Teória destilácie alkoholu a princíp činnosti destilačnej kolóny

Účelom tohto článku je analyzovať teoretické a niektoré praktické aspekty fungovania domácej destilačnej kolóny zameranej na výrobu etanolu, ako aj rozptýliť najbežnejšie mýty na internete a objasniť body, o ktorých predajcovia zariadení mlčia..

Náprava alkoholu - rozdelenie viaczložkovej zmesi obsahujúcej alkohol na čisté frakcie (etylové a metylalkoholy, voda, fuslové oleje, aldehydy a iné) s rôznymi bodmi varu opakovaným odparovaním kvapaliny a kondenzáciou pary na kontaktných zariadeniach (doštičky alebo dýzy) v špeciálnych protiprúdových vežových zariadeniach.

Z fyzikálneho hľadiska je možná rektifikácia, pretože na začiatku je koncentrácia jednotlivých zložiek zmesi v plynnej a kvapalnej fáze rôzna, ale systém má sklon k rovnováhe - rovnaký tlak, teplota a koncentrácia všetkých látok v každej fáze. Po kontakte s kvapalinou je para obohatená o prchavé zložky (s nízkou teplotou varu), kvapalina je naopak obohatená o prchavé zložky (s vysokou teplotou varu). Spolu s obohatením dochádza k výmene tepla.

Okamžik kontaktu (interakcie prúdov) pary a kvapaliny sa nazýva proces prenosu tepla a hmoty.

Z dôvodu rôznych smerov pohybu (para stúpa a kvapalina steká dole) je po dosiahnutí rovnovážneho systému v hornej časti destilačnej kolóny možné samostatne zvoliť prakticky čisté zložky, ktoré boli súčasťou zmesi. Najprv vychádzajú látky s nižšou teplotou varu (aldehydy, estery a alkoholy), potom s vysokým obsahom (fuzlové oleje)..

Rovnovážny stav. Objavuje sa na samom okraji oddelenia fáz. Dosiahnuté, iba ak sú súčasne splnené dve podmienky:

1. Rovnaký tlak každej jednotlivej zložky zmesi.
2. Teplota a koncentrácia látok v oboch fázach (para aj kvapalina) sú rovnaké.

Čím častejšie sa systém dostáva do rovnováhy, tým účinnejší je prenos tepla a hmoty a separácia zmesi na jednotlivé zložky.

Rozdiel medzi destiláciou a destiláciou

Ako je možné vidieť na grafe, z 10% roztoku alkoholu (rmut) môžete získať mesačný svit 40% a pri druhej destilácii tejto zmesi vyjde 60-stupňový destilát, s tretím - 70%. Možné sú nasledujúce intervaly: 10-40-40-60-60-70-70-75 atď. Maximálne na 96%.

Teoreticky sa na získanie čistého alkoholu vyžaduje 9 až 10 po sebe nasledujúcich destilácií na mesačnom svite. V praxi je destilácia kvapalín obsahujúcich alkohol s koncentráciou nad 20 - 30% výbušná, okrem toho je z dôvodu vysokých výdavkov na energiu a čas ekonomicky nerentabilná..

Z tohto hľadiska destilácia alkoholu predstavuje minimálne 9 - 10 súčasných, postupných destilácií, ktoré sa vyskytujú na rôznych kontaktných prvkoch kolóny (dýzy alebo doštičky) po celej výške..

vyznamenanie	destilácia	rektifikácia
Organoleptický nápoj	Zachováva arómu a chuť surovín.	Ukázalo sa, že ide o čistý a bez chuti alkohol (problém má riešenie).
Výstupná pevnosť	Závisí od množstva destilácie a konštrukcie prístroja (zvyčajne 40 - 65%).	Až 96%.
Stupeň rozdelenia na frakcie	Nízke látky sa zmiešajú aj s rôznymi bodmi varu, nie je možné ich opraviť.	Je možné izolovať vysoké čisté látky (iba s rôznymi bodmi varu)..
Schopnosť odstraňovať škodlivé látky	Nízka alebo stredná. Na zlepšenie kvality je potrebné najmenej dve destilácie s rozdelením najmenej na jednu frakciu.	Vysoká, so správnym prístupom, sú všetky škodlivé látky odrezané.
Strata alkoholu	Vysoká. Aj pri správnom prístupe je možné extrahovať až 80% z celkového množstva pri zachovaní prijateľnej kvality..	Nízka. Teoreticky je realistické extrahovať všetok etylalkohol bez straty kvality. V praxi je minimálna strata 1-3%.
Zložitosť technológie pre domáce použitie	Nízka a stredná. Hodí sa aj na najprimitívnejší prístroj so špirálou. Vylepšenia vybavenia sú možné. Destilačná technológia je jednoduchá a priama. Moonshine stále v pracovnom stave nezaberá veľa miesta.	Vysoká. Vyžaduje sa špeciálne vybavenie, ktoré sa nedá vyrobiť bez vedomostí a skúseností. Tento proces je ťažšie pochopiteľný, je potrebná aspoň teoretická príprava. Stĺpec zaberá viac miesta (najmä na výšku).
Nebezpečenstvo (v porovnaní s ostatnými), oba procesy sú oheň a výbušné.	Z dôvodu jednoduchosti mesačného svitu je destilácia o niečo bezpečnejšia (subjektívne stanovisko autora článku)..	Vzhľadom na zložité vybavenie je pri práci, pri ktorej existuje riziko, že dôjde k ďalším chybám, náprava nebezpečnejšia.

