Общая теория ректификации
Прежде, чем мы начнем знакомиться с теорией ректификации, я рекомендую вспомнить все, что нам известно о теории дистилляции. Так нам будет проще разобраться в технологии этого процесса. Ведь по большому счету ректификация и дистилляция весьма схожи. Оба процесса служат для разделения жидкостей в смесях (а в самогоноварении – для выделения из спиртосодержащих смесей этилового спирта). И принципы действия обоих процессов основаны на одном и том же – разнице в температурах кипения составляющих смесь веществ.
Но имеется ряд отличий между дистилляцией и ректификацией, подробнее о них мы можем почитать в статье “Дистилляция или ректификация?”. Главным же отличием процессов является чистота конечного продукта: при ректификации на выходе мы имеем чистый спирт без примесей! Давайте разбираться, как же это происходит.
Ректифицируемая жидкость
Начнем с того, что спиртосодержащей смесью, которую мы будем ректифицировать, является не брага, а спирт-сырец. Связано это с тем, что брага может пениться, и пена может попасть в те части оборудования, в которые попадать не должна. Это нарушит технологию и повлечет ненужные трудности по промывке оборудования. Спирт-сырец в свою очередь мы получаем из браги путем простой перегонки. То есть ректификация не избавляет нас от первичной (простой) перегонки браги, но является более результативной заменой фракционной дистилляции.
Ректификационная колонна
 Устройство, с помощью которого осуществляется ректификация спирта, называется ректификационной колонной. Колонны могут иметь разные конструкции, но принцип работы у разных колонн одинаковый. Одна из возможных конструкций изображена на рисунке.Куб (1) наполняется спиртом-сырцом. Организуется нагрев куба, в результате чего спирт-сырец закипает и начинает испаряться. Образующийся пар поднимается в ректификационную царгу (2), а потом в дефлегматор (3). В дефлегматоре он охлаждается и конденсируется, получившийся конденсат называется флегмой. Образованная флегма начинает стекать в отборный узел (4). Пользуясь регулятором (5), можно направить его либо в холодильник (6), а затем в приемную емкость (7), либо снова вернуть в ректификационную царгу.
Для осуществления ректификации необходимо многократное возвращение флегмы в царгу (2). Это приводит к тому, что текущая вниз флегма контактирует с паром, стремящимся подняться по царге. При этом контакте флегмой вбираются наиболее тяжелые составляющие пара, пар же, напротив, проходя сквозь флегму насыщается наиболее летучими ее веществами. В результате вверх продолжают двигаться наиболее летучие вещества, а более тяжелые составляющие пара и флегмы продолжают стекать вниз. В результате такого многократного массотеплообмена происходит расслоение масс на фракции таким образом, что в верхнем слое оказывается наиболее летучее вещество, под ним чуть менее летучее и т.д. Достаточно совсем незначительного различия в температурах кипения двух фракций, чтобы в колонне они расслоились, расположившись одна под другой. |
Ректификационная царга
Таким образом, основная часть процесса ректификации сосредоточена в ректификационной царге. И именно царга является самой стратегически важной частью ректификационной колонны.
Изменяя параметры царги, мы изменяем характеристики всего аппарата.
Например, очистные способности колонны тем лучше, чем больше высота царги. Именно поэтому ректификационные колонны имеют высоту, из-за которой в домашних условиях часто приходится располагать всю конструкцию на полу.
От диаметра царги зависит ее пропускная способность: чем диаметр больше, тем производительность аппарата выше.
Царга должна быть теплоизолирована от внешней среды, поэтому сверху ее оборачивают утеплителем. Чем лучше утеплена царга, тем меньше температура воздуха влияет на процесс, исключая, например, излишнюю конденсацию, если работы ведутся в прохладном помещении.
Не менее важную роль играют и контактные устройства, размещаемые в царге. Они позволяют сделать массотеплообмен наиболее эффективным за счет увеличения площади взаимодействия флегмы и пара. Наиболее популярным в настоящее время являются так называемые тарелки и регулярная проволочная насадка Панченкова.
Отбор ректификата
Отбор всех фракций проводится поочередно. Считается, что система массотеплообмена достигла равновесия (произошло расслоение веществ в колонне), когда показания термометра не изменяются на протяжении 10-15 мин. И именно по показываемой температуре можно определить, какое вещество можно выделить из массы в настоящий момент.
По аналогии с дробной дистилляцией этилового спирта при ректификации сначала происходит сбор головных фракций. Затем отбирается сам этиловый спирт (тело). Следом можно отобрать хвостовые фракции. Ректификация позволяет отбирать в отдельную емкость каждое вещество первоначальной смеси (при условии, что температуры кипения всех веществ отличаются хотя бы на десятые доли градуса). Это позволяет проанализировать количественные и качественные параметры первоначальной смеси.