Ректификационная колонна – применение, принцип работы и виды

Ректификационная колонна нужна для приготовления качественного спирта путём тепло-массообменных процессов. Первые прототипы этого устройства появились в XVI веке. С тех времён конструктив ректификационной колонны почти не менялся. Это высокая, вертикальная царга, переходящая в дефлегматор с холодильником. Устройство для отбора спирта находится примерно на высоте 2/3 колонны. Часто имеет собственный охладитель.

Современные ректификаторы для домашнего использования позволяют получить спирт крепостью 96,6°. В отличие от дистилляции, ректификация достигает этих показателей уже с первого перегона спирта-сырца. Это чистый продукт, без вкуса, запаха. Позволяет добыть весь спирт, что есть в жидкости. Потери минимальны: 1-3 %. Это значит, что «головы» и «хвосты» тоже можно переработать в ректификационной колонне и получить качественный, отчищенный продукт. Но колонна не заменяет дистиллятор, а скорее дополняет его.

Принцип работы

В перегонный куб заливается спирт-сырец (около 40°) на 2/3 объёма. При нагревании спиртовые пары поднимаются вверх по колонне. В первичном дефлегматоре они частично охлаждаются, конденсируются и стекают по стенкам обратно в перегонный куб. Эта смесь называется Флегма. Более легкие фракции следуют в дефлегматор выше, где происходит окончательное разъединение жидкостей на дистиллят и фракции с низкой температурой кипения.

Здесь и заключается главный принцип работы ректификационной колонны – когда флегма стекает, она контактирует с паром, обмениваясь веществами с высокой и низкой температурой кипения, затем флегма снова нагревается в кубе, становится паром, образуя цикличный процесс. Вначале дистиллят не отбирают, чтобы набрать достаточное флегмовое число – количество флегмы по отношению к массе дистиллята.

Когда процесс стабилизируется (температура не меняется более 10 минут), в верху колонны скапливаются фракции с самой низкой температурой кипения (этиловый спирт, эфиры, уксусный альдегид, метиловый спирт), а внизу с высокой (сивушные масла). Можно начинать отбор «голов», «тела» и «хвостов». В отличие от дистилляции, здесь фракции чётко отделены друг от друга – вещества не пересекаются, даже если есть разница в температуре кипения хотя бы на десятую долю градуса.

Виды ректификационных колонн

Чем больше площадь контакта флегмы и пара, тем качественнее продукт. Поэтому пустотелые царги заполняют. По типу заполнения ректификационные колонны делятся на два типа:

• Тарельчатые – могут быть просто решётчатыми дисками или в виде системы с клапанами. Они качественней, «тоньше» разделяют фракции. Но из-за высокой стоимости и больших габаритов такой тип устройства применяются преимущественно в промышленности.

  

  

• Насадочные – заполняются регулярной (РПН) или нерегулярной насадкой (СПН). Первый вариант представляет собой скрученную в рулон дорожку из металлических волокон, многие её заменяют обычной стальной губкой для посуды. Спирально-призматическая насадка это много маленьких, отдельных пружинок. РПН не создают избыточного давления, но не обладают такой высокой разделительной способностью, как насадка СПН для ректификационных колонн. Подробнее про СПН (спирально-призматическую насадку) можно прочесть здесь.

  

  

Также может быть разной высота ректификационной колонны. Чем она больше, тем эффективнее происходит разделение на фракции. Но высота влияет только на качество, а не на скорость. В среднем, производительность колонны – 1 литр/час при мощности нагрева 1 кВт.

Критерии выбора ректификационной колонны

Решив купить ректификационную колонну, нужно обращать внимание на следующие моменты:

• Безопасность. Материал должен быть инертным, не вступающим в реакции с компонентами браги или спирта-сырца. Подойдет нержавеющая сталь или медь;
• Сертификат качества, подробная инструкция;
• Разборность конструкции. Конструкция разборного типа удобнее в эксплуатации, есть модели-трансформеры, которые могут работать как дистиллятор;
• Система нагрева. Лучше использовать ТЭН с электроникой, а не газовую плиту. Так как при ректификации необходима быстрая смена нагрева и чёткое следование температурным режимам. Поэтому оснащение термометрами тоже необходимо.