Prevádzka destilačnej kolóny

Destilačná kolóna - zariadenie určené na rozdelenie viaczložkovej kvapalnej zmesi na jednotlivé frakcie podľa bodu varu. Je to valec konštantného alebo premenlivého prierezu, vo vnútri ktorého sa nachádzajú kontaktné prvky - dosky alebo dýzy.

Takmer v každom stĺpci sú tiež pomocné jednotky na dodávanie počiatočnej zmesi (surový alkohol), riadenie procesu rektifikácie (teplomery, automatizácia) a výber destilátov - modul, v ktorom sa kondenzuje a potom vyberie para z látok extrahovaných zo systému..

Surový alkohol - produkt destilácie kaše metódou klasickej destilácie, ktorú možno „naliať“ do destilačnej kolóny. V skutočnosti je to mesačný svit so silou 35 - 45 stupňov.

hlien - para kondenzovaná v spätnom chladiči stekajúcom po stenách kolóny.

Spätný tok - pomer počtu refluxov k hmotnosti odobratého destilátu. V destilačnej kolóne sú tri prúdy: para, reflux a destilát (konečný cieľ). Na začiatku procesu sa destilát neberie tak, aby sa v kolóne objavilo dostatočné množstvo refluxu na prenos tepla a hmoty. Potom sa časť alkoholových pár kondenzuje a odoberá sa z kolóny a zvyšné alkoholové pary naďalej vytvárajú spätný tok, ktorý zaisťuje normálnu prevádzku.

Pre fungovanie väčšiny zariadení musí byť refluxný pomer najmenej 3, to znamená, že je odobratých 25% destilátu, zvyšok je potrebný v kolóne na zavlažovanie kontaktných prvkov. Všeobecné pravidlo: čím pomalšie sa konzumuje alkohol, tým vyššia je jeho kvalita.

Kontaktné zariadenia na destilačné kolóny (platne a dýzy)

Sú zodpovedné za viacnásobné a súčasné rozdelenie zmesi na kvapalinu a paru, po ktorej nasleduje kondenzácia pary v kvapaline - dosiahnutie rovnováhy v kolóne. Ak sú všetky ostatné veci rovnaké, tým viac kontaktných zariadení je navrhnutých, tým je rektifikácia účinnejšia z hľadiska čistenia alkoholom, pretože sa zvyšuje povrchová interakcia fáz, čo zintenzívňuje prenos tepla a hmoty..

Teoretická doska - jeden cyklus výstupu z rovnovážneho stavu s jeho opakovaným dosahovaním. Na získanie vysokokvalitného alkoholu je potrebné minimálne 25 - 30 teoretických platní.

Fyzická doska - skutočne fungujúce zariadenie. Para prechádza vrstvou tekutiny v doske vo forme mnohých bublín, ktoré vytvárajú rozsiahlu kontaktnú plochu. V klasickom prevedení poskytuje fyzická doska asi polovicu podmienok na dosiahnutie jedného rovnovážneho stavu. Preto je pri normálnej prevádzke destilačnej kolóny potrebných dvakrát toľko fyzických platní, ako teoretické (vypočítané) minimum - 50 - 60 kusov.

trysky. Dosky sa často umiestňujú iba na priemyselné zariadenia. V laboratórnych a domácich destilačných kolónach sa dýzy používajú ako kontaktné prvky - špeciálne krútené medené (alebo oceľové) drôty alebo umývačky riadu. V tomto prípade hlien prúdi v tenkom prúde cez celý povrch dýzy, čím poskytuje maximálnu kontaktnú plochu s parou.

Existuje veľa návrhov. Nevýhodou domácich drôtových dýz je možné poškodenie materiálu (sčernenie, hrdza), výrobné analógy takéto problémy nemajú..

