Дефлегматор – это часть самогонного аппарата , обеспечивающая получение алкоголя, по качеству более близкого к —водке—, чем к самогону, полученному без него, что не менее важно для полноты картины, скорость перегонки также возрастает.
Принцип работы основан на процессе ректификации – разделении смеси из нескольких жидких веществ на отдельные составляющие.
Существует несколько принципиальных схем, по которым изготовляются узлы для ректификации. Самые простые состоят из нескольких сваренных между собой трубок, более сложные имеют систему охлаждения, но любые из них можно изготовить в бытовых условиях.
Описание
—Устройство самогонного аппарата— может варьироваться от очень простого, состоящего из —перегонного куба—, —холодильника— и —шлангов—, до очень сложного, близкого по структуре к промышленной установке.
Дефлегматор относится к дополнительным агрегатам , призванным улучшить процесс перегонки и качество конечного продукта – самогона.
Обычно располагается непосредственно над перегонным кубом и может входить в состав —ректификационной колоны—.
Самая простая конструкция – пленочная – состоит из вертикальной трубки, более сложные виды имеют увеличенную площадь конденсации, а также дополняются охладительной системой, усиливающей и контролирующей процесс разделения жидкости на составляющие.
Назначение
Устройство обеспечивает протекание процесса ректификации , который в отличие от дистилляции, где жидкость после испарения просто конденсируется, заключается в многократном переиспарении конденсата и одновременном газо-жидкостном обмене между ним и поднимающимся паром.
После чего конденсат стекает в перегонный куб и вновь испаряется, процесс продолжается циклично. За счет этого спирт отделяется от ненужных примесей гораздо эффективнее.
Таким образом, дефлегматор в самогонном аппарате нужен для протекания процесса ректификации, существенно улучшающего вкусо-ароматические свойства самогона, его крепость и чистоту, чего нельзя добиться одной дистилляцией.
Устройство и принципы работы дефлегматора в самогонном аппарате
Для обеспечения минимальной ректификации над перегонным кубом достаточно установить высокую трубку с запаянным верхом и выходом для пара возле него.
Устройство дефлегматора для самогонного аппарата такого типа называется пленочным. К другому типу относятся узлы, оборудованные дополнительными плоскостями, например внутренними ребрами, увеличивающими площадь конденсации, а также водяным охлаждением для контроля над процессом ректификации.
В таком случае в конструкции обязательно присутствует —термометр—, по показаниям которого и регулируется подача воды.
Производительность самогонных аппаратов, оснащенных ректификационным узлом с системой охлаждения значительно выше, а среди всех вариантов конструкций этого типа выделяется «модель Димрота».
Ее относительная простота и эффективность, не многим уступающая полноценной ректификационной колоне, ставит ее на первое место в домашнем самогоноварении.
Суть процесса ректификации
Брага является раствором множества отдельных веществ: спирта, воды, сивушных масел и прочих примесей. Каждое из них имеет разную температуру кипения и испарения.
Дефлегматор для самогонного аппарата устроен таким образом, что пар, попав в него, охлаждается до определенной температуры – 78 С градусов в идеале, в таких условиях испаренные примеси и сивушные масла, имеющие более высокую температуру кипения, не могут поддерживать газообразное состояние, как результат они начинают конденсироваться на стенках.
А очищенный пар, состоящий теперь в основном из спирта и воды, проходит в выходное отверстие вверху дальше по системе.
Знаете ли вы? Зачастую дефлегматор путают с —сухопарником—, который хотя и выполняет часть его задач, но не обеспечивает полноценную ректификацию из-за отсутствия циклического переиспарения. Кроме того, сухопарник выполняет предохранительную функцию при всплеске браги.
Как сделать своими руками
Пленочный с охлаждением
Улучшенная версия самой простой конструкции. Состоит из двух труб: меньшего и большего диаметра, первая вставляется и заваривается внутри второй, в стенках которой делается два отверстия – одно внизу и одно вверху под подачу и выход воды соответственно.
Конструкция устанавливается над перегонным кубом. В центральную полость попадают пары из куба и, частично конденсируясь на охлажденных стенках, стекают обратно, где вновь испаряются.
Наружная часть – это водяная рубашка, внутри которой циркулирует вода, обеспечивающая охлаждение, а интенсивность ее подачи дает возможность контролировать процесс ректификации. Сделать такой самогонный аппарат с дефлегматором можно, используя несложный чертеж.
Модель Димрота
Конструкция состоит из двух трубок, первая выполняет роль корпуса, внутри которого находится пар из куба.
Из второй сворачивается спираль, по которой будет циркулировать вода, при этом между спиралью и корпусом должен оставаться зазор.
Узел устанавливается сразу над перегонным кубом. Эта очень простая конструкция имеет более высокую эффективность, чем пленочная, отчасти из-за того, что конденсационная поверхность находится в центре, а не по краю устройства.
Небольшое резюме
Изучив все детали и разобравшись в том, как работает дефлегматор в самогонном аппарате, можно с уверенностью сказать, что польза от его использования несравнима с ресурсами, необходимыми для его создания. Особого внимания заслуживает холодильник Димрота, сочетающий высокую эффективность с простой конструкцией. Ректифицированный самогон – продукт совершенно другого уровня, и это относится как к вкусо-ароматическим свойствам напитка, так и к содержанию сивушных масел и других примесей.
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:
- На основную трубку навивается медная трубка 6 мм диаметром.
- Длина навивки — 15 — 20 см.
- Трубка закрепляется пластиковыми или зажимными хомутами, можно на эту конструкцию надеть подходящий по диаметру поролоновый или пенопластовый утеплитель, который используется для утепления систем отопления.
- На медную трубку подается вода для охлаждения.
