Пленочный дефлегматор. Что такое дефлегматор для самогонного аппарата? Какими они могут быть

Анализируя запросы поисковиков, по которым на мой блог попадают посетители, я пришел к выводу, что суть работы дефлегматора и самой пленочной колонны не до конца всем понятна. Соответственно и отличие от обычного аппарата с одной стороны и от рекколонны с другой.

Давайте попробуем более детально разобраться в чем тут дело. Начнем с терминов. Как говорит нам википедия:

Ректификация (от лат. rectus - прямой и facio - делаю) - это процесс разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счет противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью. Ректификацию можно проводить периодически или непрерывно. Ректификацию проводят в башенных колонных аппаратах, снабженных контактными устройствами (тарелками или насадкой), ректификационных колоннах.

Дистилляция (лат. distillatio - стекание каплями) - перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров.

Из сравнительного анализа этих терминов видно, что в одном случае имеет место прямой проход пара на охладитель/конденсатор (дистилляция), а во втором случае часть сконденсированного пара возвращается в виде жидкости обратно, повторно/многократно реагирует с вновь образованным паром (ректификация) и лишь потом поступает на конденсатор. Результатом этого многократного переиспарения является качественное разделение смеси на составные части (и значительное укрепление продукта с одновременным уменьшением общей производительности). Т.е. в результате ректификации мы получаем набор разных продуктов (отдельно спирт, воду, сивушное масло), а в результате дистилляции — более менее однородный продукт (спирт, вода и сивушное масло вместе). Напомню, что термин «сивушное масло» является собирательным и обозначает некий комплекс веществ и соединений, входящих в состав дистиллятов/ректификатов спиртосодержащего сырья помимо воды и собственно спирта (см. ). Кроме вредных для здоровья компонентов сивуха содержит и вкусоароматические составляющие, наличие которых в готовом продукте часто приветствуется.

Таким образом разделителем понятий дистилляция и ректификация является «противоточный массо- и теплообмен между паром и жидкостью» . Как и когда он возникает? Или, иначе:

Что такое дефлегматор? Дефлегматор по своей сути является холодильником/конденсатором, который конструктивно может быть выполнен по разным схемам. Его главное предназначение — сконденсировать часть проходящего паропотока в жидкость (которая называется флегмой ) и направить эту жидкость обратно в куб навстречу потоку пара. Встречаясь с паром флегма разогревается и вся/частично вновь превращается в пар. И опять конденсируется дефлегматором и снова стекает в куб, и так далее и так далее. Тут важно понимать ряд условий, максимизирующих выгоды подобной конструкции:

1. Для максимально эффективного переиспарения толщина потока/слоя флегмы должна быть минимальной, а площадь потока максимальной. Поэтому в пустотелых трубах флегма должна стекать равномерно тонким слоем по внутренней стенке трубы, образуя пленку — отсюда название «пленочная». Если использовать колонну, наполненную какой-либо насадкой с развитой поверхностью — можно существенно увеличить площадь контакта флегмы, обволакивающей насадку, и пара — отсюда название «насадочная»

2. Для образования устойчивой пленки труба должна стоять строго вертикально — отсюда «колонна». При даже незначительном наклоне колонны, флегма стремится образовать на одной из сторон внутренней поверхности трубы ручеек и пленка перестает образовываться.

3. Колонна (а точнее ее часть в которой осуществляется контакт флегмы и пара) должна иметь высоту, достаточную для стабилизации процессов тепломассообмена пар/флегма. Не менее 50 диаметров. За счет стабилизированного тепломассообмена и при достаточной высоте колонны, в ней образуются зонное распределение фракций по температуре испарения (т.е. собственно разделение). Самые низкокипящие фракции занимают верхнюю часть колонны так как быстрее и легче переиспаряются, тогда как более высококипящие скатываются ниже. Соответственно низкокипящие первыми проходят на отбор, а затем следующие по температуре кипения и т.д. Получаем хорошо разделенный продукт, отобранный в разные емкости по температуре кипения.

Почему колонны делятся на бражные и ректификационные?

Во-первых, для получения спирта-ректификата (СР) разделительной способности пленочной колонны недостаточно — нужна насадочная колонна.

Во-вторых, если в качестве сырья для насадочной колонны использовать брагу, а не спирт сырец (СС) первого прямоточного перегона, насадка очень быстро загрязнится и перестанет работать в нормальном режиме.

Вот и получается, что бражная колонна — пленочная, а ректификационная — насадочная.

Однако, дефлегматор является неотъемлимой частью и той и другой конструкции.

P.S. В написанной мною позднее есть иллюстрации,показывающие как работает рубашечный дефлегматор пленочной колонны.

Как самому изготовить дефлегматор к бражной колонне вы можете посмотреть в п.2 раздела .

Как всегда жду вопросов, комментариев и критики.

Чтобы приготовить крепкий и чистый домашний алкоголь, необходимо четко знать технологию перегонки и использовать новейшие достижения технического прогресса по очистке самогона от вредоносных примесей. Именно дефлегматор, применяемый довольно часто в конструкции самогонного аппарата, играет роль надежного фильтра, который отсеивает все вредные флегмы, называемые головами и хвостами.

Конструкция и габариты таких устройств бывают разными, некоторые опытные винокуры самостоятельно делают такие изделия, но для более качественного отсеивания всех примесей лучше купить заводскую модель. Как выглядит дефлегматор, его назначение и принцип действия вы узнаете, внимательно прочитав эту статью.

