Teorija destilacije alkohola in princip delovanja destilacijske kolone

Namen članka je analizirati teoretične in nekatere praktične vidike delovanja stolpca za destilacijo doma, namenjenega proizvodnji etanola, pa tudi razbliniti najpogostejše mite po internetu in razjasniti točke, o katerih prodajalci opreme "molčijo".

Rektifikacija alkohola - ločitev večkomponentne zmesi, ki vsebujejo alkohol, na čiste frakcije (etilni in metilni alkoholi, voda, fuselna olja, aldehidi in drugi), ki imajo različna vrelišča s ponavljajočim izhlapevanjem tekočine in kondenzacijo pare na kontaktnih napravah (ploščah ali šobah) v posebnih napravah s protikotnim stolpom.

S fizikalnega vidika je rektifikacija možna, saj je sprva koncentracija posameznih sestavin zmesi v parni in tekoči fazi različna, sistem pa teži k ravnotežju - enak tlak, temperatura in koncentracija vseh snovi v vsaki fazi. Po stiku s tekočino se para obogati s hlapnimi (nizko vreli) komponentami, tekočina pa se obogati s hlapnimi (visoko vreli) komponentami. Skupaj z obogatitvijo se izmenjuje tudi toplota.

Trenutek stika (interakcija tokov) pare in tekočine imenujemo proces prenosa toplote in mase.

Zaradi različnih smeri gibanja (para se dvigne in tekočina teče navzdol), potem ko dosežemo ravnotežni sistem v zgornjem delu destilacijske kolone, lahko ločeno izberemo praktično čiste sestavine, ki so bile del mešanice. Najprej pridejo snovi z nižjim vreliščem (aldehidi, estri in alkoholi), nato pa z veliko (fuselna olja).

Ravnotežno stanje. Pojavi se na sami meji ločevanja faz. Doseženo le, če sta hkrati izpolnjena dva pogoja:

1. Enak tlak vsake posamezne sestavine zmesi.
2. Temperatura in koncentracija snovi v obeh fazah (hlapi in tekočina) sta enaki.

Bolj ko sistem pride v ravnotežje, učinkovitejši je prenos toplote in mase ter ločevanje zmesi na posamezne sestavine.

Razlika med destilacijo in destilacijo

Kot je razvidno iz grafa, lahko iz 10-odstotne alkoholne raztopine (kaše) dobite 40-odstotni mesečni žar, z drugo destilacijo te mešanice pa bo izšel 60-stopinjski destilat, s tretjo - 70-odstotno. Možni so naslednji intervali: 10-40- 40-60- 60-70- 70-75 in tako naprej do največ 96%.

Teoretično je za pridobitev čistega alkohola potrebnih 9-10 zaporednih destilacij na mesečini. V praksi je destilacija tekočin, ki vsebujejo alkohol s koncentracijo nad 20-30%, eksplozivna, poleg tega pa je zaradi velikih izdatkov za energijo in čas ekonomsko nedonosna..

S tega vidika je destilacija alkohola najmanj 9-10 hkratnih, stopenjskih destilacij, ki se pojavljajo na različnih kontaktnih elementih kolone (šobe ali plošče) po celotni višini.

Razlika	Destilacija	Rektifikacija
Organoleptična pijača	Ohranja aromo in okus surovin.	Izkaže se čisti alkohol brez vonja in okusa (težava ima rešitev).
Izhod iz trdnjave	Odvisno od količine destilacije in zasnove naprave (običajno 40-65%).	Do 96%.
Stopnja ločitve na frakcije	Snovi se mešajo celo z različnimi vreliščem, zato je nemogoče popraviti.	Visoke, čiste snovi lahko izoliramo (samo z različnimi vreliščem).
Sposobnost odstranjevanja škodljivih snovi	Nizka ali srednja. Za izboljšanje kakovosti sta potrebna vsaj dve destilaciji z ločitvijo vsaj na enega od njih.	Visoko, s pravilnim pristopom se odstranijo vse škodljive snovi.
Izguba alkohola	Visoka. Tudi s pravilnim pristopom je mogoče izvleči do 80% celotne količine, hkrati pa ohraniti sprejemljivo kakovost..	Nizka. Teoretično je realno ekstrahirati ves etilni alkohol brez izgube kakovosti. V praksi najmanj 1-3% izgube.
Kompleksnost tehnologije za domačo uporabo	Nizka in srednja. Prilega se celo najbolj primitivni napravi s tuljavo. Možne so izboljšave opreme. Tehnologija destilacije je preprosta in enostavna. Luna še vedno v delovnem stanju ne zavzame veliko prostora.	Visoka. Potrebna je posebna oprema, ki je brez znanja in izkušenj nemogoče izdelati. Postopek je težje razumeti, potrebna je vsaj teoretična priprava. Stolpec zavzame več prostora (zlasti v višini).
Nevarna (v primerjavi med seboj) sta oba procesa požarna in eksplozivna.	Zaradi enostavnosti še vedno samega luna je destilacija nekoliko varnejša (subjektivno mnenje avtorja članka).	Zaradi zapletene opreme je pri delu, s katero obstaja nevarnost več napak, popravljanje nevarnejše.

