Teorija destilacije alkohola i princip djelovanja destilacijske kolone

Svrha je članka analizirati teorijske i neke praktične aspekte djelovanja kućne destilacijske kolone usmjerene na proizvodnju etanola, kao i rastjerivanje najčešćih mitova na Internetu i razjasniti točke o kojima prodavači opreme "šute".

Ispravljanje alkohola - razdvajanje višekomponentne smjese koja sadrži alkohol u čiste frakcije (etilni i metilni alkoholi, voda, fuselna ulja, aldehidi i drugi) koji imaju različita vrelišta ponovljenim isparavanjem tekućine i kondenzacijom pare na kontaktnim uređajima (pločama ili mlaznicama) u posebnim uređajima protivstrujnih tornjeva.

S fizičkog stajališta, rektifikacija je moguća, jer su u početku koncentracije pojedinih sastojaka smjese u parnoj i tekućoj fazi različite, ali sustav ima tendenciju ravnoteže - isti tlak, temperatura i koncentracija svih tvari u svakoj fazi. Nakon dodira s tekućinom, para se obogaćuje hlapljivim (slabo vreli) komponentama, zauzvrat, tekućina se obogaćuje hlapljivim (visoko vreli) komponentama. Zajedno s obogaćivanjem izmjenjuje se i toplina.

Trenutak dodira (interakcija tokova) pare i tekućine naziva se proces prijenosa topline i mase.

Zbog različitih smjera kretanja (para se diže i tekućina teče prema dolje), nakon postizanja ravnotežnog sustava u gornjem dijelu destilacijske kolone, moguće je zasebno odabrati praktički čiste komponente koje su bile dio smjese. Prvo izlaze tvari s nižim temperaturom ključanja (aldehidi, esteri i alkoholi), a zatim s visokim (fuzilna ulja).

Ravnotežno stanje. Pojavljuje se na samoj granici razdvajanja faza. Postiže se samo ako su istovremeno ispunjena dva uvjeta:

1. Jednaki tlak svake pojedine komponente smjese.
2. Temperatura i koncentracija tvari u obje faze (para i tekućina) su iste.

Što češće sustav dođe u ravnotežu, to je učinkovitiji prijenos topline i mase i odvajanje smjese u pojedine komponente.

Razlika između destilacije i destilacije

Kao što se može vidjeti na grafikonu, iz 10% -tne otopine alkohola (kaša) možete dobiti 40% -tni mjesečin, a drugom destilacijom ove smjese izaći će destilat od 60 stupnjeva, s trećim - 70%. Sljedeći su intervali mogući: 10-40- 40-60- 60-70- 70-75 i tako dalje do najviše 96%.

Teoretski, za dobivanje čistog alkohola, potrebno je 9-10 uzastopnih destilacija na mjesečini. U praksi je destilacija tekućina koje sadrže alkohol s koncentracijom većom od 20-30% eksplozivna, osim toga, zbog velikih troškova energije i vremena, ekonomski je neisplativa..

S ovog stajališta, destilacija alkohola je najmanje 9-10 istodobnih, postupnih destilacija koje se javljaju na različitim kontaktnim elementima stupca (mlaznice ili pločice) po cijeloj visini.

razlika	destilacija	ispravljanje
Organoleptičko piće	Zadržava aromu i okus sirovina.	Ispada da je čisti alkohol bez mirisa i okusa (problem ima rješenje).
Izlaz iz tvrđave	Ovisi o količini destilacije i dizajnu aparata (obično 40-65%).	Do 96%.
Stupanj razdvajanja na frakcije	Niske tvari se miješaju čak i s različitim vrelištima, nemoguće ih je popraviti.	Visoke, čiste tvari mogu se izolirati (samo s različitim vrelištima).
Sposobnost uklanjanja štetnih tvari	Nizak ili srednji. Za poboljšanje kvalitete potrebne su najmanje dvije destilacije s odvajanjem na frakcije barem jedne od njih.	Visoko, s pravim pristupom, odstranjuju se sve štetne tvari.
Gubitak alkohola	Visoka. Čak i uz pravi pristup, do 80% ukupne količine može se izdvojiti uz održavanje prihvatljive kvalitete..	Nisko. Teoretski, realno je izvući sav etilni alkohol bez gubitka kvalitete. U praksi minimalno 1-3% gubitka.
Složenost tehnologije za kućnu upotrebu	Nizak i srednji. Odgovara čak i najprimitivnijem aparatu s zavojnicom. Moguća su poboljšanja opreme. Tehnologija destilacije je jednostavna i jasna. Luna još uvijek ne zauzima puno prostora u radnom stanju.	Visoka. Potrebna je posebna oprema koju je nemoguće izraditi bez znanja i iskustva. Proces je teže razumljiv, potrebna je barem teorijska priprema. Stupac zauzima više prostora (posebno u visini).
Opasno (u usporedbi međusobno), oba procesa su vatrena i eksplozivna.	Zbog jednostavnosti mirisnog razdoblja, destilacija je nešto sigurnija (subjektivno mišljenje autora članka).	Zbog složene opreme, pri radu s kojom postoji rizik od pogreške, ispravljanje je opasnije.

