Die Theorie der Alkoholrektifikation und das Funktionsprinzip der Destillationskolonne

Der Zweck des Artikels ist es, die theoretischen und einige praktische Aspekte der Arbeit der inländischen Destillationskolonne zu analysieren, die darauf abzielt, Ethylalkohol zu erhalten, und auch die gebräuchlichsten Mythen im Internet zu zerstreuen und die Momente zu klären, in denen Verkäufer von Ausrüstung "schweigen".

Bei der Alkoholrektifikation handelt es sich um die Abtrennung eines mehrkomponenten Alkohol enthaltenden Gemisches in reine Fraktionen (Ethyl- und Methylalkohole, Wasser, Fuselöle, Aldehyde und andere) mit unterschiedlichen Siedepunkten durch mehrfaches Verdampfen von Flüssigkeit und Kondensation von Wasserdampf an Kontaktvorrichtungen (Platten oder Düsen) in speziellen Gegenstromtürmen Apparat.

Physikalisch gesehen ist eine Rektifikation möglich, da zunächst die Konzentration der einzelnen Komponenten des Gemisches in der Dampf- und Flüssigphase unterschiedlich ist, aber das System zum Gleichgewichtszustand neigt - der gleiche Druck, Temperatur und Konzentration aller Substanzen in jeder Phase. Beim Kontakt mit der Flüssigkeit wird der Dampf mit flüchtigen (niedrig siedenden) Komponenten angereichert, die wiederum die Flüssigkeit - mit nichtflüchtigen (hochsiedenden) Komponenten. Gleichzeitig mit der Anreicherung wird Wärme ausgetauscht.

Der Moment der Berührung (Wechselwirkung von Strömungen) von Dampf und Flüssigkeit wird als Wärme- und Stoffübertragungsprozess bezeichnet.

Aufgrund der unterschiedlichen Bewegungsrichtungen (der Dampf steigt nach oben und die Flüssigkeit fließt nach unten) können nach Erreichen des Gleichgewichtssystems am Kopf der Destillationskolonne die praktisch reinen Komponenten, die Teil der Mischung waren, getrennt werden. Zunächst entstehen Substanzen mit niedrigerem Siedepunkt (Aldehyde, Ether und Alkohole), dann mit hohen (Fuselölen).

Gleichgewichtszustand. Erscheint an der Grenze der Phasentrennung. Wird nur erreicht, wenn beide Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:

1. Gleicher Druck von jeder einzelnen Komponente des Gemisches.
2. Die Temperatur und die Konzentration der Substanzen in beiden Phasen (Dampf und Flüssigkeit) sind gleich.

Je öfter das System ins Gleichgewicht kommt, desto effizienter ist der Wärme- und Stoffaustausch und die Trennung der Mischung in einzelne Komponenten.

Der Unterschied zwischen Destillation und Rektifikation

Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, ist es möglich, aus 10% iger Alkohollösung (Berg) 40% Moonshine zu erhalten, und bei der zweiten Destillation dieses Gemisches ein 60-Grad-Destillat zu hinterlassen, bei dem dritten - 70%. Folgende Intervalle sind möglich: 10-40; 40-60; 60-70; 70-75 und so weiter auf maximal 96%.

Theoretisch werden, um reinen Alkohol zu erhalten, 9 bis 10 aufeinanderfolgende Destillationen auf der Brühvorrichtung benötigt. In der Praxis ist die Destillation alkoholhaltiger Flüssigkeiten mit einer Konzentration von mehr als 20-30% explosiv, außerdem ist sie aufgrund des hohen Energie- und Zeitaufwands wirtschaftlich unrentabel.

Unter diesem Gesichtspunkt ist die Destillation von Alkohol ein Minimum von 9 bis 10 simultanen, schrittweisen Destillationen, die an verschiedenen Kontaktelementen der Kolonne (Düsen oder Böden) über die gesamte Höhe auftreten.

