Как работает дефлегматор для самогонного аппарата и какой считается самым лучшим. Как улучшить состав самогона или для чего нужен дефлегматор? Какой лучше, как сделать своими руками

Чтобы приготовить хороший алкогольный напиток в домашних условиях, нужно ясно представлять, как осуществляется процедура его изготовления и иметь для этого все необходимое оборудование. Кроме перегонного куба и холодильника, в составе оборудования должен присутствовать и дефлегматор для самогонного аппарата.

Он бывает разных размеров, может быть изготовлен в домашних условиях или приобретен в собранном виде в специализированном магазине. Качество напрямую зависит от оборудования, используемого при изготовлении напитка.

Что такое дефлегматор?

Дефлегматор часто называют прикубником или сухопарником. Он представляет собой емкость с тонкими стенками маленького объема, из которой сверху выходят 2 трубки. Через 1 из них поступает жидкость, а через другую удаляется газообразный спирт. Это приспособление не должно быть обязательно установлено на самогоном аппарате, но многие профессиональные самогонщики рекомендуют его к применению.

Самогонный аппарат с дефлегматором способен производить качественный и вкусный самогон. В большинстве случаев у людей, которые производят напиток в домашних условиях, дефлегматор выглядит, как стеклянная банка с железной крышкой и медными трубками.

Основные функции устройства

Чтобы выяснить, как работает дефлегматор, достаточно вспомнить школьный курс химии. Устройство отсеивает ненужные химические соединения. Оно напоминает холодильник, который снижает температуру жидкости в самогоном аппарате на стадии перегонки.

Принцип работы дефлегматора заключается в том, что когда происходит кипение , спирт испаряется, а вредные примеси, именуемые сивушными маслами, остаются в емкости. Благодаря этому опасные соединения не попадают в готовый продукт.

К тому же, когда корпус устройства нагревается, происходит снижение интенсивности конденсации, а оставшаяся часть пара выходит в отбор. Накопившийся конденсат также испаряется и следом уходит в отбор. Затем пар с высоким содержанием спирта остывает и движется по конструкции самогонного аппарата.

Еще одной важной функцией устройства является то, что оно не позволяет браге оказаться в готовом напитке. И даже если процесс изготовления будет нарушен, дефлегматор примет на себя удар и убережет чистый самогон от попадания браги. Для того чтобы не допустить порчи самогона, изготавливая это устройство, необходимо входную трубку расположить на 15 мм ниже выходной.

Как устроен дефлегматор?

Устройство дефлегматора может быть разным. Есть десятки модификаций устройства. В большинстве случаев конструкция состоит из следующих элементов:

1. Металлический или стеклянный корпус цилиндрической формы. Он бывает разных размеров, что в свою очередь зависит от объема перегонного куба.
2. Насадка-фильтр. Состоит из маленьких палочек из стекла малого диаметра, по обеим сторонам которых устанавливаются заглушки сетчатой формы.
3. Обратный холодильник, который дает возможность сделать напиток крепче, благодаря тому, что он позволяет сконденсировать пары, тем самым возвращая их в камеру для перегонки с основной жидкостью.
4. Термометр, позволяющий контролировать степень нагрева смеси.
5. Сливной клапан для отработанных веществ, позволяющий удалить ненужную жидкость. При этом не нужно разбирать устройство.
6. Штуцеры и соединения с резьбой
7. Трубки из стекла или металла разных диаметров.

Как сделать своими руками?

Для начала, чтобы ответить на вопрос о том, как сделать дефлегматор своими руками, нужно понять,что вряд ли получится изготовить устройство, которое по своему качеству сравнится с промышленными моделями. Нужно знать, что есть множество способов, с помощью которых можно изготовить данное приспособление, главное, выбрать подходящий. Перед началом работы также стоит учесть, что от качества сборки напрямую зависит то, как хорошо будет работать устройство и будут ли возникать непредвиденные ситуации.

Тем, кто только начал пробовать свои силы в самогоноварении, для изготовления дефлегматора достаточно будет использовать стеклянная банку с закручивающейся металлической крышкой.
При таком способе не нужно заниматься сваркой, а данная конструкция считается надежной. Таким образом удастся повысить качество самогона и усовершенствовать сам аппарат.

Объем емкости будет зависеть от размеров установки. В большинстве случаев используют банки на 1,5 л. Также в дальнейшем понадобятся штуцеры, гайки, и термостойкий клей.

Для того чтобы изготовить дефлегматор своими руками, нужно выполнить следующие действия:

1. Определить места отверстий для крепления штуцеров на железной крышке с учетом диаметра каждого из них.
2. Высверлить отверстия широким сверлом или вырезать шилом.
3. По контуру отверстий нанести термостойкий клей
4. Закрепить штуцеры и с помощью гаек зафиксировать на них трубки, располагая входную на 1 см ниже выходной.
5. Подсоединить устройство к самогонному аппарату между холодильником и перегонным кубом.
6. Теперь для начала можно попробовать в небольших количествах, оценивая качество готового продукта.