Delovanje destilacijske kolone

Destilacijski stolpec - naprava, zasnovana za ločevanje večkomponentne tekoče zmesi na ločene frakcije po vrelišču. To je valj s stalnim ali spremenljivim presekom, znotraj katerega so kontaktni elementi - plošče ali šobe.

Prav tako ima skoraj vsak stolpec pomožne enote za dovod začetne mešanice (surovi alkohol), nadzor nad postopkom rektifikacije (termometri, avtomatizacija) in izbiro destilata - modul, v katerem se kondenzirajo hlapi določene snovi in ​​nato odvzamejo iz sistema.

Surovi alkohol - proizvod destilacije kaše po metodi klasične destilacije, ki se lahko "vlije" v destilacijsko kolono. Pravzaprav je luna z močjo 35-45 stopinj.

Flegm - para, kondenzirana v refluksnem kondenzatorju, ki teče po stenah kolone.

Razmerje refluksa - razmerje med številom refluksov in maso odvzetega destilata. V stolpcu za destilacijo so trije tokovi: para, refluks in destilat (končni cilj). Na začetku postopka destilata ne odvzamemo, tako da se v stolpcu pojavi dovolj refluksa za prenos toplote in mase. Nato se del alkoholne pare kondenzira in odvzame iz stolpca, preostala alkoholna para pa še naprej ustvarja refluksni tok, kar zagotavlja normalno delovanje.

Za delovanje večine naprav mora biti razmerje dotoka vsaj 3, torej jemljemo 25% destilata, preostali del je potreben v stolpcu za namakanje kontaktnih elementov. Splošno pravilo: počasneje jemljemo alkohol, višja je kakovost.

Naprave za stik pri destilaciji (plošče in šobe)

Odgovorni so za večkratno in istočasno ločevanje zmesi v tekočino in paro, čemur sledi kondenzacija hlapov v tekočini - doseganje ravnotežja v koloni. Če so enake stvari, bolj ko so zasnovane kontaktne naprave, učinkovitejša je rektifikacija v smislu čiščenja z alkoholom, saj se površina medsebojnih vplivov povečuje, kar poveča celoten prenos toplote in mase.

Teoretična plošča - en cikel izstopa iz ravnotežnega stanja z večkratnim doseganjem. Za pridobitev visokokakovostnega alkohola je potrebnih najmanj 25-30 teoretičnih krožnikov.

Fizična plošča - res delujoča naprava. Para prehaja skozi tekočo plast v plošči v obliki številnih mehurčkov, kar ustvarja obsežno kontaktno površino. V klasični izvedbi fizična plošča zagotavlja približno polovico pogojev za dosego enega ravnovesnega stanja. Zato je za normalno delovanje destilacijske kolone potrebno dvakrat več fizičnih plošč kot teoretični (izračunani) minimum - 50-60 kosov.

Šobe. Pogosto so plošče postavljene samo na industrijske obrate. V stolpcih za laboratorijsko in domačo destilacijo se kot kontaktni elementi uporabljajo šobe - posebej zvita bakrena (ali jeklena) žica ali mreže za pomivanje posode. V tem primeru gnoj teče v tankem toku po celotni površini šobe, kar zagotavlja največjo kontaktno površino s paro.

Obstaja veliko modelov. Pomanjkljivost šob za domače žice je morebitna poškodba materiala (črnitev, rja), tovarniški analogi so brez teh težav.

