Ректификация спирта описание процесса. Что такое ректификация? Описание процесса ректификации

Ректификация - это тепломассообменный процесс, применяемый для разделения жидких смесей, компоненты которых различаются по температурам кипения. Процесс осуществляется при контактирование потоков пара и жидкости, имеющих разные составы и температуры: пар содержит больше высококипящих компонентов и имеет более высокую температуру, чем вступающая с ним в контакт жидкость.

Организация потоков пара и жидкости, а также их взаимодействие реализуются в специальных массообменных аппаратах - ректификационных колоннах. Поток пара создается за счет подвода тепла в нижнюю часть колонны и испарения находящейся там жидкой смеси. Поток жидкости (орошения, флегмы) организуется за счет отвода тепла из верхней части колонны и конденсации поступающего туда пара. Взаимодействие потоков осуществляется в специальных контактных устройствах, размещенных по высоте колонны.

Полный процесс ректификации представляет собой многократно повторяющиеся по высоте колонны циклы испарения жидкости и конденсации ее паров (достижение равновесных состояний) в соответствующих «единицах переноса».

Для проведения заданного процесса ректификации исходной смеси можно рассчитать теоретическое значение числа ступеней контакта, в каждой из которых реализуется равновесное состояние фаз. В реальных условиях равновесие исходящих из контактной зоны потоков пара и жидкости может не достигаться, потоки будут иметь разную температуру, а их составы не будут соответствовать условиям равновесия. При этом проведение заданного процесса ректификации потребуется большее число ступеней контакта, чем теоретическое.

Мерой совершенства контактного устройства с точки зрения организации тепломассообменного процесса является степень отличия состояний пара и жидкости после их взаимодействия с контактными устройствами от их возможного, теоретически достижимого, равновесного состояния при данной температуре. Эта степень отличия от теоретически достижимого состояния характеризуется коэффициентом полезного действия контактного устройства и в значительной степени определяет совершенство самой ректификационной колонны.

Средний коэффициент полезного действия контактного устройства определяется как отношение числа теоретических ступеней к фактическому числу ступеней в колонне.

Коэффициент полезного действия ступеней контакта зависит от большого числа факторов - скоростей потоков контактирующих фаз, физических свойств системы и так далее, однако, при прочих равных условиях, определенную роль играют скорости потоков относительно границы их раздела и площадь границы раздела. Чем ближе эти скорости к турбулентному течению и чем больше поверхность контакта, тем интенсивнее проходит процесс тепломассообмена и быстрее достигается равновесное состояние.

Основными рабочими параметрами процесса ректификации являются давление и температура в системе, соотношение потоков жидкости и пара (флегмовое число), число контактных устройств.

Согласно Рауля законам и закону Дальтона, в условиях термодинамического равновесия концентрация какого-либо i-го компонента в паре в Кi раз отличается от концентрации его в жидкости, причем коэффициент распределения Кi =N /р (где N - упругость насыщенного пара i-го компонента; р- общее давление). Отношение коэффициента распределения любых двух компонентов К 1 и К 2 называется относительной летучестью и обозначается б. Чем больше отличается от б единицы, те легче выполнить разделение этих компонентов с помощью ректификации. В ряде случаев удается увеличить б в результате введения в разделяемую смесь нового компонента (называемого разделяющим агентом), который образует с некоторыми компонентами системы азеотропную смесь. С этой же целью вводят растворитель, кипящий при значительно более высокой температуры, чем компоненты исходной смеси. Соответствующие процессы ректификации называются азеотропными или экстрактивными. Величина б зависит от давления: как правило, при понижении давления б возрастает. Ректификация при пониженных давлениях - вакуумная - особенно подходит для разделения термически нестойких веществ.

Низкотемпературная ректификация используется для разделения газов, широких по фракционному составу и содержащих легкие компоненты: метан, этан, азот, водород, этилен. Она заключается в конденсации газов и последующей ректификации полученного конденсата.

Для снижения энергозатрат конденсацию стремятся провести при возможно более высокой температуре, чему способствует повышение давления (до 3-4 МПа). Конденсацию проводят в несколько ступеней, разделяя конденсат после каждой ступени ректификацией. Несконденсировавшийся газ представляет собой азот, водород, гелий и метан.

Четкая ректификация предназначена для разделения близкокипящих углеводородов с целью получения индивидуальных компонентов, со степенью чистоты 95% и выше (до 99,99%). В зависимости от температуры и давления изменяется относительная летучесть компонентов смеси: она уменьшается при повышении общего давления и увеличении температуры. Поэтому для лучшего разделения необходимо понижать давление и температуру, но целесообразность этих мер зависит от экономических показателей процесса.

В промышленности для разделения близкокипящих компонентов газов используют аппараты с большим числом контактных устройств и высокой кратностью орошения. Такой метод и называют четкой ректификацией.

При получении компонентов высокой степени чистоты требуется большое число тарелок и увеличение кратности орошения.

