На чем основана ректификация

Понятие ректификации спирта. Чем процесс отличается от дистилляции, какие напитки получаются в результате?

Многие винокуры стремятся получить в домашних условиях по возможности самый чистый и крепкий самогон. Для этого используют разные ухищрения: от двух-четырех перегонов до использования целого ряда последовательно подключенных барботеров.

Но если таким путем вопрос крепости (до 90°) решаем, то о чистоте продукта от примесей речь не идет. Чистый спирт можно получить только в том случае, если происходит ректификация спирта-сырца.

Поскольку некоторые самогонщики до сих пор путаются в понятиях и называют спиртом продукт повторной дистилляции, разберемся с понятиями.

Процесс ректификации

Суть ректификации в том, чтобы разделить смесь из множества компонентов (которой является и брага), на отдельные вещества. Происходит это за счет тепломассообмена: присутствующие в браге вещества испаряются и многократно возвращаются обратно в куб, оставляя на специальных тарельчатых и спирально-призматических насадках все, что собственно к этанолу отношения не имеет.

За счет разниц массы и температуры кипения многокомпонентную смесь удается разделить. И конечным продуктом становится очищенный и обезвоженный (вода также стекает обратно в куб) спирт (смотрите: виды спиртов).

Справка. Ректификация применима во многих отраслях, не только в спиртовой.

Так, например, разделяют нефть на бензин, солярку, смазочные вещества.

В промышленных и домашних условиях применяют ректификационные колонны. Основная разница – в объемах и величине. Если на спиртзаводе в колонне могут перерабатываться десятки тонн сырья, а процесс идет непрерывно, то дома объемы не столь глобальны, да и колонну используют время от времени.

Схематично колонна представляет собой длинную трубу, установленную над перегонным кубом вертикально. В домашних условиях эта надстройка имеет в высоту около метра, а то и больше. В трубе располагаются встроенные элементы (тарелки) и наполнитель (насадки), который можно вынимать для промывки.

За счет наполнения колонны и происходит разделение на отдельные химические элементы. При этом в любой точке колонны.

Технология

Хоть на рынке представлено много видов ректификаторов, но лучше всего остановиться на разборной колонне, которая может действовать как полноценный ректификатор, так и укрепляющая колонна или обычный дистиллятор. Крепление к кубу обычно фланцевое, модулей между собой – кламповое.

Важно. В бытовых условиях ректификационная колонна преобразует в чистый спирт сырец, то есть – продукт первой перегонки.

Значит, первый перегон – обязателен. Провести его можно как с помощью дистиллятора, так и ректификационной колонны, отключив некоторые функции.

Получив спирт-сырец при первой перегонке без разделения на фракции, его (желательно с крепостью не выше 30°С) заливают в куб, над которым устанавливают царгу, которая переходит у узел с дефлегматором (мини-охладителем под проточную воду), если конструкция неразборная. Либо дефлегматор является отдельным узлом, устанавливаемым на царгу сверху.

Далее технологический процесс происходит таким образом:

Методы

Способы получения чистого спирта зависят от имеющейся колонны:

Избавление от флегмы: работа и свойства ректификационной колонны

В бытовых условиях применяются колонны диаметром около 50 мм, промышленные занимают несколько метров в диаметре.

Ректификат и дистиллят — в чем разница?

Процесс дистилляции основан на испарении из браги различных химических элементов, температура кипения которых ниже чем у воды. У метилового ядовитого спирта, некоторых эфиров и кислот, которые непременно присутствует в браге, это 65-75°С. У этилового (питьевого) – 78°С.

Поэтому все, что испаряется и затем конденсируется до 78°С – это вредоносные «головы», которые подлежат уничтожению. Чтобы их не пропустить в жидкость, предназначенную для питья, проводят повторную дробную перегонку, с разделением на фракции. Часть элементов, не относящихся к спирту или воде при этом также испаряется. Но их концентрация не столь критична, как в «головах» или «хвостах».

А ректификация – это способ получения чистого продукта, практически полностью освобожденного от примесей и воды, имеющего крепость 96°.

То есть, две алкогольные жидкости имеют в своем составе спирт. Но дистиллят обычно не превышает крепости 70%, остальные 30% это вода и примеси.

Чем отличается, что лучше для здоровья

Но есть маленький нюанс: чем чище продукт, тем он сильнее бьет. А наличие незначительных примесей смягчает негативное воздействие. То есть, как не крути, а чистый разведенный спирт не только неприятен для питья из-за своей жесткости, но и его воздействие более разрушительно.

Осторожно. Не примите эти рассуждения как свидетельство того, что самогон полезнее.