Operacija destilacijskog stupca

Destilacijski stupac - uređaj dizajniran za odvajanje višekomponentne tekuće smjese u zasebne frakcije vrelišta. To je cilindar stalnog ili promjenjivog presjeka, unutar kojeg se nalaze kontaktni elementi - ploče ili mlaznice.

Gotovo svaki stupac također ima pomoćne jedinice za dovod inicijalne smjese (sirov alkohol), kontrolu procesa ispravljanja (termometri, automatizacija) i odabir destilata - modul u kojem se određena para tvari izlučena iz sustava kondenzira, a zatim vadi..

Sirovi alkohol - produkt destilacije kaše metodom klasične destilacije, koji se može "sipati" u destilacijsku kolonu. Zapravo je mjesečina s jačinom od 35-45 stupnjeva.

flegma - kondenzirana para u refluksnom kondenzatoru koja teče niz zidove stupa.

Omjer refluksa - omjer broja refluksa i mase uzetih destilata. U koloni za destilaciju postoje tri struje: para, refluks i destilat (krajnji cilj). Na početku postupka destilat se ne uzima tako da se u stupcu pojavi dovoljno refluksa za prijenos topline i mase. Tada se dio alkoholne pare kondenzira i uzima iz kolone, a preostala alkoholna para nastavlja stvarati refluksni tok, osiguravajući normalan rad.

Za rad većine postrojenja omjer refluksa mora biti najmanje 3, odnosno uzima se 25% destilata, ostatak je potreban u stupcu za navodnjavanje kontaktnih elemenata. Opće pravilo: što sporije uzimamo alkohol, to je veća kvaliteta.

Uređaji za kontakt na destilaciji (ploče i mlaznice)

Oni su odgovorni za višestruko i istovremeno odvajanje smjese u tekućinu i paru, nakon čega slijedi kondenzacija para u tekućini - postizanje ravnoteže u koloni. Ako su sve ostale jednake, što su više kontaktnih uređaja dizajnirane, to je učinkovitija ispravljanja u smislu pročišćavanja alkoholom, jer se površina interakcije faza povećava, što intenzivira cijeli prijenos topline i mase.

Teoretska ploča - jedan ciklus izlaska iz ravnotežnog stanja s ponovljenim postignućem. Za dobivanje visokokvalitetnog alkohola potrebno je najmanje 25-30 teoretskih tanjura.

Fizička ploča - stvarno radni uređaj. Para prolazi kroz tekući sloj u tanjuru u obliku mnogih mjehurića stvarajući veliku kontaktnu površinu. Kod klasičnog dizajna, fizička ploča pruža oko polovice uvjeta za postizanje jednog ravnotežnog stanja. Stoga je za normalan rad destilacijske kolone potrebno dva puta više fizičkih ploča od teoretskog (izračunato) najmanje - 50-60 komada.

mlaznice. Često se ploče postavljaju samo na industrijskim postrojenjima. U laboratorijskim i kućnim destilacijskim stupcima mlaznice se koriste kao kontaktni elementi - posebno upletena bakrena (ili čelična) žica ili mreže za pranje posuđa. U ovom slučaju, gnoj teče tankim tokom preko cijele površine mlaznice, pružajući maksimalnu dodirnu površinu s parom.

Postoji puno dizajna. Nedostatak domaćih žičnih mlaznica je moguće oštećenje materijala (crnjenje, hrđa), tvornički analozi su lišeni takvih problema.

Svojstva destilacijske kolone

Materijal i dimenzije. Cilindar stupa, mlaznice, kocka i destileri nužno su izrađeni od hrane, nehrđajuće legure, koja je sigurna kada se zagrijava (ravnomjerno se širi). U domaćim strukturama, limenke i posude pod pritiskom najčešće se koriste kao kocka.