Ректификация в присутствии третьего компонента. Разделение углеводородов, имеющих небольшую разность в температурах кипения (5-15 о С), а также компонентов с одинаковыми температурами кипения и азеотропных смесей, у которых коэффициент относительной летучести

близок или равен 1, не всегда экономично, а иногда просто невозможно. Для увеличения разности в давлении насыщенных паров разделяемых компонентов в них можно ввести третий компонент (растворитель или разделяющий агент). Он обладает различной растворяющей способностью по отношению к разделяемым компонентам, за счет чего изменяется их летучесть. В зависимости от летучести третьего компонента различают азеотропную и экстрактивную ректификацию.

При азеотропной ректификации летучесть третьего компонента сравнительно высока и он выводится вместе с верхним потоком колонны. В экстрактивной перегонке используют малолетучий компонент с высокой температурой кипения, который селективно поглощает определенный компонент выводится с ним с низа колонны. Извлечение поглощенного компонента и регенерацию растворителя проводят обычной ректификацией.

Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа компонентов, является перегонка (дистилляция и ректификация). В широком смысле перегонка представляет собой процесс, включающий частичное испарение разделяемой смеси и последующую конденсацию образующихся паров, осуществляемые однократно или многократно. В результате конденсации получается жидкость, состав которой отличается от состава исходной смеси.

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводятся обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент (НКК), которым обогащаются пары, а из паров конденсируются преимущественно высококипящий компонент (ВКК), переходящий в жидкость. Такой двусторонний обмен компонентами, повторяемый многократно, позволяет получить, в конечном счете, пары, представляющие собой почти чистый НКК. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (ректификат) и флегму - жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися парами. Пары получают путем частичного испарения снизу колонны остатка, являющегося почти чистым ВКК.

Процессы ректификации осуществляются в аппаратах, технологическая схема которых зависит от назначения аппарата и давления в нем, а конструкция - от способа организации контакта фаз.

При ступенчатом осуществлении процесса ректификации в колонных аппаратах контакт пара и жидкости может происходить в противотоке (на тарелках провального типа), в перекрестном токе (на колпачковых тарелках), в прямотоке (струйные тарелки).

Если процесс ректификации осуществляется непрерывно во всем объеме колонного аппарата, то контакт пара и жидкости при движении обеих фаз может происходить только в противотоке. Современные ректифицирующие аппараты можно классифицировать в зависимости от технологического назначения, давления и внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между паром и жидкостью.

По технологическому назначению ректификационные аппараты подразделяются на колонны атмосферно-вакуумных установок, термического и каталитического крекингов, вторичной перегонки нефтепродуктов, а также для ректификации газов, стабилизации легких нефтяных фракций и т.д.

К современным ректификационным аппаратам предъявляются следующие требования: высокая разделительная способность и производительная способность, достаточная надежность и гибкость в работе, низкие эксплуатационные расходы, небольшой вес и простота, техничность конструкции.

Последние требования не менее важны чем первые, поскольку они не только определяют капитальные затраты, но и в значительной мере влияют на величину, эксплутационных расходов, обеспечивают легкость и удобства изготовления аппарата, монтажа и демонтажа, ремонта, контроля, испытания, а также безопасность эксплуатации и пр.

Кроме перечисленных выше требований ректификационные аппараты должны отвечать также требованиям государственных стандартов, ведомственных нормалей и инспекций Гостехнадзора.

Технологическая схема аппарата зависит от состава разделяемой смеси, требований к качеству получаемых продуктов, от возможностей уменьшения энергетических затрат, назначения аппарата, его места в технологической цепочке всей установки и от многих других факторов.

Процесс ректификации жидких смесей осуществляется на ректификационных установках, состоящих из нескольких аппаратов. Рассмотрим принцип разделения двухкомпонентной смеси ректификацией на примере работы подобной установки (рис. 10.1). Подлежащая разделению смесь непрерывно подается в ректификационную колонну через ввод, расположенный несколько выше середины корпуса колонны. Введенная жидкая смесь опускается по контактным устройствам (тарелкам) в нижнюю часть колонны, называемую кубом. Навстречу потоку жидкости поднимается пар, образующийся в результате кипения жидкости в кубе колонны. Образующиеся пары содержат в основном НКК и некоторое количество ВКК. При взаимодействии пара с жидкостью на тарелках колонны ВКК конденсируется и уносится вниз колонны потоком жидкости. За счет этого в поднимающихся парах возрастает количество НКК . Таким образом, при подъеме паров они обогащаются НКК , в то время как жидкость, стекающая вниз, обогащается ВКК .

Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с под­нимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, т. е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обо­гащается легколетучим компонентом

Рис. 10.1. Принципиальная схема ректификационной установки:

1 - ёмкость для исходной смеси; 2, 9 - насосы; 3- теплообменник- подогреватель исходного сырья; 4 – кипятильник; 5 – ректификационная колонна; 6 – дефлегматор; 7 – холодильник дистиллята; 8 – емкость для сбора дистиллята; 10 – холодильник кубовой жидкости; 11 – емкость для кубовой жидкости.

Для более полного обо­гащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с за­данным флегмовым числом жидкостью (флегмой), которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из де­флегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7, и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и напра­вляется в емкость 11.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легко­летучего компонента и кубовой остаток, обогащенный трудно­летучим компонентом.