Относительно безопасен максимально очищенный дистиллят, в котором все равно остаются небольшие остатки веществ, которые принято называть «сивушными маслами», хотя там в составе и эфиры, и технические спирты, и т.п. Но их количество не должно превышать норму.

А вот для создания настоек и экстрактов лучше – спирт, поскольку вытяжки не отягощены побочными продуктами перегонки и являются более полезными.

Многообразие алкогольных напитков

Но если бы существовал только спирт и самогон, мы бы не знали того многообразия крепкого алкоголя, который встречается сегодня на прилавках магазинов. В чем же их особенности?

Весьма интересный дистиллят. Ведь получают его не из браги, а из спирта, предварительно настоянного на можжевеловых ягодах, травах и специях.

Имеет сухой, но гармоничный вкус с четким ощущением можжевельника. Как правило, джин пьют не как самостоятельный напиток, а вводят в состав коктейлей.

Виски

Его не зря называют шотландским самогоном. Зерновую брагу перегоняют (дистиллируют) в медных аппаратах – аламбиках, затем выдерживают от 2 лет в дубовых бочках.

В Ирландии и Шотландии львиную долю производимого виски занимает ячменный. В Америке выпускают кукурузный – бурбон. В Канаде популярен ржаной, а во Франции – гречневый.

Коньяк

Создается из коньячного спирта, на самом деле являющимся дистиллятом, несмотря на название.

Вначале получают молодое вино, затем дважды перегоняют его (по аналогии с самогоном) и настаивают не менее 3 лет в бочках из дуба. Как правило, – не новых, а таких, где ранее хранилось вино или бурбон.

Водка

Продукт, созданный путем разведения спирта до 40°. Но этого недостаточно, чтобы водка была мягкой и легкой для питья.

Во всех качественных водках вы найдете умягчители (сахар, мед глюкоза), снижающие сухость и резкость разведенного спирта.

Спирт

В промышленных условиях спирт получают путем непрерывной ректификации зернового и овощного сырья. Пищевые ректификаты делятся на сорта, лучшими из которых (произведенные лишь из зернового сырья) считаются «Альфа» и «Люкс».

В домашних условиях процесс ректификации прерывается, когда из сырца изъят алкоголь. Спирт в чистом виде не употребляют, поскольку такая крепость вызывает ожоги слизистых оболочек. А вот для различных наливок, настоек, экстракции растительного сырья он незаменим. При этом крепость регулируется разведением соком и/или водой.

Среди крепкого алкоголя следует упомянуть также ром, фруктовые водки, картофельный шнапс и другие национальные самогоны. Во всем мире более популярна дистилляция и чистый спирт-ректификат для производства алкоголя не используется.

Полезные видео

Смотрите, как с помощью примитивного оборудования можно получить ректификованный спирт:
[yvideo number=»OyaRYPjnJ1U»]
Все этапы получения спирта — от правильной постановки браги до перегонки (ректификации) на самогонном аппарате с тэном:

Далее — практическая ректификация чистого спирта 96,6% в домашних условиях на колонне с СПН:

Про дистиллят и ректификат доступно, в чем разница, что лучше, какие различия, виды напитков:

Но для российского винокура, стремящегося и к крепости, и к чистоте собственного продукта, ректификационная колонна если уже не присутствует в арсенале оборудования, то о ней непременно мечтается. Поскольку для «душевности» и веселья нет лучше родного самогона, а вот для настоек лучшей основой является спирт-ректификат.

Поэтому производите самостоятельно и употребляйте качественный продукт, в противовес магазинному алкоголю. И поделитесь статьей с друзьями по соцсетям.

Источник

Определение и сущность процесса ректификации

Основной задачей при самогоноварении является получение чистого и крепкого спирта. Если высокой крепости можно добиться увеличивая число перегонов исходного продукта, то чистый спирт получается только при ректификации спирта-сырца. Только в этом случае можно получить спирт высокой крепости (до 96%) и повышенной мягкости, имеющий нейтральный запах за счет удаления посторонних примесей.

На чем основан процесс ректификации

Ректификация — это процесс теплообмена и массообмена, который применяется для разделения жидкости на компоненты, имеющие разные температуры кипения. Протекание этого процесса возможно только при контакте жидкости и пара. При ректификации жидкость и пар движутся в прямо противоположных направлениях и постоянно контактируют друг с другом в специально предназначенном для этого аппаратах (ректификационных колоннах). Некоторое количество выходящих из колонны паров и жидкостей подвергается охлаждению, конденсируется и возвращается в аппарат.

Оборудование

Сущность процесса ректификации в разделении жидкости, в составе которой два и более компонента, на составляющие фракции.