- 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:
- Трубки небольшого диаметра собираются в кассету, которая внешне напоминает барабан револьвера.
- Если пользоваться этой аналогией, то по гильзам патронов идет пар, а в корпусе барабана циркулирует охлаждающая жидкость.
- 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.
- Прямого действия — флегма попадает в отдельный резервуар, и больше в процессе не участвует.
- 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.
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:
- Улучшить вкусовые качества домашнего алкоголя, устранить неприятный запах и привкус, а также оказать влияние на крепость самогона.
- Избежать проникновения мельчайших частиц кипящей браги в спиртосодержащие пары, что значительно влияет на качество и вкус. Такая защита позволяет не проводить повторную дистилляцию.
- Отделяет головы и хвосты, их отсутствие намного повышает конечный продукт.
- 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.
- Испаряющийся спирт попадает в сухопарник, в котором сохраняется температура кипения спирта. Другие примеси конденсируются на стенки устройства и стекают в его нижнюю часть.
- Очищенные пары продолжают движение к охладителю и превращаются в нем в крепкий напиток хорошего качества.
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:
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:
- 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.
- Если устройство сделано в заводских условиях из качественной пищевой стали, то дистиллят не требуется очищать ни механическими способами, ни тем более химическими веществами.
- Когда дефлегматор вмонтирован в колонну, то на выходе винокур получает напиток высшего качества с крепостью 96%.
- Применение сухопарников в самогонных аппаратах позволит эффективно очистить самогон, никакие химические способы такого уровня очистки не могут обеспечить.
- Дефлегматор по своей сути - это непреодолимый барьер для мелких брызг кипящей основы, из которой перегоняется дистиллят, его использование гарантирует, что вторая перегонка отпадает полностью.
- 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.
Прогресс производства и усовершенствования не стоит на месте. Постоянно изготавливаются разные модификации и дополнения, помогающие делать домашний алкоголь более чистым и качественным.
Одно из таких устройств называется дефлегматор для самогонного аппарата. В этой статье подробнее поговорим об этом приборе, о его типах, о том как его сделать своими руками.
Это устройство предназначено для дополнительной очистки и увеличения крепости дистиллята. Оно представляет собой подобие .
Принцип работы
Благодаря дефлегматору, при отборе первичной фракции весь спирт остается в перегонном кубе, а вредные соединения выходят практически без содержания спирта.
Флегма испаряясь, поднимается и концентрируется, а затем снова стекает в перегонный куб. Этот процесс повторяется снова и снова.
Самогонный аппарат с дефлегматором
Прибор располагается вертикально, крепится по-разному, в зависимости от конструкции. Необходим подвод холодной воды, т.к. для процесса дефлегмации требуется непрерывное охлаждение . Такие дополнения как менее эффективны в сравнении с дефлегматором, хотя по сути они выполняют похожие функции.
Кстати! За один перегон этот прибор выполняет больше работы, чем сухопарник за несколько дистилляций.
Какими они могут быть?
В основном, эти устройства выполняются из стекла и нержавеющей стали .
Холодильники Димрота, присутствующие в конструкции дефлегматора, делаются с использованием медной трубки. На простых самогонных аппаратах обычно устанавливаются приборы, сделанные из стекла.
Как сделать в домашних условиях?
Сделать такое устройство без специального оборудования будет довольно проблематично. Но если приобрести некоторые составные части, то дополнить свой самогонный аппарат этой модификацией не составит труда.
Трубка из стекла
Или елочный дефлегматор. Представляет собой длинную (40см) стеклянную трубку, со множеством обтекателей внутри. Она герметично соединяется со стеклянной колбой, на которой и установлена. Сверху расположен переходник, который проводит пары спирта далее к холодильнику.
Термос
Прибор можно сделать из обычного термоса, разобрав его. Сначала аккуратно снимается дно термоса, чтобы колба, которая находится внутри, не повредилась. Для этого необходимо припаять скобу из металла к предварительно зачищенному дну.
К ней прикручивается проволока или стальной трос, а оставшийся конец закрепляется. После этого термос нужно дернуть силой на себя. Предварительный нагрев горелкой облегчит этот процесс.
Лучше и даже дешевле будет приобрести готовую модель, которая подходит под конкретную модель самогонного аппарата (читайте: ). Большинство опытных винокуров отдает предпочтение конструкции Димрота , т.к. она наиболее удобна в работе и проста в установке.
Полезные видео
Как устроен елочный дефлегматор, как им пользоваться, как с ним , смотрим.
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.
Кожухотрубный дефлегматор 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.
| Наименование | Толщина слоя h, м | Удельная теплопроводность λ, Вт/(м*К) | Термическое сопротивление R, (м 2 К)/Вт |
| Зона контакта металла с водой (R1) | 0,00001 | ||
| 0,001 | 17 | 0,00006 | |
| Флегма (средняя толщина пленки в зоне конденсации для дефлегматора 0,5 мм, для холодильника – 0,8 мм), (R3) | 0,0005 | 1 | 0,0005 |
| 0,0001 | |||
| 0,00067 | |||
| 1493 |
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.
| Наименование | Толщина слоя h, м | Удельная теплопроводность λ, Вт/(м*К) | Термическое сопротивление R, (м 2 К)/Вт |
| Зона контакта металла с водой, (R1) | 0,00001 | ||
| Металл трубок (нержавейка λ=17, медь – 400), (R2) | 0,001 | 17 | 0,00006 |
| Флегма, (R3) | 0,0008 | 1 | 0,001 |
| Зона контакта металла с паром, (R4) | 0,0001 | ||
| Суммарное термическое сопротивление, (Rs) | 0,00117 | ||
| Коэффициент теплопередачи, (К) | 855,6 |
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.