Ректификацию многокомпонентных смесей, а они в практике встречаются чаще, чем двухкомпонентные, протекает по рассмотренной выше схеме, хотя число используемой при этом аппаратуры увеличивается.

В ректификационных установках используют главным образом аппараты двух типов: колонны со ступенчатым контактом фаз (тарельчатые) и непрерывным контактом (пленочные и насадочные).

Ректификацию многокомпонентных смесей можно проводить в различной последовательности, с использованием многих простых колонн (на одну меньше числа компонентов исходной смеси) и с использованием одной сложной колонны.

Для процесса ректификации в основном применяют тарельчатые колонны. В них устанавливают горизонтальные тарелки с устройствами, обеспечивающими хороший контакт между жидкостью и паром.

Диаметр колонны определяют в зависимости от производительности установки и скорости паров в колонне, которую выбирают в пределах 0,6 - 1,0 м/с . Находят применение ректификационные колонны различных размеров: от небольших колонн диаметром 300 - 400 мм до высокопроизводительных установок, с колоннами диаметром 6, 8, 10, 12 м и более.

Высота колонны зависит от числа тарелок и расстояния между ними. Чем меньше расстояние между тарелками, тем ниже колонна. Однако при уменьшении расстояния между тарелками увеличивается унос брызг и возникает опасность перебросав жидкости с нижних тарелок на верхние, что существенно уменьшает к.п.д. установки. Расстояние между тарелками обычно принимают в зависимости от диаметра колонны с учетом возможности ремонта и чистки колонны. Рекомендуемые расстояния между тарелками ректификационных колонн в зависимости от их диаметра приведены ниже:

Диаметр колонны, мм до 800, 800 - 1600, 1600 - 2000

Расстояние между тарелками, мм 200 -350, 350 - 400, 400 - 500

Диаметр колонны, мм от 2000 - 2400 и свыше 2400

Расстояние между тарелками, мм 500 - 600, свыше 600.

Число тарелок ректификационной колонны или высота насадки определяются технологическим расчетом; оно зависит от физико-химических свойств разделяемых компонентов, требуемой чистоты разделения и к.п.д. тарелки. Обычно ректификационные колонны имеют 10 - 30 тарелок, но колонны для разделения смесей с близкими температурами кипения насчитывают сотни тарелок и имеют соответственно высоту до 30 - 90 м .

Ректификационные колонны работают обычно при атмосферном или небольшим избыточным давлением. Ограниченное применение находят вакуумные колонны и колонны, работающие при повышенном давлении. Ректификацию под вакуумом применяют в том случае, когда хотят снизить температуру в колонне, что бывает необходимо при разделении компонентов с высокой температурой кипения или веществ, нестойких при высокой температуре. Ректификацию под повышенным давлением используют для разделения сжиженных газов и легколетучих жидкостей.

Ректификация - сложный массотеплообменный процесс разделения жидких смесей, состоящих из нескольких взаиморастворимых компонентов. Ректификация основана на многократном частичном испарении жидкости и конденсации ее паров или на однократном испарении смеси с последующей многоступенчатой конденсацией компонентов.

Ректификация - наиболее совершенный и распространенный способ перегонки растворов. Перегонка основана на различной температуре кипения компонентов жидкости. Так, если жидкость является бинарной, то есть состоит из двух компонентов, например бензола с температурой кипения 80° С и толуола с температурой кипения 110° С, то при перегонке этой жидкости пар будет содержать большее количество низкокипящего компонента (бензола). Следовательно, в процессе перегонки жидкая фаза обедняется, а паровая фаза обогащается низкокипящим компонентом (бензолом).

Ректификация позволяет производить глубокое разделение смесей и получать компоненты в чистом виде. Она нашла широкое применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. При каждом цикле «испарение - конденсация» из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий (летучий) компонент, которым обогащаются пары, а из паров конденсируется преимущественно высококипящий компонент (труднолетучий), переходящий в жидкость. Такой процесс обмена компонентами между жидкостью и паром, повторяемый многократно, в конечном счете позволяет получить пары почти чистого низкокипящего компонента. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают готовый продукт - ректификат. Остаток жидкости после испарения из него низкокипящего компонента представляет собой почти чистый высококипящий компонент.

Ректификация осуществляется в специальных аппаратах - ректификационных колоннах, которые являются основными эле­ментами ректификационных установок.

Ректификационные колонны сложны по устройству, имеют большие габариты, пожаровзрывоопасны. Чтобы правильно оценить их пожаровзрывоопасность и обеспечить противопожарную защиту, следует знать их устройство, понимать суть процессов, в них происходящих.

Сущность процессов перегонки и ректификации рассмотрим на примере разгонки смеси бензол - толуол (с использованием графических зависимостей состава пара и жидкости от температуры кипения раствора): диаграммы t - х, у (температура - состав) и диаграммы у - х (состав пара - состав жидкости).

На рис. 13.1 представлена диаграмма t - х, у для смеси бензол-толуол.