Unterscheidung	Destillation	Berichtigung
Organoleptisches Getränk	Bewahrt Aroma und Geschmack der Rohstoffe.	Es stellt sich reiner Alkohol ohne Geruch und Geschmack heraus (das Problem hat eine Lösung).
Steckdose Stärke	Abhängig von der Menge an Destillation und Design des Geräts (in der Regel 40-65%).	Bis zu 96%.
Trenngrad in Fraktionen	Geringe, Substanzen mit unterschiedlichen Siedetemperaturen werden gemischt, es ist unmöglich, dies zu beheben.	Hoch können Sie reine Substanzen identifizieren (nur mit unterschiedlichen Siedepunkten).
Fähigkeit, schädliche Substanzen zu reinigen	Niedrig oder mittel. Um die Qualität zu verbessern, werden mindestens zwei Destillationen mit einer Aufteilung in Fraktionen, mindestens für eine von ihnen, benötigt.	Mit dem richtigen Ansatz werden alle schädlichen Substanzen abgeschnitten.
Verlust von Alkohol	Hoch. Selbst mit dem richtigen Ansatz ist es möglich, bis zu 80% der Gesamtmenge zu extrahieren, während eine akzeptable Qualität beibehalten wird.	Niedrig. Theoretisch ist es realistisch, den gesamten Ethylalkohol ohne Qualitätsverlust zu extrahieren. In der Praxis ein Minimum von 1-3% Verlust.
Die Komplexität der Technologie für den Verkauf zu Hause	Niedrig und mittel. Selbst das primitivste Gerät mit einer Spule ist geeignet. Mögliche Verbesserungen der Ausrüstung. Die Technologie der Destillation ist einfach und verständlich. Das samogone Gerät benötigt normalerweise nicht viel Platz in der Arbeitsordnung.	Hoch. Es wird eine spezielle Ausrüstung benötigt, die ohne Wissen und Erfahrung nicht hergestellt werden kann. Der Prozess ist schwieriger zu verstehen, wir brauchen vorläufige, zumindest theoretische Vorbereitung. Die Spalte benötigt mehr Platz (besonders in der Höhe).
Gefahr (im Vergleich zueinander), beide Prozesse sind Feuer und Sprengstoff.	Aufgrund der Einfachheit der hausgemachten Maschine ist die Destillation etwas sicherer (subjektive Meinung des Autors des Artikels).	Aufgrund von komplexen Geräten, bei denen die Gefahr besteht, dass mehr Fehler zugelassen werden, ist eine Behebung gefährlicher.

Arbeit der Destillationskolonne

Die Rektifikationskolonne ist eine Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, eine mehrkomponentige flüssige Mischung je nach Siedepunkt in getrennte Fraktionen zu trennen. Es ist ein Zylinder mit konstantem oder variablem Querschnitt, in dem sich Kontaktelemente - Platten oder Düsen befinden.

Fast jede Kolonne verfügt über Hilfseinheiten zur Zuführung der Rohmischung (Rohbenzin), zur Steuerung des Rektifikationsprozesses (Thermometer, Automatisierung) und zur Destillatextraktion - das Modul, in dem der Dampf einer bestimmten Substanz aus dem System kondensiert und dann entnommen wird.

Rohspiritus ist ein Destillationsprodukt durch klassische Destillation, das in die Destillationskolonne "gegossen" werden kann. In der Tat ist es Mondschein mit einer Stärke von 35-45 Grad.

Flegma - kondensiert im Dephlegmatordampf und fließt die Säulenwände hinunter.

Das Rückflußverhältnis ist das Verhältnis der Rückflußmenge zum Gewicht des zu extrahierenden Destillats. In einer Alkoholdestillationskolonne gibt es drei Ströme: Dampf, Rückfluss und Destillat (Endziel). Zu Beginn des Verfahrens wird das Destillat nicht ausgewählt, so dass in der Kolonne ein ausreichender Rückfluss für den Wärme- und Stoffaustausch auftritt. Dann wird ein Teil der Alkoholdämpfe kondensiert und aus der Säule entnommen, und die verbleibenden Alkoholdämpfe erzeugen weiterhin einen Rückflußstrom, der einen normalen Betrieb gewährleistet.

Bei den meisten Installationen sollte das Rücklaufverhältnis mindestens 3 betragen, dh 25% des Destillats werden entnommen, der Rest wird in der Säule zur Berieselung der Kontaktelemente benötigt. Die allgemeine Regel: Je langsamer die Alkoholauswahl, desto höher die Qualität.