Minimalna duljina cijevi za destilaciju cijevi kod kuće - 120-150 cm, promjer - 30-40 mm.

Sustav grijanja. U procesu ispravljanja vrlo je važno kontrolirati i brzo prilagoditi snagu grijanja. Stoga je najuspješnije rješenje grijanje uz pomoć grijaćih elemenata montiranih u donjem dijelu kocke. Ne preporučuje se opskrba toplinom pomoću plinske peći, jer vam ne omogućuje brzo mijenjanje raspona temperature (visoka inercija sustava).

Kontrola procesa. Tijekom ispravljanja važno je slijediti upute proizvođača stupaca, koje moraju navesti radne značajke, toplinsku snagu, omjer refluksa i performanse modela.

Vrlo je teško kontrolirati postupak ispravljanja bez dva jednostavna uređaja - termometar (pomaže u određivanju ispravnog stupnja zagrijavanja) i mjerač alkohola (mjeri snagu dobivenog alkohola).

produktivnost. To ne ovisi o veličini stupca, jer što je veći car (cijev), to je više fizičkih ploča unutar, dakle, bolje čišćenje. Na performanse utječe snaga grijanja, koja određuje brzinu struje pare i refluksa. Ali s viškom isporučene snage, stupac se guši (prestaje raditi).

Prosječne performanse stupaca za destilaciju u kući su 1 litra na sat, s grijanjem 1 kW.

Učinak pritiska. Vrelište tekućina ovisi o tlaku. Za uspješnu destilaciju alkohola tlak na vrhu kolone trebao bi biti blizu atmosferskog - 720-780 mm Hg. U suprotnom, kada se tlak smanji, gustoća pare će se smanjiti i brzina isparavanja će porasti, što može prouzrokovati poplavu stupca. Ako je tlak previsok, brzina isparavanja smanjuje se, čineći uređaj neefikasnim (nema razdvajanja smjese na frakcije). Da bi se održao pravilan tlak, svaki je destilacijski stupac opremljen komunikacijskom cijevi za atmosferu..

O mogućnosti domaćeg sastavljanja. Teoretski, destilacijski stup nije vrlo složen uređaj. Dizajne uspješno primjenjuju majstori kod kuće.

Ali u praksi, bez razumijevanja fizičkih temelja postupka ispravljanja, ispravnog izračuna parametara opreme, odabira materijala i kvalitetnog sastavljanja čvorova, upotreba kućne destilacijske kolone pretvara se u opasno zanimanje. Čak jedna pogreška može rezultirati požarom, eksplozijom ili opeklinama..

U pogledu sigurnosti, testirani stupci (koji imaju prateću dokumentaciju) su pouzdaniji, a stupci se isporučuju s uputama (trebaju biti detaljne). Rizik kritične situacije svodi se na samo dva čimbenika - pravilno sklapanje i rad u skladu s uputama, ali to je problem gotovo svih kućanskih uređaja, a ne samo stupaca ili mjesečnih strojeva.

Načelo destilacijske kolone

Kocka je napunjena s najviše 2/3 volumena. Prije uključivanja jedinice, obavezno je provjeriti da li na spojevima i sklopovima ima nepropusnosti, isključuje se jedinica za usisavanje destilata i dovodi voda za hlađenje. Tek tada se kocka može zagrijavati.

Optimalna čvrstoća smjese koja sadrži alkohol koja se daje u kolonu je 35-45%. Odnosno, destilacija kaše potrebna je prije ispravljanja. Rezultirajući proizvod (sirovi alkohol) zatim se obrađuje na stupcu, čime se dobiva gotovo čisti alkohol.

To znači da stupac za destilaciju u kućanstvu nije potpuna zamjena za još uvijek klasični mjesečin (destilator) i može se smatrati samo dodatnim korakom pročišćavanja koji bolje zamjenjuje ponovljenu destilaciju (druga destilacija), ali eliminira organoleptička svojstva pića.

Iskreno, napominjem da većina suvremenih modela stupaca za destilaciju još uvijek uključuje rad u načinu mjesečine. Da biste otišli na destilaciju, samo morate isključiti vezu s atmosferom i otvoriti jedinicu za izbor destilata.

Ako su oba priključka istovremeno zatvorena, može doći do eksplozije grijanog stupa! Ne pravite takve pogreške.!