Рис. 13.1. Изобарные кривые кипения и конденсации паров; I -кривая кипения раствора; //-кривая конденсации пара; х а - молекулярная доля легкокипящего компонента (бензола); у а - молекулярная доля легко-кипящего компонента в паровой фазе

Диаграмма имеет две ветви: нижняя представляет линию кипения жидкости, каждая точка которой отвечает температуре кипения смеси состава х а; верхняя - представляет линию конденсации пара, каждая точка которой отвечает температуре конденсации пара состава у а. По оси ординат отложена температура в градусах Цельсия, по оси абсцисс - молекулярная доля бензола (легкокипящего компонента) в растворе х а и молекулярная доля бензола в паровой фазе у а.

При пользовании диаграммой t - х, у на оси абсцисс находят состав жидкой смеси х а и из этой точки проводят вертикаль до пересечения с линией кипения. Точка пересечения указывает температуру кипения этой смеси. Если провести горизонталь до пересечения с линией конденсации, абсцисса точки пересечения укажет состав равновесного пара у а.

Например, пусть жидкость имеет концентрацию бензола 32% мольных (точка N) . Процесс нагревания идет по вертикали до пересечения с линией кипения. В точке а жидкость закипит при 98° С. Образующийся равновесный пар будет иметь концентрацию, соот­ветствующую точке б, находящейся на кривой конденсации. Абсцисса этой точки равна 53% мольным. Значит, у а = 53% мольных. Следовательно, при кипении раствора образующийся пар богаче легколетучим компонентом (по сравнению с кипящей жидкостью).

Если получающиеся при кипении пары отбирать и конденсировать, можно достигнуть частичного разделения раствора. Такое разделение растворов называют простой перегонкой.

Если получающийся при кипении пар частично сконденсировать, жидкость, получающаяся при конденсации, и оставшийся не-сконденсированным пар будут иметь разный состав. Пар будет содержать больше легкокипящего компонента, чем конденсат. Следовательно, при частичной конденсации происходит обогащение оставшегося (несконденсированного) пара легколетучим компонентом.

Допустим, исходный пар (см. рис. 13.1) имеет концентрацию бензола 53% мольных (точка б на кривой II). Охладим его" до 94°С (точка в). При этом часть пара сконденсируется; получится дистиллят, концентрация которого будет равна 43% мольным (точка д на кривой I). Оставшийся пар будет иметь концентрацию бензола 65% мольных (точка г на кривой II). Этот процесс, называемый перегонкой с дефлегмацией пара, также позво­ляет достигнуть частичного разделения растворов

Рис. 13.2. Кривые равновесия фаз (p 2 >р 1): х а - молекулярнаядоля легкокипящего ком­понента в растворе;

у а - молекулярная доля легкокипящего компонента в паровой фазе

При расчетах процессов ректификации обычно используют кривые фазового равновесия в виде диаграмм у - х (состав пара - состав жидкости). На рис. 13.2 представлена диаграмма у - х для жидкостей, растворимых в любых отношениях (типа бензол - толуол). По оси ординат откладывают мольную концентрацию легколетучего компонента в паре, по оси абсцисс - мольную концентрацию легколетучего компонента в жидкости. Диаграмму у-х можно построить, используя диаграмму t-x, у. Для ряда значений концентраций х а находят соответствующие равновесные значения концентраций у а (необходимо из точки на абсциссе, соответствующей х а, по вертикали подняться до пересечения с кривой кипения I; по горизонтали следует дойти до кривой конденсации II, а затем опуститься по вертикали до оси абсцисс и прочитать значение у а). Полученные точки наносят на диаграмму у-х и соединяют плавной кривой.

Применительно к идеальным растворам (подчиняющимся закону Рауля) кривые фазового равновесия можно построить на основе расчета. Для каждой температуры кипения раствора определяют молекулярную концентрацию легкокипящего компонента в растворе по уравнению

где р а и р б - давление насыщенного пара компонентов а и б над чистой жидкостью;

р Общ - общее давление пара над раствором, равное сумме парциальных давлений его компонентов.

По значению х а определяют парциальное давление легкокипящего компонента в паре:

p’ а =p а x а. (13.2)

По величине парциального давления находят молекулярную концентрацию легкокипящего компонента в паре:

Найденные значения х а и у а наносят на график диаграммы у -х и получают плавную кривую.

При расчетах процессов ректификации обычно используют диаграммы у-х, соответствующие атмосферному давлению. При других давлениях каждому значению давления соответствует своя кривая равновесия.

Спирты плотно вошли в нашу жизнь. И это не только алкоголь. Получают его путем брожения с последующей перегонкой. И часто люди ошибочно думают, что ректификация - это перегонка второй раз. На самом деле это многократная прогонка спиртосодержащих жидкостей в специальных колоннах. В результате встречи двух потоков - жидкости и пара - получается чистый спирт. Давайте разберёмся, что такое ректификация, более подробно.

Спирт и его свойства

Но для начала разберемся, что же такое спирт. Слово было заимствовано из латинского языка и означает «дух». Если выдержаны все нормальные условия, то это будет бесцветная, прозрачная жидкость с резким вкусом и характерным ароматом. Чистый спирт будет крепким в диапазоне от 95,6 до 100%.