Это устройство, которое осуществляет конденсацию флегм, находящихся в составе спиртосодержащих паров, выходящих из перегонного куба. Это устройство имеет несколько названий, о его необходимости идут давние споры, некоторые самогонщики уверяют, что его использование повышает время перегонки.

Это утверждение довольно спорно, но то, что эти изделия очищают пары от сивушных масел и других вредоносных примесей, не поддается сомнению. Для простого самогонного аппарата используют сухопарники, где оседают фракции, имеющие температуру кипения выше спирта, кроме этого, такие устройства предотвращают проникновение мелких брызг браги во время ее кипения.

Конструкция любого сухопарника отличается довольно примитивным строением, но ее можно усовершенствовать, а в результате самогон станет только чище, избавится от неприятного запаха. Дефлегматор - это своеобразный отстойник, в котором при активном очищении оседают практически все сивушные масла, которые своим присутствием портят вкус и запах самогона, они являются основной причиной отравления некачественным продуктом перегонки.

Основные функции

Самогонные аппараты отличаются по конструкции, но принцип работы у них идентичный, но если у них нет сухопарника и качественного охладителя, то получить высокого качества крепкий домашний напиток будет весьма проблематично. Скорее всего, на выходе будет самогон низкого качества и вкуса с характерным запахом сырья, из которого он был приготовлен.

Каждая деталь аппаратов для перегонки выполняет свои функции, поэтому правильный дефлегматор помогает:

1. Улучшить вкусовые качества домашнего алкоголя, устранить неприятный запах и привкус, а также оказать влияние на крепость самогона.
2. Избежать проникновения мельчайших частиц кипящей браги в спиртосодержащие пары, что значительно влияет на качество и вкус. Такая защита позволяет не проводить повторную дистилляцию.
3. Отделяет головы и хвосты, их отсутствие намного повышает конечный продукт.

Сухопарник можно использовать для ароматизации самогона: если он разборного типа, то внутрь укладывают разные ароматизаторы: цедра лимона или апельсина, пряности или сушеные ягоды, для терпкости любители добавляют палочки корицы. Некоторые самогонщики добавляют несколько сухопарников в ряд, что позволяет добиться высокой крепости напитка, отличный вариант, когда сухопарник стеклянный: это позволяет визуально следить за уровнем наполнения.

Ректификационные изделия колонного типа обязательно имеют дефлегматор в высшей точке конструкции, кроме этого, роль фильтра играет и сама труба колонны, выполненная с царгой - именно такая конструкция позволяет домашним винокурам добиться производства чистого спирта 96 градусов, обычный аппарат такого качества достигнуть не может, его предел - 80% плотности.

Как работает

Принцип действия основан на следующем:

1. Спирт начинает кипеть при более низкой температуре, чем сивушные масла и другие вредоносные примеси, содержащиеся в исходном продукте - браге, но для эффективности всего процесса ее нагревают до активного кипения.
2. Испаряющийся спирт попадает в сухопарник, в котором сохраняется температура кипения спирта. Другие примеси конденсируются на стенки устройства и стекают в его нижнюю часть.
3. Очищенные пары продолжают движение к охладителю и превращаются в нем в крепкий напиток хорошего качества.

Дефлегматор по своей сути - это эффективный заслон на пути сивухи и всех вредоносных примесей, именно он позволяет значительно улучшить вкус, повысить до максимума крепость самодельного алкоголя. В конструкции современных аппаратов для домашнего самогоноварения применяются сразу два сухопарника: один для очистки, а другой для ароматизации.

Для эффективной очистки и ароматизации элитных сортов домашнего крепкого алкоголя при их дистилляции, например, бренди, ром и виски используют три дефлегматора, что позволяет получать на выходе весьма качественный напиток.

Виды

Все используемые в современном производстве домашнего самогона изделия можно условно разделить на два основных класса: пленочного типа и остальные.

Разница заключается только в том, что в первом варианте отсутствуют дополнительные элементы - флегмы контактируют с пограничными парами и конденсируются на вертикальных стенках конструкции, с нее же и испаряются при нагревании.

Вот только несколько видов дефлегматоров с различными наполнителями из инертных материалов:

• Le Chatelier;
• Бунзена;
• елочного типа;
• насадочные;
• Димрота.

Название может быть разным, здесь все зависит от используемых деталей и принципа функционирования: например, изделие Димрота основано на стандартном действии, когда выпавший конденсат возвращается в емкость для браги, а не в сосуд с уже готовым продуктом дистилляции. Именно такую конструкцию специалисты считают практичной и удобной для использования.

Вся конструкция выполнена из закаленного стекла, которое способно выдерживать высокую температуру, от такого материала никогда не портится вкус самогона. Для охлаждения достаточно использовать проточную воду из обычного водопровода.