Преимущества устройства

1. Снижается количество вредных примесей, которые ухудшают вкус напитка. Если устройство было изготовлено в соответствии с нормами или приобреталось в магазине, то после перегонки самогон не нуждается в обработке химическими веществами.
2. Этот способ обработки считается самым практичным, т. к. с его помощью в ходе всего 1 перегонки можно получать на выходе большое количества напитка, с содержанием спирта до 96 %. К тому же крепость можно регулировать с помощью дефлегматора.
3. Устройство помогает не допустить попадания браги в готовый напиток, что избавит от последующих процессов перегонки жидкости.
4. Дефлегматор для самогонного устройства можно использовать в качестве ароматизирующего приспособления. Если положить в емкость кусочек яблока, апельсина или свежие ягодные плоды, можно добиться того, что самогон обретет неповторимый аромат и приятные вкусовые качества

Таким образом, хотя дефлегматор и не является обязательной частью самогонного аппарата, трудно представить процесс получения качественного и вкусного напитка без его применения.

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.

Поверхность, по которой будет проходить соединение внешней колбы с перегородкой, нужно заточить так , чтобы по окружности появился зазор.

Сделать это можно дрелью с насадкой или на наждачном станке (при наличии). Это позволит легко отделить перегородку от внешней колбы.

Для извлечения внутренней части ребро на верхней части термоса срезается. В ней сверлится отверстие, вставляется шланг для взаимодействия с воздухом . Отмечается место стыка.

Для подвода холодной воды и отвода горячей в стенку необходимо врезать и припаять 2 патрубка. Их концы должны выступать вовнутрь колбы, находясь на расстоянии меньше, чем зазор, который находится между колбами.

Для сбора колбы пропаиваются предварительно сделанные зазоры. Делается отверстие на дне и на перегородке под шланг.

Стеклянная банка

Упрощенную модель подобия дефлегматора можно сделать при помощи обычной банки. В крышке просверливаются два отверстия. К каждому герметично привинчивается штуцер . В один из штуцеров вставляется металлическая трубка так, чтобы до дна банки оставалось несколько миллиметров.

В емкость наливается вода. При дистилляции пары спирта будут проникать в банку и проходить сквозь воду, тем самым очищая от вредных примесей. Такая конструкция скорее будет называться барботер , ведь в ней не проходит процесс дефлегмации. Но некоторые самогонщики считают это устройство дефлегматором.

Какой лучше?

Однозначного ответа на этот вопрос дать нельзя. Всё зависит от требуемых характеристик и мощности. Дефлегматор – это сложное устройство, которое состоит из нескольких частей. Собрать его дома довольно сложно .

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:

Сравнение сухопарника и дефлегматора — что лучше:

Аккуратное и подробное изготовление дефлегматора-холодильника на основе 1,5″ клампа, выбор конструкции аппарата, видео в 9 частях, смотрим:

Дефлегматор положительным образом влияет на качество готового продукта. Он способен значительно улучшить запах и вкус самогона . Но для получения чистого спирта его недостаточно. Для этого потребуется полноценная .

Однако, несмотря на повсеместное употребление этих названий, если проанализировать многочисленную информацию в Интернете, то по вопросу назначения этих устройств наблюдается повсеместная путаница. Особенно много расхождений наблюдается по функциям и сути работы дефлегматора и сухопарника. Давайте разберемся и начнем с азов.

Ректификация и дистилляция

Дистилляция - это испарение с последующей конденсацией паров. Именно это и происходит при использовании самогонного аппарата простейшего типа.
Ректификация - разделение смеси на фракции за счет противоточного движения пара и этого же пара, сконденсировавшегося в жидкость (флегму).

Таким образом, видно, что при дистилляции пар, образовавшийся при кипении жидкости, прямотоком поступает на конденсатор. В итоге мы получаем однородную смесь, содержащую и спирт, и воду, и сивушные масла. Содержание спирта повышается за счет того, что он испаряется при более низких температурах и быстрее, чем вода и прочие фракции.

При ректификации часть сконденсированного пара стекает обратно в сторону перегонной емкости, нагревается от вновь образовавшегося пара и вновь многократно испаряется. В результате процесса переиспарения перегоняемая жидкость разделяется на составные части. В случае с самогоном: сивушные масла, вода и нужный нам спирт. Степень разделения зависит от исполнения ректификационной колонны.

Забегая немного вперед, скажем, что дефлегматор для самогонного аппарата - один из элементов, входящий в .

Сухопарники и мокропарники

Собственно, это два названия одного и того же элемента. Еще они известны как прикубники. И сухопарник и мокропарник конструктивно представляют собой тонкостенную закрытую емкость небольшого объема с двумя паропроводами в верхней части: вводным и выводным.