Со спиртными напитками человечество знакомо давно, как с перебродившим соком натуральных ягод и фруктов. Тогда это были напитки с низким содержанием спирта. Но с развитием химических знаний люди получали все более и более крепкие напитки. Но только в самом конце XVIII столетия смогли получить 100% спирт ректификат. Автором изобретения был русский химик Ловиц Т. Е.

Что такое ректификация

Слово пришло в наш язык из латинского языка и означает исправление, выправление. Это один из способов, который используют в промышленности, лабораториях или в домашних условиях, чтобы разделить смешанные между собой жидкости.

Основан процесс ректификации на разнице в распределении смешанных компонентов между фракциями пара и жидкости. При этом процессе поток пара двигается навстречу потоку жидкости, они контактируют друг с другом, обмениваясь теплом и массой до наступления равновесия в системе. Все это происходит в специальном приборе, который называется ректификационный колонный аппарат.

В процессе встречи потоков восходящий паровой поток вбирает в себя все летучие компоненты, а стекающая жидкость - менее летучие. Как и в процессе дистилляции — еще одного процесса получения спирта, — затраты энергии при ректификации одинаковы, но извлечение нужного компонента (в нашем случае спирта) гораздо эффективнее. Вот что такое ректификация.

Для того чтобы жидкость и пар взаимодействовали более успешно, в установках используются контактные элементы — тарелки или насадки. Они увеличивают эффективность и площадь взаимодействия двух встречных потоков. Принцип их работы следующий: пар, идущий вверх, проходит через контактный элемент и скопившуюся на нем жидкость, более интенсивно обмениваясь массой и теплом. Чем больше будет установлено в конструкции элементов, тем быстрее будет достигаться равновесие между паром и жидкой фракцией.

Чем ректификация отличается от процесса дистилляции, рассмотрим в нижеследующей таблице.

Отличие ректификации от дистилляции

Оборудование для ректификации

Для данного процесса могут использоваться два типа оборудования: установка с непрерывным и периодическим действием. Первый тип используется в промышленности, так как для регулировки работы используется автоматика — дорогая и сложная. Для лабораторий используется второй, более простой и дешевый тип оборудования. В нем установлены элементарные средства регулировки отбора — градусник и манометрический измеритель изменения давления на колонне.

Строение ректификационной колонны

Классическая схема выглядит следующим образом. На испарительном кубе устанавливается вертикальная колонна (еще ее называют царга) и дефлегматор с концевиком. Такая установка не требует сложных механизмов, только кран для отбора, смотровое стекло, термометр, и иногда регулятор мощности.

Следует помнить, что чем больше высота колонны, тем интенсивнее будет массо - и теплообмен двух потоков . А ректификация спирта будет лучше.

Принцип работы колонны

Наполняется куб максимально на две трети его объема спиртосодержащей смесью, проверяется герметичность стыков, закрывается кран отбора и подается охлаждающий элемент (чаще всего вода). Только сейчас можно включать нагревание.

Важно знать: никогда нельзя закрывать два штуцера (отбора ректификата и подачи воды) одновременно, от этого колонна может просто взорваться под действием образовавшегося избыточного давления!

Нагревателем жидкость, залитая в куб, доводится до кипения, и полученный пар поднимается. Затем, попав в дефлегматор, конденсируется и стекает по стенкам, снова контактируя с поднимающимся вверх новым паром. Снова попадает на нагреватель, становится паром, и процесс повторяется.

Через какое-то время пар и жидкость приходят в равновесие, а в верхней части скапливается фракция с низкой температурой кипения (метанол). В нижней — с высокой (сивушные масла). Теперь их можно отбирать.

Равновесие определяется по сохранению температуры в течение 10 минут. До этого момента устройство трогать не надо.

Узел отбора колонны

Что из себя представляет узел отбора? Чаще всего это небольшой бортик, который тормозит, не давая стекать, флегму (сконденсированную из пара жидкость). Если открыть кран узла отбора, то задержанная флегма стекает в холодильник, превращаясь в спирт-ректификат.

Та же жидкость, которая не задержалась на бортике, стекает дальше вниз, чтобы снова повторить цикл. В промышленных установках можно устанавливать соотношение между ректификатом и флегмой, которая возвращается (флегмово число) с помощью крана. От этого числа зависит чистота и процентное содержание спирта. Чем оно выше, тем спирт чище.

Бывает, что происходит такое неприятное явление, как захлеб ректификационной колонны. Информацию о том, что это произошло, показывает сильный шум булькающего типа внутри самой конструкции. Причин, почему произошел захлеб, может быть несколько, рассмотрим их.

Когда колонна захлебывается

Максимальная скорость движения пара в каждой конструкции разная. Когда она достигается, флегма замедляет свое движение в кубе, а потом и вовсе может остановиться. Скопление ее в ректификационной части вызывает остановку процесса тепло- и массообмена. Результат — перепад давления (зачастую очень резкий) и появление посторонних шумов.