Основные преимущества

Самогонные аппараты с сухопарниками и ректификационные колонны с дефлегматорами - это особый вид домашнего оборудования с устройствами для эффективной очистки паров дистиллята. Наличие таких изделий позволяет:

1. Существенно повысить очистку конечного продукта, обеспечивая во время прохождения спиртосодержащих паров через конструкцию удаление всех посторонних примесей. Полученный самогон не требует повторной перегонки, он высокой крепости, отличается оригинальным вкусом и приятным запахом.
2. Если устройство сделано в заводских условиях из качественной пищевой стали, то дистиллят не требуется очищать ни механическими способами, ни тем более химическими веществами.
3. Когда дефлегматор вмонтирован в колонну, то на выходе винокур получает напиток высшего качества с крепостью 96%.
4. Применение сухопарников в самогонных аппаратах позволит эффективно очистить самогон, никакие химические способы такого уровня очистки не могут обеспечить.
5. Дефлегматор по своей сути - это непреодолимый барьер для мелких брызг кипящей основы, из которой перегоняется дистиллят, его использование гарантирует, что вторая перегонка отпадает полностью.
6. Сухопарники используются для ароматизации - здесь каждый винокур может использовать свою фантазию без ограничений.

Вышеперечисленные методы позволяют получать в домашних условиях крепкие спиртные напитки, по качеству намного превосходящие магазинные аналоги, а разнообразие разведенного материала может составить существенную конкуренцию наливкам и ликерам заводского исполнения. Дело здесь не только в качестве дистиллята - для производства домашних наливок, а также ликеров винокуры применяют только качественные, природные ингредиенты: сушеные ягоды или фрукты, а на заводах добавляют эссенции и химические вытяжки.

Выводы

Опытный домашний мастер по перегонке дистиллята может похвастать не только высокой очисткой самогона, чистым, как слеза младенца, но и делать наливки, ликеры, ароматные композиции на базе полученного продукта. Удивить родственников водкой домашнего разлива без запаха и привкуса - это одно, а порадовать их оригинальными элитными сортами домашнего алкоголя типа чача, виски, бренди, ром или густая сливовица - это уже высший пилотаж.

Для отличной перегонки необходимо приобрести оборудование из материалов высокого качества - пищевая или медицинская нержавеющая сталь или медь, что будет залогом долгой эксплуатации и отличной производительности.

Стремление винокура к чистоте и качеству самогона понятно. Ведь цель самогоноварения – не только удешевить расходы на алкоголь, но и сделать его безопасным для употребления.

Чтобы получить продукт с минимальным содержанием сивушных масел, используют дефлегматор для самогонного аппарата, помогающий добиться цели. Однако с этим понятием столько путаницы, что пора внести ясность.

Дефлегматор – это модуль, работающий по принципу тепломассообмена . Обязательно – противоточного воздействия. Иными словами – обратный холодильник, в котором спиртовые пары конденсируются и возвращаются в куб уже в виде жидкости – флегмы.

Встречая на пути новые пары, флегма вступает с ними в реакцию, «уводя вниз» тяжелые фракции – сивушные масла — и давая возможность легким веществам (среди которых – этиловый спирт) проходить дальше, чтобы конденсироваться уже в нисходящем (прямом) холодильнике и попасть в приемную емкость очищенным и крепким спиртовым дистиллятом.

Важно. Устройство не избавляет от необходимости «отсекать головы» — первые фракции, температура кипения которых ниже, чем у этанола. Хвостовые фракции также отбирайте отдельно.

Множество даже «продвинутых» винокуров называют дефлегматором или (прикубники). Да, эти приспособления направлены к той же цели – дать чистый домашний самогон. Но их нельзя так назвать по двум причинам:

• они действуют по другому принципу: конденсация паров с температурой кипения выше, чем у этанола. Сивушные масла оседают в цилиндрической емкости (банке). Этиловый спирт, как вещество с температурой закипания 78,4°С, проходит дальше – в охладитель, и в приемную емкость поступает уже жидкостью;
• по силе очистки спиртовых паров прикубники уступают дефлегматору.

Нужен ли и зачем?

Даже сомнений нет относительно пользы дефлегматора. С его помощью удается получить чистый конечный продукт.

Сухопарник и барботер на его фоне — слабое звено, поскольку они избавляют самогон от сивушных масел лишь частично.

Где стоит?

Это — вертикальная царга, чтобы флегма могла спокойно стекать вниз, обратно в куб. Расположена между перегонным кубом и прямым холодильником.

Хотя есть модель и без второго холодильника, но об этом – ниже.

Виды

Существует несколько модификаций:

1. Невысокая царга (20-30 см) без охлаждения . За ней следует сухопарник и уже после него – холодильник. Этот тандем дает неплохую очистку, хотя главный недостаток – невозможность контроля температуры пара, что снижает степень конечной чистоты.
2. Пленочная царга с охлаждением . За счет противотока (флегма – вниз, пары – вверх) очищает и укрепляет конечный продукт.
3. Дефлегматор (называют еще холодильник) Димрота . Простая конструкция, не требующая дополнительного охладителя, справляющаяся с очищением и дистилляцией.

Преимущества

Дефлегматор – прекрасно работающее устройство для очищения паров. И хотя сложнее по конструкции баночных сухопарников/барботеров, но стоит того, чтобы его купить и установить.

Имея слесарные навыки, сделайте своими руками. Что это даст:

• качественный домашний алкоголь, который пьют, не боясь тяжелого утреннего похмелья и отравления;
• простоту использования;
• достаточный уровень скорости перегона (только чуть ниже, чем при использовании прямоточного дистиллятора);
• сохранение аромата исходного продукта (при перегонке браги из зерна, фруктов и т.п.).