В нижнюю часть прикубника врезан кран для сброса отработанного конденсата. Однако часто прикубники делают из стеклянных банок, тогда, естественно, речи о кране идти не может. Слив накопленной жидкости производится через горловину и только по окончании перегонки.

Простой сухопарник из банки

Конструктивное отличие между мокро- и сухопарником одно: в мокропарнике выход вводного патрубка опущен до самого дна, так чтобы пар из «пробулькивал» сквозь налитую в емкость жидкость. Отсюда часто мокропарник называют еще барботером.

Как это работает

1. Пар попадает в емкость и за счет разницы температур начинает конденсироваться на стенках и стекать на дно.
2. По мере нагревания корпуса сухопарника новым паром интенсивность конденсации уменьшается, часть пара начинает уходить в отбор.
3. Одновременно с этим конденсат начинает нагреваться и переиспаряться и тоже уходить в отбор.
4. В определенный момент за счет переиспарения на дне находится уже только «грязная» флегма, которую лучше сбросить через кран и начать цикл с начала.
5. Если кран отсутствует, то вариант один - отбор до промывки, т.е. на выходе мы получаем «грязный» продукт.

Оба варианта и «сброс», и «отбор до победного» к хорошим не относятся - на выходе мы все равно получим не самый качественный продукт. По сути, сухопарник выполняет только две полезные функции:

• не дает парам браги попасть в отбор;
• за счет переиспарения немного увеличивает крепость продукта.

Можно ли повысить эффективность прикубника? Можно, но необходимо изменять его устройство: корпус должна располагаться над перегонным кубом, а сброс конденсата осуществляться непосредственно в куб. Только это будет уже не сухопарник, а вполне себе приличный неуправляемый дефлегматор.

Как устроен дефлегматор

Устройство дефлегматора в простейшем виде это две сваренные трубки разного диаметра, установленные вертикально на перегонный куб. В рубашке между ними циркулирует охлаждающая жидкость (вода) а трубка меньшего диаметра служит магистралью для выхода спиртосодержащего пара.

Для пояснения принципа работы этого устройства условно примем, что перегоняемая жидкость имеет 2 компоненты, имеющие различные температуры кипения. Разделение на фракции осуществляется следующим образом:

1. На первоначальном этапе охлаждение запускается на полную мощность и до разогрева перегонного куба аппарат работает «сам на себя». То есть, испаряющаяся из емкости жидкость конденсируется, образует тонкую пленку на стенках и стекает навстречу поднимающемуся пару обратно в куб. На своем пути она разогревается вновь образовавшимся паром и частично испаряется - это и есть «переиспарение»
2. После того как температура в емкости достигнет температуры достаточной для закипания обоих фракций, внутри конструкции образуются две области:
3. Верхняя, где конденсируются пары фракции с низкой температурой кипения.
4. Нижняя - область конденсации второй компоненты.
5. В основной холодильник по-прежнему ничего не попадает, то есть, отбора пока нет.
6. Температура испарения и конденсации каждой из фракций известны. Теперь можно изменить режим охлаждения таким образом, чтобы точка испарения первой фракции находилась у верхнего среза дефлегматора.
7. Начинается отбор 1-й компоненты смеси.
8. После того, как низкотемпературная фракция отобрана, режим изменяется еще раз и отбирается вторая часть смеси.

Способ позволяет разделить жидкость на любое количество компонентов, имеющих разную температуру кипения. Процесс инерционен, и менять режим охлаждения лучше очень аккуратно, медленно и ступенчато.

Дефлегматор Димрота

Разделяющая способность дефлегматора зависит от величины площади соприкосновения флегмы с паром и точности регулировки. Принцип же функционирования одинаков для всех типов этих устройств, различаются они только конструктивно.

Тот, что был описан в предыдущем разделе - прямоточный холодильник пленочного типа. Конструкция простая в изготовлении и достаточно эффективная. Но у нее есть недостатки - незначительная площадь взаимодействия, которая при отклонении конструкции от вертикали вообще стремиться к нулю. Второй - это сложность регулировки по температуре пара. Частично этих недостатков лишена конструкция Димрота.

Дефлегматор Димрота представляет собой стеклянную или металлическую колбу, в центре которой находится спиралевидная трубка. По ней циркулирует вода и на ней же конденсируется флегма.

Принцип работы тот же, но очевидно, что такая конструкция даже на глаз имеет большую площадь соприкосновения пара и жидкости, чем пленочный аппарат. Кроме того, взаимодействие флегмы и пара происходит по центру колбы, там, где его температура максимальна. Следовательно, и продукт на выходе будет более чистый и крепкий.

Почему в быту чаще всего применяются дефлегматор Димрота или пленочный дефлегматор для самогонного аппарата? Это связано со свойствами исходного сырья - брагой. Если при ее перегонке использовать наиболее эффективную насадочную колонну с большой площадью наполнителя, то уже через полчаса работы наполнитель загрязнится настолько, что никакая ректификация станет невозможной.

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.

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.