Kontaktvorrichtungen der Destillationskolonne (Platten und Düsen)

Verantwortlich für mehrfache und gleichzeitige Trennung der Mischung in Flüssigkeit und Dampf, gefolgt von der Kondensation von Dampf in eine Flüssigkeit - die Erreichung eines Gleichgewichtszustandes in der Kolonne. Wenn alle anderen Dinge gleich sind, je mehr Kontaktvorrichtungen gebaut werden, desto effektiver ist die Rektifikation im Hinblick auf die Reinigung von Alkohol, da die Wechselwirkungsoberfläche der Phasen zunimmt, was den gesamten Wärme- und Massenaustausch verstärkt.

Eine theoretische Platte ist ein Zyklus eines Austritts aus einem Gleichgewichtszustand mit seiner wiederholten Leistung. Um eine hochwertige Alkoholqualität zu erreichen, sind mindestens 25 bis 30 theoretische Trennstufen erforderlich.

Eine physische Platte ist ein wirklich funktionierendes Gerät. Dampf tritt durch eine Flüssigkeitsschicht in einer Platte in Form einer Vielzahl von Blasen, die eine große Kontaktfläche bilden. In einem klassischen Design stellt eine physikalische Platte etwa die Hälfte der Bedingungen zum Erreichen eines einzelnen Gleichgewichtszustands bereit. Folglich sind für einen normalen Betrieb der Destillationskolonne doppelt so viele physikalische Platten erforderlich wie im Vergleich zu dem theoretischen (berechneten) Minimum von 50 bis 60 Teilen.

Düsen. Oft sind die Platten nur auf Industrieanlagen platziert. In Labor- und Haushaltsdestillationskolonnen werden die Kontaktelemente als Aufsätze verwendet - speziell verdrillte Kupfer- (oder Stahl-) Drähte oder Spülgitter. In diesem Fall fließt der Schleim über die gesamte Oberfläche der Düse eine dünne Rinnsal hinunter und sorgt für die maximale Kontaktfläche mit dem Dampf.

Es gibt viele Konstruktionen. Der Mangel an selbstgemachten Drahtdüsen - mögliche Beschädigung des Materials (Schwärzung, Rosten), Fabrik Analoga sind ähnlichen Problemen beraubt.

Eigenschaften der Destillationskolonne

Material und Abmessungen. Der Zylinder der Säule, der Düsen, des Würfels und der Destillierapparate muss aus lebensmittelechter, rostfreier, bei Erwärmung (gleichmäßig expandierter) Legierung sicherer Legierung bestehen. In hausgemachten Designs werden Dosen und Schnellkochtöpfe oft als Würfel verwendet.

Die Mindestlänge des Rohres der häuslichen Destillationskolonne beträgt 120-150 cm, der Durchmesser beträgt 30-40 mm.

Heizsystem. Bei der Rektifikation ist es sehr wichtig, die Heizleistung zu regeln und schnell einzustellen. Die erfolgreichste Lösung ist daher die Erwärmung mittels TETs im unteren Teil des Würfels. Die Wärmezufuhr durch den Gasherd wird nicht empfohlen, da der Temperaturbereich nicht schnell geändert werden kann (hohe Trägheit des Systems).

Prozesskontrolle. Bei der Rektifikation ist es wichtig, die Anweisungen des Säulenherstellers zu befolgen, in denen die Betriebseigenschaften, die Heizleistung, das Rücklaufverhältnis und die Modellleistung unbedingt angegeben sind.

Es ist sehr schwierig, den Prozess der Rektifikation ohne zwei einfache Geräte zu kontrollieren - ein Thermometer (es hilft, den richtigen Grad des Erhitzens festzustellen) und ein Alkoholometer (misst die Stärke des gewonnenen Alkohols).

Produktivität. Es hängt nicht von der Größe der Säule ab, denn je höher der König (Rohr), desto mehr physische Platten sind innen, daher ist die Qualität besser. Die Leistung wird durch die Heizleistung beeinflusst, die die Geschwindigkeit des Dampf- und Rückflusses bestimmt. Aber mit einem Überschuss an zugeführter Leistung drosselt die Säule (hört auf zu arbeiten).

Die durchschnittliche Leistung von Haushaltsdestillationskolonnen beträgt 1 Liter pro Stunde bei einer Heizleistung von 1 kW.