Vlastnosti destilačnej kolóny

Materiál a rozmery. Valec kolóny, dýzy, kocka a liehovary sú nevyhnutne vyrobené z potravinárskej nehrdzavejúcej zliatiny, ktorá je bezpečná pri zahrievaní (rovnomerne sa rozširuje). V domácich štruktúrach sa plechovky a tlakové hrnce najčastejšie používajú ako kocka.

Minimálna dĺžka domácej destilačnej kolóny - 120 - 150 cm, priemer - 30 - 40 mm.

Vykurovací systém. V procese rektifikácie je veľmi dôležité regulovať a rýchlo nastaviť vykurovací výkon. Preto je najúspešnejším riešením vykurovanie pomocou vykurovacích telies namontovaných v spodnej časti kocky. Prívod tepla cez plynový sporák sa neodporúča, pretože vám neumožňuje rýchlo zmeniť teplotný rozsah (vysoká zotrvačnosť systému).

Riadenie procesu. Pri náprave je dôležité postupovať podľa pokynov výrobcu stĺpca, ktoré musia uvádzať prevádzkové vlastnosti, vykurovací výkon, pomer spätného toku a výkon modelu..

Je veľmi ťažké riadiť proces rektifikácie bez dvoch jednoduchých zariadení - teplomeru (pomáha určiť správny stupeň zahrievania) a merača alkoholu (meria silu výsledného alkoholu)..

produktivita. Nezávisí to od veľkosti kolóny, pretože čím vyšší je car (potrubie), tým viac fyzických platní je vo vnútri, tým lepšie čistenie. Výkon je ovplyvňovaný tepelným výkonom, ktorý určuje rýchlosť prúdov pary a spätného toku. Ale pri prebytku dodávanej energie sa stĺpcové tlmivky (prestanú fungovať).

Priemerný výkon domácich destilačných kolón je 1 liter za hodinu s výhrevným výkonom 1 kW.

Tlakový efekt. Teplota varu kvapalín závisí od tlaku. Pre úspešnú destiláciu alkoholu by mal byť tlak v hornej časti kolóny atmosférický - 720 - 780 mm Hg. Inak, keď tlak klesne, hustota pár sa zníži a rýchlosť odparovania sa zvýši, čo môže spôsobiť zaplavenie kolóny. Ak je tlak príliš vysoký, rýchlosť odparovania klesá, čo spôsobuje, že zariadenie je neúčinné (nedochádza k rozdeleniu zmesi na frakcie). Aby sa udržal správny tlak, každá destilačná destilačná kolóna je vybavená atmosférickým komunikačným potrubím..

O možnosti domácej montáže. Destilačná kolóna teoreticky nie je príliš zložité zariadenie. Dizajny úspešne realizujú remeselníci doma.

Ale v praxi, bez pochopenia fyzických základov procesu rektifikácie, správneho výpočtu parametrov zariadenia, výberu materiálov a kvalitnej montáže uzlov, použitie domácej destilačnej kolóny sa zmení na nebezpečné povolanie. Dokonca aj jedna chyba môže spôsobiť požiar, výbuch alebo popáleniny..

Z hľadiska bezpečnosti sú testované kolóny (ktoré majú podpornú dokumentáciu) spoľahlivejšie a kolóny sú dodávané s pokynmi (mali by byť podrobné). Riziko kritickej situácie spočíva iba v dvoch faktoroch - správnej montáži a prevádzke podľa pokynov, ale to je problém takmer pre všetky domáce spotrebiče, nielen pre stĺpce alebo mesačné svitky..

Princíp destilačnej kolóny

Kocka je naplnená maximálne 2/3 objemu. Pred zapnutím jednotky je nevyhnutné skontrolovať tesnosť spojov a zostáv, vypnúť jednotku na extrakciu destilátu a privádzať chladiacu vodu. Až potom sa môže kocka začať zahrievať.

Optimálna sila zmesi obsahujúcej alkohol privádzanej do kolóny je 35 až 45%. To znamená, že v každom prípade sa pred rektifikáciou vyžaduje destilácia rmutu. Výsledný produkt (surový alkohol) sa potom spracuje na kolóne, čím sa získa takmer čistý alkohol.

To znamená, že domáca destilačná kolóna nie je úplnou náhradou za klasický destilátor mesačného svitu (destilátor) a dá sa považovať iba za ďalší krok čistenia, ktorý lepšie nahrádza opakovanú destiláciu (druhá destilácia), ale vylučuje organoleptické vlastnosti nápoja..

Poctivo, poznamenávam, že väčšina moderných modelov destilačných kolón zahŕňa prácu v režime mesačného svitu. Ak chcete prejsť na destiláciu, stačí vypnúť spojenie s atmosférou a otvoriť jednotku na výber destilátu.