U kontinuiranim industrijskim postrojenjima kaša se često destilira odmah, ali to je moguće zbog gigantske veličine i značajki dizajna. Na primjer, cijev se smatra standardnom, visokom 80 metara i promjerom 6 metara, u koju su ugrađeni mnogi kontaktni elementi mnogo puta više nego na destilacijskim stupovima za kuću.

Nakon uključivanja, grijač dovodi do zagrijavanja tekućinu u kocki. Rezultirajuća para podiže se na stupu, zatim ulazi u refluksni kondenzator gdje se kondenzira (pojavljuje se flegm) i vraća se na dno stupca u tekućem obliku duž zidova cijevi, u kontaktu s porastom pare na pločama ili mlaznicama na povratku. Pod utjecajem grijača, sluz opet postaje para, a para na vrhu se ponovo kondenzira refluksnim kondenzatorom. Proces postaje ciklički, obje su teme neprekidno u međusobnom dodiru.

Nakon stabilizacije (para i flegma su dovoljni za ravnotežno stanje), čiste (razdvojene) frakcije s najnižom točkom ključanja (metilni alkohol, octeni aldehid, eteri, etilni alkohol) nakupljaju se u gornjem dijelu kolone, a najviši (fuzijska ulja) ispod. Kako odaberete, donji se udjeli postepeno dižu prema stupcu.

U većini slučajeva stupac se smatra stabilnim (odabir može započeti), u kojem se temperatura ne mijenja 10 minuta (ukupno vrijeme zagrijavanja je 20-60 minuta). Do ovog trenutka, uređaj djeluje „sam“, stvarajući protoke pare i gnoja koji imaju tendenciju uravnoteženja. Nakon stabilizacije započinje odabir glave u glavi koja sadrži štetne tvari: esteri, aldehidi i metil alkohol.

Destilacijski stupac ne uklanja potrebu za razdvajanjem izlaza u frakcije. Kao u slučaju s konvencionalnim mjesečinom, morate sakupljati "glavu", "tijelo" i "rep". Jedina razlika je čistoća izlaza. Tijekom destilacije, frakcije se ne "podmazuju" - tvari slične, ali barem desetinu stupnja, različite točke vrenja se ne presijecaju, pa se pri odabiru "tijela" dobije gotovo čisti alkohol. Tijekom normalne destilacije nemoguće je fizički odvojiti izlaz na frakcije koje se sastoje od samo jedne tvari, bez obzira na to koji se dizajn koristi.

Ako se stupac dovede u optimalni način rada, tada nema poteškoća s odabirom "tijela", jer je temperatura uvijek stabilna.

Donje frakcije ("repovi") tijekom destilacije odabrane su na temelju temperature ili mirisa, ali za razliku od destilacije, ove tvari ne sadrže alkohol.

Povratak alkohola organoleptičkim svojstvima. Često su potrebni "repovi" da se ispravljenom duhu vrati duša - aroma i okus sirovine, na primjer, jabuke ili grožđa. Nakon završetka postupka, određenoj količini sakupljenih frakcija repa dodaje se u čisti alkohol. Koncentracija se izračunava empirijski eksperimentiranjem s malom količinom proizvoda.

Prednost ispravljanja je mogućnost izdvajanja gotovo cijelog alkohola sadržanog u tekućini bez gubitka njegove kvalitete. To znači da se "glave" i "repovi" dobiveni na mjesečevoj stanici još uvijek mogu preraditi na destilacijskoj koloni i može se dobiti etanol siguran za zdravlje..

Ispravljanje stupa za ispravljanje

Svaki dizajn ima maksimalnu brzinu pare, nakon čega se protok flegma u kocki najprije usporava, a zatim potpuno zaustavlja. Tekućina se nakuplja u destilacijskom dijelu stupa i dolazi do "poplave" - ​​zaustavljanja postupka prijenosa topline i mase. Iznutra dolazi do naglog pada tlaka, pojavljuje se vanjski šum ili gunđanje.

Razlozi za izlijevanje destilacijske kolone:

• prekoračenja dopuštene snage grijanja (najčešće);
• začepljenje dna uređaja i prelijevanje kocke;
• vrlo nizak atmosferski tlak (tipično za gorja);
• napon u mreži je viši od 220V - kao rezultat, povećava se snaga grijaćih elemenata;
• pogreške u dizajnu i kvarovi.