончике щупа. Когда мы вставляем термометр, он щупом касается задней стенки, в этом случае термометр измеряет не истинную температуру пара, а температуру стенки, которая является компромиссной величиной между температурой окружающего воздуха и температурой пара. Температура стенки колеблется сильно и зависит от следующих факторов: сквозняка, степени охлаждения дефлегматора и т.д. Поэтому ценность показаний термометра снижается. Чтобы избежать этого, термометр нужно вставлять без упора в стенку. Щуп окажется посередине парового потока и будет измерять температуру именно пара.

Далее о подаче воды охлаждения. Вода охлаждения в подобных конфигурациях подается однотипно. Сначала вода подается в доохладитель спирта. Вода охлаждения подается в нижний патрубок, охлаждает его, затем из верхнего бокового штуцера идет в дефлегматор, проходит его и уже горячая сбрасывается в канализацию.

Зачем нужен малый холодильник (доохладитель)? Из дефлегматора вытекает горячий спирт, так как здесь охлаждения не происходит. Важна функция конденсации, чтобы из паровой фазы сделать жидкую. Жидкость охлаждать не нужно, потому что часть флегмы подается обратно в колонну. И если продукт будет холодным, то часть колонны выключится из работы, нарушатся процессы теплообмена, протекающие в верхней части колонны. Если бы не было малого холодильника, то на выходе мы бы получали горячий спирт. Проблема в том, что при взаимодействии с кислородом горячий спирт окисляется и портится. При окислении спирта остаточным продуктом являются альдегиды, которые портят спирт. Затрачивая массу усилий для получения качественного спирта, не охладив его, как следует, мы частично его испортим. Прямоточный доохладитель применяется именно для того, чтобы горячий спирт быстро сделать холодным. На выходе из холодильника получается продукт комнатной температуры, который уже не окисляется в такой степени, как горячий.

Дефлегматор серии ХД-2"

Еще одна мелкая деталь, на которой следует остановиться, это трубка связи с атмосферой. В самом начале процесса в кубе налит сырец, который начинает греться. В нем, как и в любой жидкости, растворен воздух. По мере нагрева этот воздух из куба вытесняется. Вся система герметична, все стыки уплотнены прокладками, все лишние штуцеры заглушены. Воздуху нужно куда-то деваться. Для этого и предназначена трубка связи с атмосферой. Когда сырец закипает, спиртовые пары двигаются по колонне вверх. В колонне часть объема занимает насадка, а часть – воздух. Этот воздух тоже нужно выпустить через трубку связи с атмосферой. Поэтому ее при работе никогда не глушат. Иногда из нее в начале процесса выделяется запах. Если это не устраивает, можно вывести с помощью силиконового шланга воздух в форточку или вентиляционное отверстие. В любом случае, эта трубка должна быть всегда открытой.

Разъемы дефлегматоров стандартны для своей серии. У ХД-3 молочные муфты, у ХД-4 накидные гайки, у ХД-2″ кламп. Флегма течет обратно в колонну по трубке возврата флегмы. Благодаря распределителю флегмы она стекает не струей, а максимально равномерно по всей колонне.

Еще один момент – возможность использования дефлегматора в качестве дистиллятора. С помощью дистиллятора осуществляется первичный или вторичный перегон браги. Для этого дефлегматор останавливаем не на колонну, а прямо на куб. Зажимом Гофмана можно заглушить возвратную трубку, чтобы пар шел только в нужном направлении. Если нужно, устанавливается термометр, и конструкция готова. Наливается брага или спирт сырец, пары при закипании попадают в дефлегматор, конденсируются в нем, стекают в отбор. В малом холодильнике продукт доохлаждается и вытекает в приемную емкость. Схема подключения воды такая же. Таким образом, в режиме без возврата флегмы дефлегматор работает в качестве дистиллятора. Это пригодится тем, кто хочет сэкономить и не покупать дистиллятор, либо его просто не удается найти.

Дефлегматор вместо дистиллятора

Недостаток метода следующий. Если мы перегоняем молодую брагу, либо с сильным запахом (абсент, самбука, джин и т.д.), то внутренние стенки дефлегматора загрязняются, и при дальнейшем использовании дефлегматора по назначению, получается спирт с посторонними запахами. Чтобы этого избежать,  дефлегматор после каждой дистилляции нужно замачивать, например, в щелочи или очищать другим способом.

Второй недостаток заключается в том, что дистиллятор гораздо проще рассчитать на большую мощность. Если дистиллятор свободно может работать на 3-3,5 КВт, то дефлегматор, хотя и рассчитан с большим запасом, но он работает по браге до 3 КВт. Если спирт сырец в кубе, то из-за большего объема пара, мощность может быть и до 2,5 КВт. При использовании дистиллятора есть гарантия того, что вся мощность будет утилизироваться нормально, а дефлегматор имеет некоторые ограничения. Больше это касается серии ХД-4. В ней есть кубы 2-2,6 КВт, а дефлегматор способен утилизировать максимум 1,5 КВт. Поэтому используя дефлегматор в качестве дистиллятора, не стоит забывать, что его возможности ограничены, и процесс будет идти медленнее. В общем, все дефлегматоры могут работать в режиме дистилляции.