Причины «захлеба» :

• чаще всего это нагрев выше допустимого;
• переполнение куба или засорение его частицами спиртосодержащего состава;
• в высокогорье основной причиной является низкое атмосферное давление;
• скачок напряжения, из-за которого вырастает мощность ТЭНа;
• неисправности и ошибки в конструкции.

Теперь вы знаете, что такое ректификация. Полученный в результате этого процесса спирт имеет жесткий вкус (так называемый технический спирт). Его можно использовать для технических целей, но для пищевой промышленности его нужно будет еще дорабатывать — разбавлять, фильтровать и настаивать.

Для лучшего очищения полученное сырье подвергают процессу углевания (пропускание через активированный уголь). В результате этой процедуры спирт приобретет «мягкость» , а (небольшое их количество всегда попадает в спирт, даже если вы использовали процесс дробного отбора) будут связаны углем. На самом деле это классическая процедура приготовления известной русской водки.

После проведения процедур разбавления и углевания напитку нужно дать отдых. Просто оставьте его на несколько дней в стеклянной емкости. Водка будет идти мягче, а если не перебирать, то и похмелья не будет.

Интересно, каждый ли любитель алкогольной продукции задумывается, что такое ректификация? А ведь к этим напиткам данный процесс имеет прямое отношение. Многие начинающие самогонщики часто путают его с вторичной перегонкой, что неверно. В действительности жидкости прогоняются несколько раз при использовании специального оборудования, в результате чего получается чистый спирт. Есть еще немного схожий процесс, именуемый дистилляцией.

В наш современный век активно ведется пропаганда здорового образа жизни, впрочем, так было всегда, но в последнее время это стало более очевидным. Нас постоянно призывают отказаться от алкогольной продукции, причем полностью исключить ее из своего рациона. Но поскольку человечество пользуется спиртом с первых дней его появления, полностью отказаться от него вряд ли получится. И речь идет не только о вине, водке и прочих напитках, получаемых путем перегонки. Но что такое ректификация? Об этом ниже.

Особенности спирта

С латинского языка спирт (spiritus) переводится как дух и является органическим соединением, которое представлено разнообразными составами. Самые распространенные из них - это:

• этиловый;
• метиловый;
• фенилэтиловый.

Некоторые виды получают не только в лабораторных условиях, их можно встретить и в природе. К примеру, в листьях растений - это метиловый спирт, перебродившие органические продукты содержат этанол. Некоторые виды витаминов тоже можно отнести к классу спиртов: А, В8 и D.

При нормальных физических условиях спирт представляет собой прозрачную жидкость с резким характерным запахом и вкусом. Он способен растворять маслянистые и жиросодержащие вещества. А что касается его главной характеристики, крепости, то она составляет 95,57-100%.

Прежде чем ответить на вопрос, что такое ректификация, стоит прояснить, есть или у спирта какие-нибудь полезные свойства? Вне всякого сомнения, они имеются, и их предостаточно. И прежде всего - это антисептическое и дезодорирующее средство, которое применяется для обеззараживания медицинских инструментов, поверхности кожи, а также обработки рук медицинского персонала перед проведением операций. В аппарате искусственной вентиляции воздуха спирт выступает в качестве пеногасителя. Используется как растворитель для производства лекарственных средств.

Но, помимо медицины, спирт хорош и в производстве алкогольной продукции - повышает градус напитков. В бытовых условиях крепкой жидкостью часто пользуются для снижения температуры путем растирания. С его помощью можно приготовить целебные настойки или сделать согревающий компресс.

Перечислять все полезные свойства и качества спирта можно бесконечно долго. Но вернемся к нашей теме, что такое ректификация.

Что представляет собой этот процесс

Слово ректификация происходит от слияния двух латинских слов:

• rectus - прямой;
• facio - делаю.

По сути, это особый вид процесса, который используется для разделения жидких смесей на отдельные ее компоненты в зависимости от температуры кипения (у каждого она своя). Выражаясь простым языком, происходит разложение на разные фракции (тяжелые и легкие).

Только происходит оно при контакте потока жидкостей и пара. Именно благодаря этому процессу можно получить чистейший и крепкий спирт.

Зачастую изготовление алкогольных напитков не обходится без двух важных процессов, таких как:

• ректификация;
• дистилляция.

С первым мы разобрались, но что представляет собой второй процесс? Многие путают эти два термина, считая, что это практически одно и то же. В действительности между ректификацией спирта (или любой другой смеси) и дистилляцией есть существенные различия, которых коснемся чуть позже.

Немного сходный процесс - дистилляция

Итак, под данным определением понимается процесс извлечения жидкого компонента путем кипячения какой-либо смеси, где он присутствует, и охлаждения его паров с целью образования конденсата и сбора. Данный метод успешно применяется для опреснения смесей. Это позволяет не только разделить между собой присутствующие жидкие компоненты, но и отделять твердые вещества от жидкого растворителя.

Помимо этого, дистилляция прекрасно подходит для получения питьевой воды из морского источника. Также многие любители домашнего алкоголя производят таким способом напитки в домашних условиях.