Для осуществления процесса ректификации требуется следующее оборудование:

— ёмкость для испарения (представляет собой куб из нержавеющей стали);

— ректификационная колонна (устанавливается на верхней грани куба, имеет форму трубы, внутреннее содержимое – различные контактные элементы, имеет внешнее теплоизоляционное покрытие);

— нагревательный элемент (чаще всего это газовая или электрическая плитка);

— манометр (измеряет перепад давления, крепят внизу ректификационной колонки);

— измеритель температуры, прибор для регуляции отбора, конденсатор (устанавливаются в небольших ответвлениях трубы, расположенные наверху колонны).

Что такое флегма

Необработанный спирт при нагреве выделяет пары, которые устремляются вверх, конденсируются обратно в жидкость и возвращаются в куб. Это вернувшаяся жидкость и называется флегмой.

Процесс ректификации является необходимым звеном в получении наиболее чистого спиртосодержащего напитка. В отличие от дистилляции, он предполагает более четкое разделение компонентов жидкости за счет многократного ее испарения, конденсации и возврата флегмы обратно в емкость. В этом заключается сущность процесса ректификации.

Ошибка многих начинающих специалистов в том, что стремление ускорить процесс приводит к отбору слишком большого количества конечного продукта. Данная ошибка способствует получению напитка более низкого качества, чем ожидалось. Как считают специалисты, для получения спирта высокого качества необходимо придерживаться правила – значение флегмового числа должно равняться трем или даже больше. Это означает, что количество отбираемого спирта не должно быть более четверти всего объема. Для получения оптимального результата, должно отводиться лишь 25% дистиллята, остальное должно вернуться в куб. Правило очень простое – чем меньше объем отбираемого продукта, тем качественнее он будет.

Теоретическая тарелка

Простая перегонка спиртосодержащей жидкости крепостью 10% позволяет получить спирт 40%-ой крепостью. Цепочка последующих перегонок приводит к получению спирта 60,70,80,90,96% крепости. Каждая такая перегонка с последующим роста процента крепости называется теоретической тарелкой.

ТТ в ректификации – это часть колонны, где при определенных условиях достигается равновесие жидкости и пара, и теплообмен между ними останавливается.

Точный расчет ТТ сложен, и обычно проводится с помощью специальных программ. Однако, существуют простые формулы для расчета ТТ, которые позволяют получить искомый результат. Например, формула, учитывающая разницу температур:

t1- температура кипения спирта, t2 – температура кипения воды, k = 3(константа для получения оптимального количества ТТ).

Источник

Чем дистилляция отличается от ректификации?

Дистилляция и ректификация широко используются в промышленности. Этими способами очищают этиловый спирт, из нефти выделяют керосин, бензин, ДТ и прочие компоненты, в парфюмерии получают ароматические вещества и многое другое.

В основу обеих технологий положен один и тот же принцип перегонки жидкости. Тем не менее, различия есть, и довольно серьезные.

Определение, схема устройств и принцип работы

Дистилляция

Дистилляцией называется процесс, в ходе которого жидкость, находящаяся в кубе (емкости) нагревается и испаряется, после чего охлаждается и конденсируется. Пар в итоге может переводиться в жидкость или твердое тело (второй вариант в данной статье не рассматривается). Продукт на выходе называется дистиллят. Или кубовый остаток (так называется жидкость, которая не испарилась), в зависимости от того, с какой целью перегоняли исходную смесь.

Дистиллятор ПЭ-2210

Дистиллятор ДЭ-25М

Бочка из нержавеющей стали 1Б2 45л

Дистиллятор ПЭ-2220

Дистиллятор ДЭ-10М

Дистиллятор ДЭ-4М

Дистиллятор ПЭ-2205

Бочка из нержавеющей стали 1А1 45л

Устройство простейшего аппарата для получения дистиллированной воды. Жидкость находится в кубе 1 с крышкой 2 и термометром 3. После нагрева емкости, вода превращается в пар, который поднимается вверх и попадает в трубку 4 с вентилем 5. А оттуда – в трубку 6, находящуюся в холодильнике 7. Чтобы пар сконденсировался и снова перешел в жидкое состояние, его надо охладить. Для этого трубка 6 омывается проточной ледяной водой. Для повышения эффективности охлаждения, она завита в спираль, чтобы пар дольше находился под действием низкой температуры. Выйдя из холодильника, жидкость попадает в сосуд для сбора дистиллята.

При дистилляции смеси, состоящей из двух компонентов (одним из них является базовая растворяющая жидкость, а второй – в ней растворенный), в пар превращается низкокипящий, то есть тот, у которого более низкая температура кипения. А высококипящий (с более высокой температурой кипения) остается в жидком состоянии. Термометр нужен для регулирования степени нагрева так, чтобы данный параметр находился между указанными температурами.