Einfluss des Drucks. Der Siedepunkt von Flüssigkeiten hängt vom Druck ab. Für eine erfolgreiche Rektifikation von Alkohol sollte der Druck am Kopf der Kolonne dem Atmosphärendruck angenähert werden - 720-780 mm Hg. Andernfalls, wenn der Druck abnimmt, nimmt die Dampfdichte ab und die Verdampfungsrate erhöht sich, was ein Überfluten der Säule verursachen kann. Wenn der Druck zu hoch ist, nimmt die Verdampfungsrate ab, was den Betrieb der Vorrichtung ineffizient macht (es gibt keine Trennung der Mischung in Fraktionen). Um den richtigen Druck aufrechtzuerhalten, ist jede Alkoholrektifikationskolonne mit einem Verbindungsrohr mit der Atmosphäre ausgestattet.

Auf die Möglichkeit der selbstgemachten Montage. Theoretisch ist die Destillationskolonne keine sehr komplizierte Vorrichtung. Konstruktionen werden von Handwerkern zu Hause erfolgreich umgesetzt.

In der Praxis jedoch, ohne das Verständnis der physikalischen Grundlagen des Rektifikationsprozesses, die korrekte Berechnung der Parameter der Ausrüstung, die Auswahl der Materialien und die qualitative Montage der Einheiten, wird die Verwendung einer selbstgebauten Rektifikationskolonne zu einer gefährlichen Beschäftigung. Selbst ein Fehler kann zu Feuer, Explosion oder Verbrennungen führen.

Im Hinblick auf die Sicherheit sind die letzten getesteten (haben die Dokumentation) Fabrikspalten zuverlässiger, zusätzlich werden sie mit Anweisungen geliefert (sollten detailliert sein). Das Risiko einer kritischen Situation wird nur auf zwei Faktoren reduziert - ordnungsgemäße Montage und Bedienung gemäß den Anweisungen, aber dies ist ein Problem von fast allen Haushaltsgeräten, nicht nur Säulen oder Mondscheinmaschinen.

Funktionsprinzip der Destillationskolonne

Der Würfel ist mit maximal 2/3 des Volumens gefüllt. Vor dem Einschalten der Anlage ist unbedingt die Dichtigkeit der Anschlüsse und Aggregate zu überprüfen, die Destillatabsaugung zu schließen und Kühlwasser zuzuführen. Erst danach können Sie mit dem Heizen beginnen.

Die optimale Stärke der alkoholhaltigen Mischung, die der Kolonne zugeführt wird, beträgt 35-45%. Das heißt, in jedem Fall ist eine Destillation des Brag vor der Rektifikation erforderlich. Das resultierende Produkt (Rohalkohol) wird dann auf einer Säule verarbeitet, wobei fast reiner Alkohol erhalten wird.

Dies bedeutet, dass die Haushaltsdestillationskolonne keinen vollständigen Ersatz der klassischen Brauvorrichtung (Destillateur) darstellt und nur als zusätzlicher Reinigungsschritt angesehen werden kann, der die wiederholte Destillation (zweite Destillation) qualitativ ersetzt, aber die organoleptischen Eigenschaften des Getränks ausgleicht.

Aus Gründen der Gerechtigkeit stelle ich fest, dass die meisten modernen Modelle von Rektifikationskolonnen den Betrieb in der Art der Brühvorrichtung übernehmen. Für den Übergang zur Destillation müssen Sie nur die Verbindung zur Atmosphäre schließen und die Destillatauswahleinheit öffnen.

Wenn beide Armaturen gleichzeitig geschlossen sind, kann die beheizte Säule durch Überdruck explodieren! Mache solche Fehler nicht!

In industriellen kontinuierlichen Anlagen werden Brags oft auf einmal destilliert, aber dies ist aufgrund der gigantischen Dimensionen und Konstruktionsmerkmale möglich. Zum Beispiel ist der Standard ein Rohr 80 Meter hoch und 6 Meter im Durchmesser, der in Zeiten mehr Kontaktelemente als auf Rektifikationssäulen für das Haus gesetzt wird.

Nach dem Einschalten wird die Flüssigkeit im Würfel durch die Heizung zum Kochen gebracht. Der entstehende Dampf steigt die Kolonne auf, dann gelangt er in den Rückflußkühler, wo er kondensiert (Rückfluß erscheint) und auf dem Weg zurück zum Boden der Kolonne entlang der Wände des Rohres zurückkehrt und den aufsteigenden Dampf auf Platten oder Düsen berührt. Unter der Wirkung des Heizers wird der Schleim wieder zu Dampf und der Dampf wird erneut durch den Rückflußkühler kondensiert. Der Prozess wird zyklisch, beide Ströme stehen ständig in Kontakt miteinander.