Устройство и принцип работы

Дефлегматор состоит из таких деталей:

• царга диаметром 23-50 мм, высота которой подбирается индивидуально;

Внимание. Царга ниже 45 см неудовлетворительно справляется с поставленной задачей, да и оборудовать ее охладителем проблематично, если не сказать – невозможно.

• водяная рубашка (проточный холодильник), охватывающая от трети до половины высоты царги, располагающаяся в верхней части конструкции;
• термометр, «венчающий» царгу, для контроля за фракциями самогона;
• шланги для подвода/отвода воды к охладителю;
• трубка от приспособления, переходящая в змеевик холодильника.

Происходящий в таком устройстве тепломассообмен между жидкостями с различной температурой кипения приводит к максимально возможному в домашних условиях разделению испаряющейся браги на отдельные вещества ради отбора очищенного этанола крепостью 60-80°.

Как сделать собственноручно?

Чтобы самостоятельно сделать дефлегматор, необходимо умение, навыки слесаря и сварщика. Здесь не обойтись парой штуцеров и шлангов, как при создании сухопарника/барботера. Выбрав подходящую схему для блока, приступайте к работе.

Из чего делать?

Для любой из моделей понадобится:

• Труба из пищевой нержавейки либо меди (царга) внутренним диаметром в пределах 23-48 мм. Отклоняться от данных размеров не стоит из-за снижения эффективности работы. Расчет высоты зависит от условий. Идеальным для пленочной укрепляющей колонны считается соотношение: 30 размеров внутреннего диаметра царги. То есть – от 70 до 144 см. Если вы планируете только дефлегматор, без укрепления конечного продукта, остановитесь на 45-50 см в высоту.
• Устройство для надежного и герметичного удерживания трубы над кубом в строго вертикальном положении. Это может быть сварка (если на кубе фланцевая крышка); резьбовое соединение; кламп.

Осторожно. Даже незначительное отклонение от вертикали грозит снижением результативности работы.

• Водяная рубашка — труба большего диаметра, охватывающая царгу, надежно соединенная с ней сваркой. Имеет два штуцера для подвода и отвода воды.
• Шланги из ПВХ, можно – сантехнические. С готовым продуктом не взаимодействуют.

Приведем две главные модели дефлегматоров.

Пленочный с охлаждением

Это царга, имеющая собственный промежуточный холодильник. Основной расположен после дефлегматора. Благодаря охлаждению, в ней происходит качественный тепломассообмен, а флегма стекает в куб пленкой, взаимодействуя с паром.

Многократное переиспарение отлично очищает самогон. Недостаток – требуется и второй холодильник со змеевиком.

Модель Димрота

Это устройство одновременно выполняет три задачи: очистка, укрепление и конденсация . Дополнительного холодильника для него не требуется. Имеет оригинальную конструкцию:

• Открытая в верхней части царга (это – дефлегматор).
• На царге вварена широкая закрытая труба, оставляющая место для выхода очищенного этанола в виде пара. Одновременно служит емкостью для сбора и отвода очищенного от сивухи дистиллята.
• Холодильник представляет собой змеевик со входным и выходным штуцерами, витками охватывающий царгу. Только по этому змеевику движется не самогон, а холодная вода. Она одновременно охлаждает и царгу, и выходящие из нее пары спирта, очищенные от примесей.

Сухопарник или дефлегматор – что лучше?

И то, и другое устройство предназначено для использования при перегоне , а также – спирта-сырца (повторная перегонка первого дистиллята с разделением на фракции). Однако дефлегматор значительно лучше справляется с задачей очистки конечного продукта.

Сухопарник же имеет лишь одно преимущество – простоту конструкции и возможность использования обычной банки.

Поэтому ради получения чистого по органолептическим показателям самогона дефлегматор – предпочтительнее.

Ждем от вас лайков и мнений в комментариях.

Самый распространенный в промышленности тип теплообменника – кожухотрубник. Вариант его конструктивного исполнения зависит от задач, стоящих перед пользователями. Кожухотрубник не обязательно должен быть многотрубным – обычный рубашечный дефлегматор, прямоточный (а) или противоточный (б) холодильник типа «труба в трубе» — это тоже кожухотрубники.

Применяются и одноходовые теплообменники с перекрестноточным движением теплоносителей (в). Но наиболее эффективна и часто используемая для многотрубных теплообменников – многоходовая перекрестноточная схема (г).

При этой схеме один поток жидкости или пара движется по трубам, а навстречу ему зигзагообразно, многократно пересекая трубы, движется второй теплоноситель. Это гибрид противоточного и перекрестного вариантов, который позволяет сделать теплообменник максимально компактным и эффективным.

Принцип работы кожухотрубных теплообменников и сфера их применения

В самогоноварении многоходовые перекрестноточные холодильники принято называть кожухотрубниками (КХТ), а их однотрубный вариант – противо- или прямоточным холодильником. Соответственно, при использовании этих конструкций в качестве дефлегматоров — кожухотрубными и рубашечными дефлегматорами.

В домашних самогонных аппаратах, бражных и ректификационных колоннах подачу пара осуществляют в эти теплообменники по внутренним трубам, а охлаждающей воды – в кожух. Любого промышленного конструктора-теплотехника это бы возмутило, так как именно в трубах можно создать высокую скорость теплоносителя, значительно увеличив теплоотдачу и КПД установки. Однако у винокуров свои цели и не всегда нужен высокий КПД.