Отличительной особенностью дистилляции является тот факт, что летучие компоненты испаряются однократно. При таком простом способе невозможно добиться высокой степени разделения составляющих смеси. Кроме того, выделяется только один ингредиент.

Ректификация

Ректификация – это процесс, на начальном этапе которого жидкость, как и при дистилляции, тоже нагревается и испаряется. Но затем пар попадает в ректификационную колонну. В ней, за счет противотока между жидкой и газообразной фазами смеси, происходит тепловой и массовый обмен между паром и сконденсировавшимися каплями. Исходная смесь делится (притом, с высокой степенью очистки) на компоненты с разными температурами кипения за счет того, что жидкость, фактически, многократно испаряется и конденсируется.

Схема простейшего ректификатора, который можно изготовить даже в домашних условиях. Он состоит из куба, подогреваемого на огне или водяной бане. Над ним расположена ректификационная колонна (в бытовых аппаратах – царга, представляющая собой жесткую трубу) с заполняющими ее насадками (на рисунке называются «мочалки», потому что для домашних устройств их нередко делают из дешевых металлических кухонных мочалок). Над ней – дефлегматор. Сбоку, напротив узла отбора дистиллята, находится специальная отводящая трубка (на схеме окрашена красным). Она соединена с холодильником и далее – с приемной емкостью. В лабораторных и бытовых ректификаторах в качестве «мочалок» применяются насадки, которыми заполняется колонна. Самые популярные: спирально призматическая (Селиваненко) и регулярно проволочная (Панченков). Первая дает самую лучшую степень очистки, вторая, при достаточно эффективной работе, наиболее простая по конструкции. Делаются, обычно, из нержавейки или меди. В промышленных установках вместо насадок применяются специальные тарелки.

Аппарат работает следующим образом. Исходная смесь нагревается в перегонном кубе и начинает испаряться. Пар проходит через ректификационную колонну. На узле отбора дистиллята часть пара отводится через красную трубку, попадает в холодильник, конденсируется и стекает в приемную емкость. Другая часть поднимается в дефлегматор. Последний представляет собой, по сути, еще один холодильник с проточной водой в рубашке. В нем эта вторая часть пара тоже конденсируется, после чего в виде капель, которые называются флегмой или орошением, стекает в ректификационную колонну и движется внутри нее сверху вниз. Расход воды для охлаждения дефлегматора можно регулировать, тем самым изменяя количество орошения, поступающего обратно в колонну.

В ректификационной колонне осуществляется противоток двух фаз – пар поднимается вверх, флегма опускается вниз. Между ними происходит массовый и тепловой обмен, в результате которого пар обогащается низкокипящими (легколетучими) компонентами смеси, а капли стекающей жидкости – высококипящими (труднолетучими) ингредиентами. За счет этого, при достаточной высоте колонны, из верхней ее части (узел отбора дистиллята) выводится целевая фракция большой степени чистоты. Насадки в колонне служат для интенсификации массового и теплового обмена, поскольку конденсация пара осуществляется именно на их развитой поверхности. В промышленных установках это происходит на тарелках.

Каждая находящаяся в колонне тарелка, называется физической (ФТ). Она нужна для того, чтобы между жидкой и паровой фазами как можно быстрее достигалось состояние равновесия. Пузырьки пара проходят сквозь находящийся на ФТ слой флегмы. В результате ускоряется массовый и тепловой обмен между фазами. Но, после прохождения пара через одну ФТ равновесия еще не будет, потому что КПД данного элемента колеблется в пределах от 50% до 60%. Таким образом, чтобы получить равновесное состояние фаз, которое бы соответствовало одной теоретической тарелке (ТТ), надо поставить две ФТ. Это значит что, если по расчету требуется колонна на 40ТТ, то в действительности в нее надо ставить 80ФТ.

Установки для ректификации бывают непрерывные и периодические.

В первых жидкая смесь все время подается в колонну, и также постоянно из нее выводятся разделенные ингредиенты. Во вторых в куб сразу загружается определенное количество смеси, после чего аппарат работает до полной ее переработки.

В бытовых устройствах в качестве ректификационной колонны используется царга. Это труба диаметром от 30мм до 50мм, заполненная по всему объему насадками. Чтобы последние не высыпались, по краям ставят проницаемые для пара и капель пыжи. Состояние равновесия фаз достигается в том случае, когда пар проходит через некоторый слой царги, эквивалентный одной ТТ. Его высоту рассчитывают в миллиметрах и называют высотой единицы переноса.

