От дистилляции к ректификации с автоматикой, простыми словами.
О дистилляции.
В изготовлении домашних спиртных напитков одним из наиболее распространенных способов является дистилляция. Это перегонка (однократная, двойная, тройная) браги с последующим охлаждением и конденсацией спиртовых паров с частичным отбором вредных примесей ("голов", "хвостов").
Схема простого дистилляционного аппарата.
При помощи дистилляции получают такие напитки как ром, виски, коньяк, кальвадос, текила, сливовица и другие фруктовые бренди. Их получают при перегонке ароматного зернового, фруктового и иного сырья. Данные ароматные напитки — дистилляты обладают определенным вкусом и запахом, хоть и имеют ряд примесей. В ароматных напитках вкусовая составляющая превалирует над количеством примесей, содержащихся в них.
В связи с малой доступностью фруктового сырья в средней полосе России, со сложностью перегонки зерновых браг и из-за особенностей оборудования, многие самогонщики используют в качестве сырья для производства напитков сахар. Из сахарного сырья трудно получить путем дистилляции напиток для наслаждения его вкусом, даже путем двойной (тройной) перегонки и различных очисток.
О ректификации.
При дистилляции вместе со спиртом испаряются и могут попасть в конечный продукт множество различных вредных примесей. Устранить недостатки дистилляции можно ректификацией в ректификационной колонне. Ректификационная колонна позволяет качественно разделить спирт-сырец на фракции и получить спирт-ректификат с минимальным содержанием вредных примесей. Спирт-ректификат в дальнейшем используют как основу для получения домашних напитков (ароматные водки, настойки, наливки, джины и прочие), в которых важно передать вкус используемого сырья (ягоды, фрукты, травы), а не спирта с примесями.
Основные компоненты ректификационной колонны.
Куб — в него заливается спирт-сырец после дистилляции, подводится тепловая энергия, нагревается и содержимое куба испаряется. Пары поступают в ректификационную колонну, по которой поднимаются.
Колонна — может быть разной конструкции (тарельчатые, колпачковые, насадочные), но задача у всех одна — это взаимодействие поднимающегося пара и возвращаемой флегмы.
Узел отбора — нужен для распределения возвращаемой флегмы обратно в колонну и в отбор готового продукта.
Дефлегматор — охлаждает дошедшие до него пары (обычно холодной проточной водой), пары конденсируются и стекают в узел отбора. Жидкость, стекающую с дефлегматора называют флегмой.
Что происходит в ректификационной колонне.
В результате нагрева, из испарительного куба пары поднимаются по ректификационной колонне и доходят до дефлегматора. В дефлегматоре пары конденсируются, стекают в узел отбора. Здесь флегма частично отбирается в приемную тару, а большая её часть возвращается в колонну. Возвращенная флегма растекается на контактных элементах. По всей поверхности контактных элементов происходит взаимодействие стекающей охлажденной флегмы и восходящих паров. В результате этих процессов (не сильно углубляясь) в верхней части колонны концентрируются низкокипящие фракции, а в нижней высококипящие фракции. По высоте колонны устанавливается градиент температур, в нижней части — наибольшая температура, в верхней — наименьшая.
Для начала ректификации необходим прогрев и работа «на себя», когда вся флегма поступает обратно в колонну. Через некоторое время (обычно в течение 30-40 минут) работы «на себя» наступает равновесие, устанавливается стабильный градиент температуры. По высоте колонны, образно говоря, фракции располагаются "по полочкам". Температура и состав веществ по высоте колонны стабилизируются.
В процессе ректификации важно поддержание равновесия, чтобы отбор спирта не превышал скорость пополнения колонны спиртовыми парами из куба. Если отбирать спирт слишком быстро, высококипящие примеси из низа колонны начинают продвигаться вверх и попадают в отбор продукта, ухудшая его качество. Для того чтобы предотвратить это надо выдерживать определенное соотношение количества отбираемого продукта и количества возвращенного в колонну для орошения насадки. Это соотношение называют флегмовым числом. Опытным и расчетным путем определено минимально достаточное число для ректификации - 4. Это означает, что 4 части возвращаются для орошения насадки, а одна часть отбирается в качестве продукта.