Перечисленные процессы (дистилляция и ректификация смесей) применяются не только в лаборатории, фармацевтики или у себя дома. Они широко распространены и в промышленности, где с их помощью разделяют нефть на разные компоненты:

• бензин;
• керосин;
• дизельное топливо;
• реактивное топливо;
• мазут.

Помимо жидких продуктов из нефти можно получить твердые вещества наподобие битума, гудрона, асфальта.

Отличительные черты

Дистилляция считается простым процессом (перегонкой): перебродившее сырье (к примеру, вино) закладывается в специальный куб, и он разогревается до температуры кипения. При этом выделяются пары, которые направляются в охладитель, где в виде конденсата собираются в емкость. Получившийся продукт является спиртом-сырцом. Его крепость составляет от 40 до 50 градусов. Однако он еще загрязнен примесями, поэтому требуется его очистка и дополнительное облагораживание.

В большинстве случаев для этого дистиллят повторно перегоняют, что увеличивает его крепость. Но если нужно получить крепкий и чистый спирт, следует выбирать другой способ. На первый взгляд кажется, что между дистилляцией и ректификацией нет различий. В действительности это далеко не так.

Высокую степень очистки можно достигнуть лишь при использовании специального оборудования, называемого ректификационной колонной. В ее устройство входит царга, насадка-дефлегматор и охладитель. Выделяемый пар от нагретого сырья поступает в трубу и контактирует с жидкой флегмой, находящейся внутри ее стенок. При этом некоторая часть пара в виде конденсата оседает в дефлегматоре, а остальное возвращается в царгу.

Таким образом и происходит процесс ректификации. При этом исходный материал максимально очищен от вредных примесей (взвеси, сивушные масла и прочее). У полученного спирта-ректификата самая высокая возможная крепость - до 96%. Такой продукт полностью готов для технических, медицинских целей.

Как можно заметить, отличия касаются не только техники перегонки, но и качества самого продукта.

Спирт

Для ректификации спирта в качестве основного источника используются смеси, которые его содержат, - их прогоняют через специальные колонны. В результате нагрева растворы разделяются на два компонента:

1. Жидкость.

На выходе же получается чистейший спирт. Производить алкогольную продукцию люди научились еще с давних времен. В качестве исходного сырья использовались перебродившие ягоды и фрукты. Только в полученном продукте было ничтожно малое количество спирта. Ситуация исправилась с развитием химической промышленности. Причем возникло целое направление, направленное на повышения градуса алкогольных напитков.

Полностью чистейший 100% спирт был получен лишь в конце XVIII столетия. Это удалось сделать русскому химику Иоганну Тобиасу (Товию Егоровичу) Ловицу. Именно его можно заслужено считать создателем процесса ректификации.

Нефть

Главное назначение ректификации нефти заключается в получении легких фракций из нефти, которыми являются:

• Бензин.
• Керосин.
• Газойль.

Бензин представляет собой сочетание нефтенов, алканов и ароматических углеводородов. Температура достигает +150...+205 °C. Все зависит от того, для какого именно транспорта нужно получить топливо - автомобилей, самолетов либо прочей техники.

Керосин - это распространенный вид топлива для питания тракторов и других видов сельскохозяйственного транспорта. Помимо этого, служит компонентом для дизельного топлива. К тому же некоторые системы освещения тоже работают на нем. Температура нагрева подбирается, исходя из целей назначения, и может быть +150...+180 °C либо +270...+280 °C.

Что касается газойля , то этот продукт перегонки в основном используется для производства дизельного топлива. Температура процесса зависит от требуемых качеств конечного продукта и находится в диапазоне от +270...+280 до +320...+350 градусов.

Также в результате ректификации нефти получаются и твердые фракции, к которым относятся:

• Мазут.
• Гудрон.

Мазут хорош как котельное топливо либо может проходить дальнейшую переработку. К примеру, его перегоняют в условиях пониженного давления, доводя до вакуума. Таким образом получают различные масла. Помимо этого, он используется для крекинга, целью которого является получение высокооктанового бензина. Температура для мазута составляет от +230 до +350 градусов.

После того как от мазута отделены масла, получается практически твердое вещество - гудрон . В свою очередь, из него можно получить битум, который является компонентом асфальта. Кроме того, гудрон ценен для металлургической промышленности, где из него получают кокс.

Характерные особенности процесса ректификации

Понимание процесса перегонки может быть полезно для любителей алкогольный продукции любой крепости.

А зная, чем он отличается от дистилляции, можно подобрать для своих нужд подходящее оборудование, причем даже с автоматикой для ректификации для производства нужных напитков. К примеру, если необходимо получить продукт на основе виноградного или любого другого фруктового сока со жмыхом, то классического дистиллятора вполне хватит. Если же нужно получить спирт с высоким градусом, то без ректификационной колонны не обойтись.

К счастью, некоторые самогонные аппараты универсального типа имеют атмосферный штуцер. Теперь стоит только установить дополнительную царгу, как оборудование будет модернизировано до ректификационной колонны. Такие аппараты более предпочтительны, в особенности для всех тех, кто предпочитает проводить эксперименты и развивать свои навыки.