Lastnosti destilacijskega stolpca

Material in mere. Jeklenka stebra, šobe, kocka in destilarni so nujno izdelani iz nerjaveče zlitine, zlitine, ki je varna pri segrevanju (enakomerno se širi). V domačih konstrukcijah se kot kocka najpogosteje uporabljajo pločevinke in kuhalniki pod tlakom.

Najmanjša dolžina cevi za destilacijo cevi za cevi - 120-150 cm, premer - 30-40 mm.

Ogrevalni sistem. V procesu rektifikacije je zelo pomembno nadzorovati in hitro prilagoditi ogrevalno moč. Zato je najuspešnejša rešitev ogrevanje s pomočjo grelnih elementov, nameščenih v spodnjem delu kocke. Dobava toplote skozi plinsko peč ni priporočljiva, saj ne omogoča hitrega spreminjanja temperaturnega območja (visoka inervacija sistema).

Nadzor procesa. Med odpravljanjem je pomembno upoštevati navodila proizvajalca stolpcev, ki morajo navajati delovne lastnosti, ogrevalno moč, razmerje refluksa in zmogljivost modela.

Brez dveh preprostih naprav je zelo težko nadzorovati postopek odpravljanja - termometer (pomaga določiti pravilno stopnjo ogrevanja) in merilnik alkohola (meri jakost dobljenega alkohola).

Zmogljivost. To ni odvisno od velikosti stebra, ker višji kot je car (cev), več fizičnih plošč je v notranjosti, zato je boljše čiščenje. Na delovanje vpliva ogrevalna moč, ki določa hitrost tokov pare in refluksa. Toda s presežkom dobavljene moči stolpec zaduši (preneha delovati).

Povprečna zmogljivost stolpcev za destilacijo v domu je 1 liter na uro z ogrevalno močjo 1 kW.

Tlačni učinek. Vrelišče tekočin je odvisno od tlaka. Za uspešno destilacijo alkohola mora biti tlak na vrhu kolone blizu atmosferskega - 720-780 mm Hg. V nasprotnem primeru, ko se tlak zmanjša, se bo gostota hlapov zmanjšala in hitrost izparevanja se bo povečala, kar lahko povzroči poplavo kolone. Če je tlak previsok, se hitrost izhlapevanja zmanjša, zaradi česar naprava ne deluje (ni ločitve zmesi na frakcije). Za vzdrževanje pravilnega tlaka je vsak stolpec za destilacijo opremljen z atmosfersko komunikacijsko cevjo..

O možnosti domače montaže. Teoretično destilacijski stolpec ni zelo zapletena naprava. Oblike uspešno izvajajo obrtniki doma.

Toda v praksi se brez razumevanja fizikalnih temeljev postopka rektifikacije, pravilnega izračuna parametrov opreme, izbire materialov in kakovostne montaže vozlišč uporaba domačega destilacijskega stolpca spremeni v nevaren poklic. Celo ena napaka lahko povzroči požar, eksplozijo ali opekline..

Z vidika varnosti so preizkušeni stolpci (ki imajo dodatno dokumentacijo) zanesljivejši, stolpci pa so opremljeni z navodili (podrobno jih je treba). Tveganje za kritično situacijo se zmanjša na samo dva dejavnika - pravilno montažo in delovanje v skladu z navodili, vendar je to težava skoraj vseh gospodinjskih aparatov, ne le stebrov ali luknjačev.

Načelo destilacijske kolone

Kocka je napolnjena z največ 2/3 prostornine. Pred vklopom enote je nujno, da se spoji in sklopi preverijo, da puščajo, sesalna enota se izklopi in dovaja hladilna voda. Šele takrat se lahko kocka začne segrevati.

Optimalna jakost zmesi, ki vsebujejo alkohol, se dovajajo v kolono 35-45%. To je v vsakem primeru pred destilacijo potrebno destilacijo kaše. Nastali produkt (surov alkohol) se nato predela na koloni, pri čemer dobimo skoraj čist alkohol.

To pomeni, da stolpec za destilacijo doma ni popolna zamenjava za klasični še vedno luno (destilarna) in se lahko šteje le za dodaten korak čiščenja, ki bolje nadomešča ponovljeno destilacijo (druga destilacija), vendar odpravi organoleptične lastnosti pijače.

Pošteno povedano ugotavljam, da večina sodobnih modelov stolpcev za destilacijo še vedno vključuje delo v načinu lune. Če želite iti na destilacijo, morate izključiti povezavo z atmosfero in odpreti enoto za izbiro destilata.