Для поддержания этого равновесия есть два пути:
1 - восполнить недостаток поступления спирта в колонну увеличением мощности нагрева – путь непопулярный, трудный и тупиковый для домашних ректификаторов;
2 - поддерживать уровень флегмового числа уменьшением количества отбираемого продукта – это более понятный и разумный путь.
Управление отбором по температуре в колонне.
В домашней ректификации для контроля процессов в ректификационной колонне устанавливается термометр. Когда хвостовые фракции начали движение вверх, повышается температура в точке измерения, это является сигналом к уменьшению отбора и необходимости повысить возврат флегмы в колонну для достаточного орошения. Устройства, позволяющие уменьшить отбор продукта могут быть различные – зажим Гофмана, игольчатые краны, иглы от медицинских шприцов, лифтовые устройства для регулировки уровня трубки отбора. Все это позволяет поддерживать состояние колонны на должном уровне и не ухудшать качество отбираемого продукта до разумных пределов. Однако это требует постоянного присутствия оператора для контроля температуры и ручного управления отбором. Ректификация — процесс длительный, поэтому ручное управление очень утомительное и не практичное занятие.
Автоматическое управление отбором.
Для того чтобы постоянно контролировать изменение температуры в колонне, и своевременно остановить подход "хвостов" используют контроллер узла отбора. Задача контроллера простая — зафиксировать температуру равновесного состояния и остановить отбор в случае повышения температуры выше заданного порога. После возвращения к заданной температуре - продолжить отбор с уменьшенной скоростью. Алгоритм простой, понятный и надежный, проверен сообществом ректификаторов в течение многих лет.
Анимацию процессов, можно посмотреть на этом коротком 20-секундном ролике https://youtu.be/T8J82oSmBic
Автоматизация отбора контроллером SSVC0059.
В ходе консультаций с экспертами в области ректификации и авторитетными членами сообщества домашних винокуров был разработан контроллер узла отбора SSVC0059. В нем реализован как наиболее важный алгоритм для отбора «тела», так и два других алгоритма для отбора "голов" и "хвостов". Скорость отбора регулируется соотношением открытого и закрытого состояния электромагнитного клапана (нормально закрытого), температура измеряется цифровым датчиком температуры DS18B20.При разработке контроллера SSVC0059 были решены проблемы, присутствующие в существующих решениях автоматики отбора: низкая помехозащищенность, необходимость самостоятельно паять/выпаивать, сложность в управлении, ненадежность, неудобство монтажа, отсутствие дружелюбного интерфейса.
Особо стоит отметить про дружелюбный интерфейс контроллера — он имеет полностью русский интерфейс с подсказками. Вся необходимая информация на экране. При необходимости можно легко и быстро вмешаться в текущий процесс, вплоть до ручного управления. Освоить работу с контроллером SSVC0059 легко даже без чтения инструкции. Не требуется запоминание множества «волшебных» комбинаций клавиш.
Контроллер позволяет поддерживать колонну в стабильном для ректификации режиме работы, следит за изменением температуры в контрольной точке и регулирует количество отбираемого продукта с высокой точностью для получения качественного спирта-ректификата. Контроллер SSVC0059 поможет оператору эффективно проводить процесс ректификации, избавляет от необходимости присутствия и ручного регулирования отбора продукта.
Чистый результат без лишних хлопот! Хороших и качественных напитков!
За помощь в подготовке статьи благодарим Рифа Гадылшина (Рифей033) .
Материалы сайта защищены законом о защите авторских и смежных прав. Перепечатка и распространение в любом виде допускается с обязательным указанием первоисточника - гиперссылку на https://ekits.ru