Однако процесс ректификации не был бы столь популярен у большинства самогонщиков, если бы не имел своих хитростей. Одна из них - это использование уже готового дистиллята как альтернативы браге. Таким образом можно избежать лишних хлопот. Дело в том, что использование браги сопровождается выделением пены, причем в большом количестве, чего нельзя сказать про дистиллят. В связи с чем, перегоняя спирт-сырец, можно уберечь ректификационную колонну от повреждений.

Другая особенность заключается в том, что, чем больше высота колонны, тем интенсивнее будет протекать массо- и теплообмен двух встречных потоков, и качественнее получится конечный продукт. То есть значения пропорциональны: выше царга - качественнее спирт.

Дефлегматор, холодильник-конденсатор, подогреватель - обычные теплообменники, основным аппаратом всего оборудования является ректификационная колонна. Именно в ней поднимаются пары перегоняемой смеси, а им навстречу стекает жидкость (флегма), которая подается в верхнюю ее часть.

Классическая колонна выглядит так: на испарительный куб ставится длинная труба (чем выше, тем лучше), которая зовется царгой, а также дефлегматор с концевиком. Каких-то сложных механизмов здесь нет, лишь кран для отбора, смотровое стекло и термометр. В некоторых случаях может быть регулятор мощности.

Работа колонны

Вся процедура производится в несколько этапов:

• Происходит нагрев браги или любого другого спиртосодержащего раствора до нужной температуры ректификации.
• Образующиеся пары поступают в колонну и далее попадают в холодильник.
• Наверху пары конденсируются в жидкое состояние и движутся в обратном направлении уже в виде жидкости (флегмы).
• Конденсат стекает вниз, навстречу ему поднимаются пары, и в процессе такого смешивания происходит насыщение их спиртом от флегмы.

Такой цикл происходит многократно, и в результате пары насыщаются спиртом настолько, что крепость конденсата доходит до 93% или чуть больше. Что касается примесей, они отличаются меньшей летучестью и оседают в колонне. По этой причине предпочтительно использовать именно высокие трубы, и чем они длиннее, тем качественнее получается конечный продукт.

После применения ректификационной колонны нет необходимости проводить дополнительную очистку полученных напитков. К тому же вместе с примесями продукт избавляется от неприятного запаха и нежелательного привкуса.

Что касается использования браги, то лучше по возможности обойтись без нее, о чем было сказано выше. Процесс должен протекать при стабильной температуре, и теплоизолированная колонна позволяет избежать ее перепадов.

Атмосферное давление

Работа самогонного аппарата зависит от атмосферного давления, и многие модели оснащены специальным штуцером. Когда он закрыт, аппарат функционирует в режиме дистилляции, но стоит его открыть - это уже метод ректификации.

После того как сырье нагреется до нужной температуры кипения, штуцер отбора закрывается. Установка некоторое время функционирует в автономном режиме. В этот момент спиртовые пары циркулируют внутри колонны, повышая флегмовое число и очищаясь от примесей. Потом штуцер открывается, и происходит процедура, в течение которой давление и температура ректификации держатся на высоком уровне. Во избежание перегрева оборудования атмосферный клапан открыт на время всей ректификации. За счет этого регулируется давление.

Поскольку штуцер открыт постоянно, то атмосферное давление оказывает свое влияние на протекающий в колонне процесс ректификации. При его уменьшении снижается плотность спиртовых паров, что приводит к увеличению их расхода и скорости прохождения в установке. Превышение допустимого значения оборачивается захлебыванием колонны.

А если давление будет возрастать, то скорость паров будет снижаться, что замедляет деление на фракции. Исправить это можно путем временного закрытия штуцера.

Не стоит упускать из виду давление в колонне. В дефлегматоре оно всегда равно атмосферному значению за счет открытого штуцера. Непосредственно в царге оно обусловлено движением паров и взаимодействием их с флегмой. При этом величина перепада давления не должна превышать максимальные показатели, которые устанавливаются производителями. Чтобы можно было контролировать это значение, колонны оснащаются специальными манометрическими трубками.

Многие компании, которые производят современные установки ректификации, стараются стабилизировать работу оборудования, чтобы она не зависела от внешних факторов. К сожалению, полностью избежать такого недостатка пока не удается. В связи с чем в инструкции прямо сказано, что ректификацию не стоит проводить в те дни, когда вероятно понижение атмосферного давления.

Автоматизированный процесс

Во время процесса ректификации необходимо личное присутствие и постоянное наблюдение за всем происходящим. Однако можно поступить и мудро - использовать автоматику. Такие устройства призваны для автоматизации всей процедуры и без непосредственного участия человека.

Качественные устройства отберут так называемые головы в отдельную емкость и исключат попадание хвостов в готовый продукт. Блок управления пустит воду для охлаждения в нужный момент, понизит мощность в ходе отбора. После сбора хвостов подача воды и нагрев будут отключены.

Как можно понять, автоматика для ректификации - вещь нужная, особенно когда возникнут неотложные дела, решение которых невозможно перенести на другое время.