Главные особенности ректификации: выделение нужного ингредиента в чистом виде и возможность разделения исходной смеси сразу на несколько компонентов. Чем выше колонна, тем медленнее идет процесс, но тем чище конечный продукт.

Процессы в виноделии

В отрасли изготовления алкогольных напитков, разница между дистиллированным и ректифицированным спиртом объясняется следующим образом. Дистиллят – это сырье, в котором остается органолептика (вкус и запах) исходного продукта. То есть, если делается напиток зерновой, то зерна, если яблочный – яблока и так далее. При этом в дистиллированном этиловом спирте еще есть множество примесей. Часть из них формируют вкус и запах. От прочих избавляются с помощью различных рецептов. Ректификат – это рафинированно очищенный спирт. Органолептика исходного продукта полностью отсутствует. В нем вкус и запах только спирта, и больше – ничего. На следующих стадиях технологического процесса, с помощью вкусовых добавок и ароматизаторов, в него вносят заданную органолептику, после чего получают широкий ассортимент наливок, настоек и прочего.

Исходя из этого, нельзя говорить, что один способ лучше, а другой – хуже. У каждого свое предназначение. Если, например, делается бренди со вкусом и ароматом винограда, то нужна дистилляция. После ректификации указанные особенности исчезнут. Для получения приятного аромата, дистиллированный спирт выдерживают в дубовых бочках. А для ректифицированного 96%-го спирта это бесполезно, он годится лишь для разведения, например, при изготовлении водки. К этому еще можно добавить, что оборудование для ректификации спирта стоит дороже, чем для дистилляции. К тому же, для проведения ректификации требуется дистиллированная брага.

Теоретические основы дистилляции

В смеси, состоящей из двух ингредиентов (одним из которых является жидкость, как основа раствора), концентрация растворенного вещества в жидкости С1 отличается от концентрации С2 его же в паре этой жидкости. Коэффициент разделения (распределения)

является характеристикой процесса. В некоторых случаях удобней работать с обратной величиной: А = 1 / В, которая называется так же. Данный параметр зависит от условий проведения дистилляции и природы веществ, составляющих смесь.

В зависимости от условий, коэффициент В может быть:

Идеальный. На него влияют только парциальные давления ингредиентов смеси (парциальным называется давление отдельно взятого газа, входящего в смесь из нескольких газов; то есть, это давление одного газа, которое у него было бы, если бы он занимал весь объем, который занимает смесь газов).

Равновесный. В этом случае число молекул газа Н, улетучивающихся из жидкости, равно числу его молекул Н1, которые возвращаются в жидкость за то же время.

На практике на проведение дистилляции влияют перемешивание раствора и наличие в нем примесей. Присутствие последних может оказаться настолько значительным, что по разделению основного вещества и примесей эффективный коэффициент может очень сильно отличаться от идеального.

Не менее важными параметрами процесса являются температура испарения и степень отклонения системы от фазового равновесия между жидкостью и паром. Во время дистилляции:

Где НС – число молекул, переходящих в конденсат. Количественно отклонение определяется соотношением: НС / Н. В этом случае есть два предельных состояния системы. Если НС = 0, то имеет место равновесие, сколько частиц ушло из жидкости за единицу времени, столько же в нее и вернулось. Если НС = Н, то это молекулярная дистилляция, то есть, все частицы, испарившиеся из жидкости, перешли в конденсат. Обычно такое бывает, если процесс проводится в вакууме, давление пара небольшое, а расстояние от поверхности воды до точки конденсации минимальное. В этом случае частицы пара не сталкиваются, ни с молекулами воздуха, ни между собой.

Виды дистилляции

Описанный в начале статьи процесс, при котором жидкость нагревается и частично испаряется, а ее пары непрерывно отводятся в холодильник и там конденсируются, называется простой перегонкой. При работе с многокомпонентной жидкой смесью, применяется дробная перегонка или фракционная дистилляция. В этом случае ингредиенты смеси собирают в конденсат по частям, в зависимости от их летучести, начиная с самого низкокипящего.

Ректификация многими специалистами считается разновидностью дистилляции. Она происходит за счет того, что любая замкнутая система, состоящая из газа и жидкости, стремится к состоянию равновесия. А при ректификации рабочая (фактическая) концентрация ингредиентов паровой фазы отличается от той, которая должна быть, чтобы данная жидкость находилась в равновесии.

Дистилляция и ректификация – это два способа разделения компонентов жидкой смеси, в основе которых лежит один и тот же физический процесс. Но разные технологии их проведения позволяют получить на выходе совершенно различные результаты.

Источник