Nach der Stabilisierung (Dampf und Rückfluß sind ausreichend für den Gleichgewichtszustand) sammeln sich am untersten Ende der Kolonne saubere (geteilte) Fraktionen mit dem niedrigsten Siedepunkt (Methylalkohol, Acetaldehyd, Ether, Ethylalkohol) und am tiefsten (Fuselöl) an. Während des Auswahlverfahrens steigen die unteren Fraktionen allmählich die Säule hinauf.

In den meisten Fällen ist eine Spalte stabil, in der sich die Temperatur für 10 Minuten nicht ändert (die gesamte Aufwärmzeit beträgt 20-60 Minuten). Bis zu diesem Punkt arbeitet das Gerät "auf sich selbst" und erzeugt Dampfströme und Rückfluss, die dazu neigen, auszugleichen. Nach der Stabilisierung beginnt die Auswahl der Kopffraktion, die Schadstoffe enthält: Ester, Aldehyde und Methylalkohol.

Die Rektifikationskolonne beseitigt nicht die Notwendigkeit, die Ausgabe in Bruchteile zu teilen. Wie im Falle einer herkömmlichen selbstgebrauten Vorrichtung ist es notwendig, "Kopf", "Körper" und "Schwanz" zu sammeln. Der einzige Unterschied ist die Sauberkeit des Ausgangs. Bei der Rektifikation werden die Fraktionen nicht "geschmiert" - Substanzen mit einem nahen, aber mindestens einem Zehntelgrad, schneiden sich nicht mit unterschiedlichen Siedepunkten, so dass bei der Auswahl des "Körpers" fast reiner Alkohol erhalten wird. Während der gewöhnlichen Destillation ist es unmöglich, den Ausstoß physikalisch in Fraktionen, die nur aus einer Substanz bestehen, zu trennen, unabhängig davon, für welches Design er verwendet wurde.

Wenn die Spalte auf den optimalen Betriebsmodus eingestellt ist, treten bei der Auswahl des "Körpers" keine Schwierigkeiten auf, da die Temperatur die ganze Zeit stabil ist.

Die unteren Fraktionen ("Schwänze") werden bei der Rektifikation nach Temperatur oder Geruch ausgewählt, enthalten aber im Gegensatz zur Destillation keinen Alkohol.

Alkoholische organoleptische Eigenschaften zurückgeben. Häufig werden "Schwänze" benötigt, um die Geist-Berichtigungs "Seele" - das Aroma und den Geschmack der Rohmaterialien, zum Beispiel Apfel oder Trauben - zurückzugeben. Nach Beendigung des Verfahrens wird dem reinen Alkohol eine bestimmte Menge an gesammelten Schwanzfraktionen zugesetzt. Die Konzentration wird empirisch berechnet, wobei mit einer kleinen Menge des Produkts experimentiert wird.

Der Vorteil der Rektifikation liegt in der Fähigkeit, nahezu den gesamten in der Flüssigkeit enthaltenen Alkohol zu extrahieren, ohne seine Qualität zu verlieren. Dies bedeutet, dass die "Köpfe" und "Schwänze", die an der Brühmaschine erhalten werden, auf einer Destillationskolonne verarbeitet werden können und Ethylalkohol erhalten, der für die Gesundheit sicher ist.

Überschwemmung einer Destillationskolonne

Jede Konstruktion hat eine begrenzende Dampfgeschwindigkeit, wonach der Rückfluss in den Würfel zuerst langsamer wird und dann vollständig stoppt. Die Flüssigkeit sammelt sich im Destillationsteil der Kolonne an und es kommt zu einem "Fluten" - der Beendigung des Wärme- und Stoffaustauschprozesses. Drinnen gibt es einen starken Druckabfall, es gibt Nebengeräusche oder Gurgeln.

Gründe für das Fluten der Destillationskolonne:

• Überschreitung der zulässigen Heizleistung (am häufigsten);
• verstopft den Boden des Geräts und den Überlauf des Würfels;
• sehr niedriger Luftdruck (typisch für hohe Berge);
• die Spannung im Netzwerk liegt über 220V - als Folge erhöht sich die Leistung der Heizungen;
• Designfehler und Fehlfunktionen.