Например, в дефлегматорах для паровых колонн, наоборот, требуется смягчить градиент температур, размазать зону конденсации как можно больше по высоте, и, сконденсировав необходимую часть пара, не допустить переохлаждения флегмы. Да еще и точно регулировать этот процесс. На первый план выходят совсем другие критерии.

Среди применяемых в самогоноварении холодильников наибольшее распространение получили змеевики, прямоточники и кожухотрубники. Каждый из них имеет свою сферу использования.

Для аппаратов с низкой (до 1,5-2 л/час) производительностью наиболее рационально применение небольших проточных змеевиков. При отсутствии проточной воды змеевики тоже дают фору другим вариантам. Классический вариант – змеевик в ведре с водой. Если есть водопровод и производительность аппарата до 6-8 л/ч, то преимущество имеют прямоточники, сконструированные по принципу «труба в трубе», но с очень малым кольцевым зазором (около 1-1,5 мм). На паровую трубу спиралевидно навивают проволоку с шагом 2-3 см, которая центрирует паровую трубу и удлиняет путь охлаждающей воды. При мощностях нагрева до 4-5 кВт это самый экономичный вариант. Кожухотрубник, безусловно, может заменить прямоточник, но стоимость изготовления и расход воды будет повыше.

Кожухотрубник выступает на первый план при автономных системах охлаждения, поскольку совершенно нетребователен к давлению воды. Как правило, обычного аквариумного насоса хватает для успешной работы. Кроме того, при мощностях нагрева от 5-6 кВт и выше кожухотрубный холодильник становится практически безальтернативным вариантом, так как длина прямоточного холодильника для утилизации высоких мощностей будет нерациональной.

Для дефлегматоров бражных колонн ситуация несколько иная. При малых, до 28-30 мм, диаметрах колонн наиболее рационален обычный рубашечник (в принципе тот же кожухотрубник).

Для диаметров 40-60 мм лидером становится Это высокоточный охладитель с четкой регулируемостью мощностью и абсолютной несклонностью к завоздушиванию. Димрот позволяет настроить режимы с наименьшим переохлаждением флегмы. При работе с насадочными колоннами он, благодаря своей конструкции, дает возможность центрировать возврат флегмы, наилучшим образом орошая насадку.

Кожухотрубник выходит на передний план при системах автономного охлаждения. Орошение насадки флегмой происходит не в центре колонны, а по всей плоскости. Это менее эффективно чем у Димрота, но вполне допустимо. Расход воды при таком режиме у кожухотрубника будет ощутимо выше нежели у Димрота.

Если нужен конденсатор для колонны с жидкостным отбором, то Димрот вне конкуренции за счет точности регулировки и малого переохлаждения флегмы. Кожухотрубник также применяют для этих целей, но переохлаждения флегмы трудно избежать и расход воды будет выше.

Основной причиной популярности кожухотрубников у производителей бытовых аппаратов является то, что они более универсальны в использовании, а их детали легко унифицируются. Кроме того, применение кожухотрубных дефлегматоров в аппаратах типа «конструктор» или «перевертыш» вне конкуренции.

Расчет параметров кожухотрубного дефлегматора

Расчет необходимой площади теплообмена можно выполнить по упрощенной методике.

1. Определить коэффициент теплопередачи.

Формулы для расчетов:

R = h / λ, (м2 К)/Вт;

Rs = R1 + R2 + R3 + R4, (м2 К)/ Вт;

К = 1 / Rs, Вт/ (м2 К).

2. Определить среднюю разницу температур между паром и охлаждающей водой.

Температура насыщенного спиртового пара Тп = 78,15 °C.

Максимальная мощность от дефлегматора нужна в режиме работы колонны на себя, что сопровождается максимальной подачей воды и минимальной её температурой на выходе. Поэтому примем, что температура воды на входе в кожухотрубник (15 — 20) — Т1 = 20 °C, на выходе (25 — 40) — Т2 = 30 °C.

Твх = Тп — Т1;

Твых= Тп — Т2;

Среднюю температуру (Тср) посчитаем по формуле:

Тср = (Твх — Твых) / Ln (Твх / Твых).

То есть, в нашем случае округленно:

Твых = 48°C.

Тср = (58 — 48) / Ln (58 / 48) = 10 / Ln(1,21) = 53 °C.

3. Рассчитать площадь теплообмена. Исходя из известного коэффициента теплопередачи (К) и средней температуры (Тср), определяем необходимую площадь поверхности для теплообмена (Sт) для требуемой тепловой мощности (N), Вт.

Sт = N / (Tср * К), м 2 ;

Если нам, к примеру, нужно утилизировать 1800 Вт, то Sт = 1800 / (53 * 1493) = 0,0227 м 2 , или 227 см 2 .

4. Геометрический расчет. Определимся с минимальным диаметром трубок. В дефлегматоре флегма идет навстречу пару, поэтому необходимо соблюсти условия для её свободного стекания в насадку без излишнего переохлаждения. Если сделать трубки слишком малого диаметра, можно спровоцировать захлеб или выброс флегмы в зону над дефлегматором и дальше в отбор, тогда о хорошей очистке от примесей можно будет просто забыть.