Če sta oba nastavka hkrati zaprta, lahko zaradi previsokega tlaka eksplodira segreta kolona! Ne delajte takšnih napak.!

V kontinuiranih industrijskih obratih se kaša pogosto destilira takoj, vendar je to mogoče zaradi svoje velikanske velikosti in oblikovnih značilnosti. Na primer, velja, da je cev standardna, visoka 80 metrov in premer 6 metrov, v katero so nameščeni številni kontaktni elementi mnogokrat več kot na destilacijskih stolpcih za hišo.

Po vklopu se tekočina v kocki ogreva. Nastala para se dvigne navzgor nad kolono, nato pa vstopi v kondenzator z refluksom, kjer se kondenzira (pojavi se sluz) in se vrne na dno kolone v tekoči obliki vzdolž sten cevi, v stiku z naraščajočo paro na ploščah ali šobah na poti nazaj. Pod vplivom grelca, sluz znova postane para, para na vrhu pa se spet kondenzira z refluksnim kondenzatorjem. Postopek postane cikličen, obe nitki sta ves čas v medsebojnem stiku.

Po stabilizaciji (para in flegma zadostujeta za ravnotežje) se v zgornjem delu stolpca naberejo čiste (ločene) frakcije z najnižjim vreliščem (metilni alkohol, ocetni aldehid, etri, etilni alkohol), najvišje (fuzinska olja) spodaj. Ko izberete, se spodnji del postopoma dviga navzgor po stolpcu.

V večini primerov se šteje, da je stolpec stabilen (izbira se lahko začne), v kateri se temperatura ne spreminja 10 minut (skupni čas ogrevanja je 20-60 minut). Do tega trenutka naprava deluje "po svoje", ustvarja pare in gnojne tokove, ki so navadno uravnoteženi. Po stabilizaciji se začne izbira glave, ki vsebuje škodljive snovi: estri, aldehidi in metilni alkohol.

Destilacijski stolpec ne odpravlja potrebe po ločevanju izhoda na frakcije. Tako kot v primeru običajnega luna še vedno morate tudi tukaj zbrati "glavo", "telo" in "rep". Edina razlika je čistost izhoda. Med destilacijo frakcije niso "mazane" - snovi s podobnim, vendar vsaj desetinko stopinje različnih vrelišč se ne sekajo, zato pri izbiri "telesa" dobimo skoraj čist alkohol. Med normalno destilacijo ni mogoče fizično ločiti izida na frakcije, sestavljene iz samo ene snovi, ne glede na to, kakšen dizajn je uporabljen.

Če se stolpec privede do optimalnega načina delovanja, potem ni mogoče izbrati "telesa", saj je temperatura vedno stabilna.

Nižje frakcije ("repi") med destilacijo so izbrane na podlagi temperature ali vonja, vendar za razliko od destilacije te snovi ne vsebujejo alkohola.

Vrnitev alkoholnih organoleptičnih lastnosti. Pogosto so potrebni "repi", da vrnejo rektificirani duh "duši" - aromo in okus surovine, na primer jabolka ali grozdja. Po zaključku postopka se čistemu alkoholu doda določena količina zbranih frakcij repa. Koncentracija se izračuna empirično z eksperimentiranjem na majhni količini izdelka.

Prednost popravljanja je zmožnost izločanja skoraj vsega alkohola, ki ga vsebuje tekočina, ne da bi pri tem izgubila kakovost. To pomeni, da se "glave" in "repi", dobljeni na luni, še vedno lahko predelajo na destilacijski koloni in dobijo etanol, varen za zdravje..

Poplava rektifikacijskega kolona

Vsaka zasnova ima največjo hitrost pare, po kateri se pretok flegma v kocki najprej upočasni, nato pa se popolnoma ustavi. Tekočina se nabira v destilacijskem delu kolone in prihaja do "poplave" - ​​prenehanja postopka prenosa toplote in mase. V notranjosti se pojavi močan padec tlaka, pojavi se zunanji hrup ali grmljanje.

Razlogi za poplavo destilacijske kolone:

• presega dovoljeno ogrevalno moč (najpogosteje);
• zamašitev dna naprave in prelivanje kocke;
• zelo nizek atmosferski tlak (značilen za visokogorje);
• napetost v omrežju je višja od 220V - posledično se moč grelnih elementov poveča;
• napake v načrtovanju in napake v delovanju.