Ak sú obidve kovania súčasne zatvorené, môže dôjsť k pretrhnutiu zahriateho stĺpca v dôsledku pretlaku! Nerobte také chyby.!

V nepretržitých priemyselných závodoch sa kaša často destiluje okamžite, ale je to možné vďaka jej obrovskej veľkosti a konštrukčným vlastnostiam. Napríklad potrubie sa považuje za štandardné, 80 metrov vysoké a 6 metrov priemerné, v ktorých je mnoho kontaktných prvkov inštalovaných mnohokrát viac ako na destilačných kolónach pre dom..

Po zapnutí sa ohrievač privedie k varu v kocke do varu. Výsledná para stúpa po kolóne a potom vstupuje do spätného kondenzátora, kde kondenzuje (objavuje sa hlien) a vracia sa naspäť do spodnej časti kolóny v tekutej forme pozdĺž stien rúry, pri kontakte so stúpajúcou parou na doskách alebo dýzach naspäť. Pod vplyvom ohrievača sa hlien opäť stáva vodnou parou a para v hornej časti sa opäť kondenzuje spätným chladičom. Proces sa stáva cyklickým, obe vlákna sú navzájom nepretržite v kontakte.

Po stabilizácii (para a hlien postačuje na dosiahnutie rovnovážneho stavu) sa v hornej časti kolóny akumulujú čisté (separované) frakcie s najnižším bodom varu (metylalkohol, octový aldehyd, étery, etylalkohol) a nižšie (horúce oleje). Keď vyberiete, spodné frakcie postupne stúpajú nad stĺpec.

Vo väčšine prípadov sa stĺpec považuje za stabilný (výber sa môže začať), v ktorom sa teplota nemení po dobu 10 minút (celkový čas zahrievania je 20 - 60 minút). Až do tohto bodu zariadenie pracuje „samo o sebe“ a vytvára toky pary a hlienu, ktoré majú tendenciu sa vyvažovať. Po stabilizácii sa začína výber frakcie hláv obsahujúcej škodlivé látky: estery, aldehydy a metylalkohol.

Destilačná kolóna nevylučuje potrebu rozdeliť výstup na frakcie. Rovnako ako v prípade konvenčného mesačného svitu musíte zbierať „hlavu“, „telo“ a „chvost“. Jediným rozdielom je čistota výstupu. Počas destilácie nie sú frakcie „mazané“ - látky s podobným, ale najmenej desatinovým stupňom, rozdielnymi bodmi varu sa nepretínajú, preto sa pri výbere „tela“ získa takmer čistý alkohol. Počas normálnej destilácie je nemožné fyzikálne rozdeliť výstup na frakcie pozostávajúce iba z jednej látky, bez ohľadu na to, aký dizajn sa používa..

Ak sa stĺpec uvedie do optimálneho prevádzkového režimu, potom nie je ťažké zvoliť „teleso“, pretože teplota je vždy stabilná.

Nižšie frakcie („zvyšky“) počas destilácie sa vyberajú na základe teploty alebo vône, ale na rozdiel od destilácie tieto látky neobsahujú alkohol..

Návrat alkoholu k organoleptickým vlastnostiam. Často sa vyžadujú „chvosty“, aby sa rektifikovaný duch vrátil do „duše“ - aróma a chuť suroviny, napríklad jablka alebo hrozna. Po dokončení postupu sa určité množstvo zozbieraných frakcií zvyšku pridá do čistého alkoholu. Koncentrácia sa vypočíta empiricky experimentovaním na malom množstve produktu.

Výhodou rektifikácie je schopnosť extrahovať takmer všetok alkohol obsiahnutý v tekutine bez straty kvality. To znamená, že „hlávky“ a „chvosty“ získané na mesačnom svite sa dajú stále spracovať na destilačnej kolóne a je možné získať etanol bezpečný pre zdravie..

Zaplavenie rektifikačného stĺpca

Každá konštrukcia má maximálnu rýchlosť pary, po ktorej sa tok hlienu v kocke najprv spomalí a potom sa úplne zastaví. Kvapalina sa hromadí v destilačnej časti kolóny a dochádza k „zaplaveniu“ - ukončenie procesu prenosu tepla a hmoty. Vo vnútri dôjde k prudkému poklesu tlaku, objaví sa cudzí hluk alebo klokan.

Dôvody zaplavenia destilačnej kolóny:

• prekročenie povoleného tepelného výkonu (najbežnejšie);
• upchatie spodnej časti zariadenia a pretečenia kocky;
• veľmi nízky atmosférický tlak (typický pre vysočinu);
• sieťové napätie nad 220 V - v dôsledku toho sa zvyšuje výkon vykurovacích telies;
• konštrukčné chyby a poruchy.