Минимальное суммарное сечение трубок при заданной мощности посчитаем по формуле:

Sсеч = N * 750 / V, мм 2 , где

N – мощность (кВт);

750 – парообразование (см 3 / с кВт);

V – скорость пара (м/с);

Sсеч – минимальная площадь поперечного сечения трубок (мм 2)

При расчетах дистилляторов колонного типа мощность нагрева выбирают исходя из максимальной скорости пара в колонне 1-2 м/с. Считается, что если скорость превысит 3 м/с, то пар будет гнать флегму вверх по колонне и забрасывать в отбор.

Если нужно утилизировать в дефлегматоре 1,8 кВт:

Sсеч = 1,8 * 750 / 3 = 450 мм 2 .

Если делать дефлегматор с 3 трубками, значит, площадь сечения одной трубки не меньше 450 / 3 = 150 мм 2 , внутренний диаметр – 13,8 мм. Ближайший больший из стандартных размеров труб – 16 х 1 мм (внутренний диаметр 14 мм).

При известном диаметре труб d (см) находим минимально необходимую их суммарную длину:

L= Sт / (3,14 * d);

L= 227/ (3,14* 1,6) = 45 см.

Если сделаем 3 трубки, то длина дефлегматора должна быть около 15 см.

Длину корректируют учитывая, что расстояние между перегородками должно примерно равняться внутреннему радиусу корпуса. Если число перегородок будет четным, то патрубки для подачи и слива воды окажутся на противоположных сторонах, а если нечетным – на одной стороне дефлегматора.

Увеличение или уменьшение длины труб в пределах величины радиуса бытовых колонн не создаст проблем с управляемостью или мощностью дефлегматора, так как соответствует погрешностям при расчете и может быть компенсировано дальнейшими конструктивными решениями. Можно рассмотреть варианты с 3, 5, 7 и более трубками, затем выбрать со своей точки зрения оптимальный.

Конструктивные особенности кожухотрубного теплообменника

Перегородки

Расстояние между перегородками ориентировочно равно радиусу корпуса. Чем меньше это расстояние, тем больше скорость потока и меньше возможность возникновения застойных зон.

Перегородки направляют поток поперек трубок, это ощутимо увеличивает КПД и мощность теплообменника. Также перегородки препятствуют прогибу трубок под воздействием тепловых нагрузок и увеличивают жесткость кожухотрубного дефлегматора.

В перегородках вырезают сегменты для прохода воды. Сегменты должны быть не меньше площади сечения патрубков для подачи воды. Обычно эта величина составляет около 25-30% от площади перегородки. В любом случае, сегменты должны обеспечить равенство скорости воды по всей траектории движения, как в трубном пучке, так и зазоре между пучком и корпусом.

Для дефлегматора, несмотря на его небольшую (150-200 мм) длину, есть смысл сделать несколько перегородок. Если их число будет четным, штуцеры окажутся на противоположных сторонах, если нечетным – на одной стороне дефлегматора.

При установке поперечных перегородок важно обеспечить как можно меньший зазор между корпусом и перегородкой.

Трубки

Толщина стенок трубок особого значения не имеет. Разность коэффициента теплопередачи для толщины стенки 0,5 и 1,5 мм ничтожно мала. По факту трубки являются термически прозрачными. Выбор между медью и нержавейкой, с точки зрения теплопроводности, также теряет смысл. При выборе нужно исходить из эксплуатационных или технологических свойств.

При разметке трубной доски руководствуются тем, что расстояния между осями трубок должно быть одинаковым. Обычно их размещают в вершинах и по сторонам правильного треугольника или шестиугольника. По этим схемам при одном и том же шаге возможно разместить максимальное количество трубок. Центральная трубка чаще всего становится проблемной, если расстояния между трубками в пучке не одинаковы.

На рисунке показан пример правильного расположения отверстий.

Для удобства сварки расстояние между трубками не стоит делать меньше 3 мм. Для обеспечения прочности соединений материал трубной решетки должен быть более твердым, чем материал труб, а зазор между решеткой и трубами – не более 1,5% от диаметра труб.

При сварке концы труб должны выступать над решеткой на расстояние равное толщине стенки. В наших примерах – на 1 мм, это позволит сделать качественный шов, оплавив трубу.

Расчет параметров кожухотрубного холодильника

Главное отличие кожухотрубного холодильника от дефлегматора состоит в том, что флегма в холодильнике течет в одном направлении с паром, поэтому слой флегмы в зоне конденсации увеличивается от минимального до максимального более плавно, а средняя его толщина несколько больше.

Для расчетов рекомендуем задавать толщину, равную 0,8 мм. В дефлегматоре же все наоборот – вначале толстый слой флегмы, слившейся со всей поверхности, встречает пар и практически не дает ему полноценно конденсироваться. Затем, преодолев этот барьер, пар попадает в зону с минимальной, порядка 0,5 мм толщиной, пленки флегмы. Это толщина на уровне её динамического удержания, конденсация происходит, в основном, в этой зоне.

Приняв среднюю толщину слоя флегмы равной 0,8 мм, на конкретном примере рассмотрим особенности расчета параметров кожухотрубного холодильника по упрощенной методике.

Максимальные требования по мощности к холодильнику предъявляет первая перегонка, для которой и делают расчет. Полезная мощность нагрева – 4,5 кВт. Температура воды на входе – 20 °C, на выходе – 30 °C, пара – 92 °C.

Твх = 92 — 20 = 72 °C;

Твых = 92 — 30 = 62 °C;

Тср = (72 — 62)/ Ln (72 / 62) = 67 °C.

Площадь теплообмена:

Sт = 4500 / (67 * 855,6) = 787 см².

Минимальная суммарная площадь сечения труб:

S сеч = 4.5*750/10= 338 мм²;

Выбираем 7-ми трубный холодильник. Площадь сечения одной трубы: 338 / 7 = 48 мм или внутренний диаметр 8 мм. Из стандартного ассортимента труб подходит 10х1 мм (с внутренним диаметром 8 мм).

Внимание! При расчете длины холодильника нужен внешний диаметр – 10 мм.

Определяем длину трубок холодильника:

L= 787 / 3,14 / 1 = 250 см, следовательно, длина одной трубки: 250 / 7 = 36 см.

Проводим уточнение длинны: если корпус холодильника выполнен из трубы с внутренним диаметром 50 мм, то между перегородками должно быть 25 мм.

36 / 2,5 = 14,4.

Следовательно, можно сделать 14 перегородок и получить патрубки ввода-вывода воды в разные стороны, или 15 перегородок и патрубки будут смотреть в одну сторону, также слегка подрастет мощность. Выбираем 15 перегородок и корректируем длину трубок до 37,5 мм.

Чертежи кожухотрубных дефлегматоров и холодильников

Производители не спешат делиться своими чертежами кожухотрубных теплообменников, а домашние мастера не особо в них нуждаются, но всё же некоторые схемы есть в публичном доступе.

Послесловие

Не следует забывать, что всё вышесказанное – теоретический расчет по упрощенной методике. Теплотехнические расчеты намного сложней, но в реальном бытовом диапазоне изменения мощностей нагрева и других параметров методика дает корректные результаты.

На практике коэффициент теплопередачи может оказаться другим. Например, из-за повышенной шероховатости внутренней поверхности труб слой флегмы станет выше расчетного, или холодильник будет расположен не вертикально, а под углом, что изменит его характеристики. Вариантов много.

Расчет позволяет достаточно точно определить размеры теплообменника, проверить как повлияет на характеристики изменение диаметра труб и без лишних затрат отвергнуть все негодные или гарантированно худшие варианты.

Домашний мастер при изготовлении крепких спиртных напитков должен правильно определить желаемый конечный результат. Если мастеру важна скорость и дешевизна оборудования, аппарат будет прост: перегонный куб и холодильник.

Если он хочет получить на выходе максимально качественный продукт, очищенный от сивушных масел и крепостью выше 70 градусов, необходимо использовать различные дополнительные узлы: сухопарник, барботер или дефлегматор.

Дефлегматор — аппарат для дополнительного очищения спиртосодержащего пара. Пар, который при нагреве браги образуется в перегонном кубе, содержит не только спирт, но и более тяжелые примеси сивушных масел и воду. Если пар охладить, эти тяжелые примеси сконденсируются, и этот конденсат называется флегма. Процесс выделения флегмы из пара называется дефлегмацией.

Определение из Толкового словаря иностранных слов под ред. Крысина: «Дефлегма́ция [дэ], и, мн. нет, ж. [нем. Dephlegmation < лат. dē… от…, раз… + греч. phlegma мокрота, влага]. тех. Частичная конденсация смесей различных паров и газов с целью обогащения их низкокипящими компонентами.»

В флегме содержится также некоторое количество спирта, поэтому при различных конструкциях самогонных аппаратов можно обеспечить возврат флегмы в перегонный куб.

Механизм работы (для чего нужен)

Классическая схема самогонного аппарата куб-холодильник превращается в схему куб-дефлегматор-сухопарник-холодильник. Порядок работы системы таков:

• В кубе нагревается брага , из нее испаряются легкие фракции — спирт, сивушные масла, вода.
• Пар охлаждается в дефлегматоре . установленном на кубе. Флегма попадает в куб. где повторно испаряется.
• Сухопарник — пустая емкость , через которую проходит пар. Она нужна, чтобы отделить брызги браги и самый тяжелый конденсат. Дефлегматор можно установить и сюда. тогда флегма будет собираться и утилизироваться.
• Барботер по назначению и конструкции похож на сухопарник, отличие в том, что он устроен так, чтобы пары проходили через воду, охлаждаясь и очищаясь. Если дефлегматор установить на барботер, то барботация пара будет проходить через флегму. а не чистую воду.
• В холодильнике спирт окончательно конденсируется и собирается в жидком виде в приемнике.

Видеообзор стеклянного холодильника:

Где устанавливается?

Дефлегматор также может устанавливаться на емкость сухопарника или барботера. Тогда флегма будет собираться не в кубе, что обеспечит более чистый продукт на выходе, но некоторая часть спирта будет оставаться в флегме. В некоторых источниках дефлегматор путают с сухопарником, но все же это разные приборы.

Дефлегматор устанавливается:

• На перегонном кубе. В этом случае мы получаем подобие ректификационной колонны.
• На сухопарнике. В таком случае его нужно снабдить краником для слива скопившейся жидкости.
• На барботере. Лучше его в этом случае сделать прозрачным, чтобы можно было наблюдать проходящие через флегму пузырьки пара. а также следить за уровнем скопившейся флегмы.

Устройство охладителя для самогонного аппарата:

Для примера рассмотрим дефлегматор Димрота. Это классическое лабораторное оборудование, выполненное, как правило, из термостойкого двойного лабораторного стекла. Представляет собой основную трубку, обвитую змеевиком из стекла. Эта конструкция помещается в колбу, защищающую от механических повреждений.

Основная трубка устанавливается на куб или сухопарник вертикально, чтобы флегма стекала благодаря гравитации вниз. Пар, проходя через основную трубку, охлаждается холодной водой из змеевика. Для подачи и обратки воды змеевик должен быть оборудован штуцерами. Такие системы еще называются кожухотрубными.

Изготавливаем своими руками

В домашнем самогоноварении далеко не все применяют дефлегмацию. Но это приводит к ухудшению качества получаемого алкоголя, или к применению двойной перегонки. К тому же дефлегматор несложно изготовить, и прослужит он довольно долго.

Домашний мастер может изготовить дефлегматор как кожухотрубный, так и рубашечный. В рубашечном дефлегматоре вместо змеевика будет использоваться простая водяная рубашка. В любом случае, чтобы сделать дефлегматор, понадобятся навыки пайки или сварки.

Обратите внимание: При выборе материала для дефлегматора нужно знать, что основная трубка должна быть выполнена из стекла, пищевой нержавеющей стали или меди.

Эти материалы не окисляются и не меняют вкуса получившегося алкоголя. Рубашку или змеевик можно сделать из любых прочих материалов.

Посмотрите видео как сделать простейший холодильник для самогона за 15 минут:

• Кожухотрубный дефлегматор состоит из основной трубки и навитого на нее змеевика. в качестве основной трубки можно использовать простую трубку из нержавейки или меди.
• Длина трубки зависит от объемов производства, для домашнего самогоноварения достаточно дюймовой трубки 25 см. длиной.
• Диаметр можно увеличивать, длину уменьшать.
• Чем тоньше и длиннее трубка, тем дольше будет идти дистилляция, и выше степень очистки.
• Но если дефлегматор будет слишком охлаждать пар, то результата вы не получите совсем — все спирты будут стекать обратно в куб.

Изготовить кожухотрубный дефлегматор легко:

1. На основную трубку навивается медная трубка 6 мм диаметром.
2. Длина навивки — 15 — 20 см.
3. Трубка закрепляется пластиковыми или зажимными хомутами, можно на эту конструкцию надеть подходящий по диаметру поролоновый или пенопластовый утеплитель, который используется для утепления систем отопления.
4. На медную трубку подается вода для охлаждения.
5. Все — дефлегматор готов.

Более эффективный дефлегматор можно сделать из нескольких трубок небольшого диаметра, помещенных рубашку с проточной водой.. В такой конструкции пар имеет большую площадь соприкосновения с холодными стенками, что делает работу дефлегматора эффективнее.

Делается это так:

1. Трубки небольшого диаметра собираются в кассету, которая внешне напоминает барабан револьвера.
2. Если пользоваться этой аналогией, то по гильзам патронов идет пар, а в корпусе барабана циркулирует охлаждающая жидкость.
3. Эта конструкция сложна в изготовлении, для сборки такой конструкции нужно использовать сварку по нержавейке или пайку меди.

Чем заменить?

Если сделать или приобрести дефлегматор проблематично, можно заменить его простейшим барботером.

• Для этого берется простая стеклянная банка (желательно не меньше 1 литра) с закручивающейся крышкой. В крышке просверливаются два отверстия — впускное и выпускное.
• В отверстия вставляются трубки, при этом на впуске трубка опускается практически до самого дна, а выпускная трубка находится у самой крышки.
• Важно тщательно загерметизировать стык трубок и крышки. Для этого можно использовать холодную сварку или пайку.
• В банку наливается около одной трети холодной воды. Механизм работы барботера прост: пар под давлением проходит через трубку, проходит через толщу воды. При этом он охлаждается, сивушные масла конденсируются и растворяются в воде.
• В воде растворяется и часть спирта, но это не проблема: вода при работе нагревается от горячего пара, и спирт повторно испаряется с поверхности банки. Следует учесть, что дефлегматор имеет ряд преимуществ перед барботером, например, возможность регулировки интенсивности процесса дефлегмации.

Посмотрите видео где разбирается китайский охладитель самогона, всегда было интересно из чего его делают на заводе:

Промышленные аппараты

В спиртовой промышленности использование дефлегматоров — обязательное условие. При этом есть различные виды — прямого и обратного действия.

1. Прямого действия — флегма попадает в отдельный резервуар, и больше в процессе не участвует.
2. Обратного — флегма подается в перегонный куб, испаряется снова и снова, испаряя остатки спирта. При этом используются специальные спиртовые ловушки и вентиляционные системы.

Главное назначение дефлегматора — сократить время и количество технологических операций, повысить исходное качество продукции. Дефлегматор разделяет пар на несколько фракций. Пар, проходя через лопасти и радиаторы, закручивается и охлаждается. Управление температурным режимом осуществляется автоматически при помощи датчиков и контроллера.

В итоге после прибора пар содержит в основном спирт и небольшую часть воды — крепость алкоголя может достигать 70-90 градусов.

Заключение

Итак, применение промежуточных холодильников — дефлегматоров — необходимо, если нужно получить более качественный алкоголь с минимальными затратами.

Использование этого прибора обязательно, если качество браги низкое, есть посторонние запахи или чувствуется высокое содержание сивушных масел. При этом простейшие конструкции несложно сделать своими руками, либо заказать у сварщиков-аргонщиков.