Какой дефлегматор лучше кожухотрубный или проточный. Что такое дефлегматор и для чего он нужен

Быстрый переход по статье

Простейшее устройство для дистилляции браги – это перегонный куб и змеевик. Различные дополнительные «прибамбасы» вроде сухопарника, барботера или отстойника улучшают качество самогонки. Устройство, возвращающее часть спиртовых паров на круг дистилляции, тоже способствует этому. Иметь аппарат с дефлегматором предпочтительнее, чем без него. Устройство, называемое холодильником димрота – это один из вариантов аналога стеклянной ректификационной колонны.

Конденсированные пары (флегма), проходя через него, частично возвращаются обратно в перегонный куб. Это способствует повышению крепости браги в нем. Да и на выходе змеевика конденсат становится чище от сивушных масел. Необходим подвод проточной воды для устройства. Такой аппарат с дефлегматором используется опытными домашними винокурами.

Чем заменить?

Как своими силами сделать нечто похожее на дефлегматор? С умелыми руками и умной головой человеку нетрудно его изготовить. В металлическую крышку резьбовой стеклянной банки емкостью 0.75 л врезаются два штуцера. К ним подсоединяются трубки из силикона. Штуцеры закрепляются в крышке гайками, а трубки можно прикрепить термоустойчивым клеем. Порядок работы таков. Сначала размечаются дырки шилом под диаметр будущих отверстий. Потом разделываются сами отверстия под штуцеры, которые закрепляются гайками на крышке.

Можно подложить прокладки из пластика. Через штуцеры пропускаются короткие медные трубки и закрепляются клеем. На их верхние концы и надеваются силиконовые шланги. Входная трубка в банке должна располагаться ниже выходной на сантиметр или полтора. Используя самогонный аппарат с таким «прикубником», можно надеяться, что домашнее спиртное получится качественным и лучшим по вкусу.

Дефлегматор: важный элемент самогонного аппарата и его особенности

Самогонный аппарат с сухопарником. Встречаются и другие названия этого узла: отстойник, прикубник. Выберем следующее обозначение, дефлегматор. Оно является наиболее точным, поэтому и будет использоваться далее в данной статье.

Чтобы лучше разобраться в особенностях функционирования дефлегматора, обратимся сначала к теории. Итоговым продуктом, который может быть создан с использованием перегонки в классическом аппарате, является брага (спирт-сырец). В число ее составляющих входят не только нужные компоненты, но и те примеси, которые необходимо удалить. Жирные кислоты, насыщенные спирты, альдегиды – именно эти и некоторые ингредиенты называются в целом сивушными маслами. Они придают продукции неприятный вкус и запах, изменяют его цвет.

Отделение их может быть произведено с учетом следующих факторов:

Температура кипения этилового спирта, 78°С, меньше, чем соответствующий параметр перечисленных выше примесей.

Сивушные масла могут испаряться в достаточно больших количествах при наличии отмеченной температуры.

На практике эти особенности используются следующим образом. В дефлегматоре создаются условия, подходящие для конденсации. При этом надо помнить, что в ходе данного процесса происходит постоянный подвод тепла с новыми порциями пара, что приводит к повторному испарению этилового спирта. Однако, для иных фракций этого уровня температуры недостаточно, поэтому они задерживаются в данной емкости, накапливаются в нижней ее части.

Самогонный аппарат создает пар, в котором содержится этиловый спирт и различные посторонние примеси.

При поступлении его в емкость с определенным давлением происходит некоторое понижение температуры за счет передачи тепла стенкам устройства и дальнейшему отводу его в окружающую атмосферу.

На внутренних поверхностях емкости дефлегматора образуется конденсат. В рабочем объеме падает давление пара.

Ненужные фракции, температура кипения которых выше, скапливаются в нижней части емкости. В последующем они удаляются из нее.

Кипение этилового спирта продолжается. Этот компонент вместе с паром выходит в другое отверстие. Далее по трубке пар с этиловым спиртом поступает на змеевик, где и происходит его конденсация.

Самогонные аппараты Аламбики

Как видите, принцип работы дефлегматора достаточно прост, но при этом такая не сложная в реализации технология позволяет получить достаточно высокое качество очистки, вполне сопоставимое с классической двойной перегонкой. Внимательный читатель уже заметил, что при осуществлении рабочих операций мы не используем никакие дополнительные нагревы, длительные по времени процедуры. Фактически, после соответствующей настройки, весь процесс происходит самостоятельно, без вмешательства пользователя. Ему надо только периодически опорожнять накопительную емкость дефлегматора, удалять из нее собранные там сивушные масла.

Подчеркнем, что наличие подобного элемента в общей системе автоматически блокирует случайное попадание браги в готовый продукт, что может произойти в процессе выполнения рабочих операций, при сильном нагреве, например. Чтобы такой «предохранитель» выполнял данную функцию безупречно, достаточно будет входную трубку разместить на 8-10 мм ниже, чем выходную.

Отдельно стоит разобраться с отводом тепла. В данном случае он выполняет особо важную роль. Такой процесс будет зависеть от толщины стенок емкости, их площади, теплопроводности материала, из которого они изготовлены, внешней и внутренней температуры. Надо учитывать, что внутри емкости температура не будет меняться существенно при использовании для нагрева разных мощностей. На практике это означает, что при кипячении браги с подводом к нагревательному элементу одного или двух киловатт электроэнергии, температура пара будет приблизительно одной и той же.

С другой стороны, надо не забывать о том, что при тех же условиях будет существенно изменяться давление (при более интенсивном кипении браги). Таким образом, количество тепла, проходящее за единицу времени через ограниченный объем будет разным. Отличаться будут и его потери. Если говорить о практическом значении, следует отметить, что при меньшей мощности можно будет получить меньшее давление, а, следовательно, более интенсивную конденсацию ненужных фракций, кипящих при высоких температурах.

В каждом конкретном случае потребуется подстройка дефлегматора под характеристики, которыми обладает определенный самогонный аппарат. Достаточно часто для создания такого элемента используются прозрачные стеклянные банки. Они стоят недорого, выпускаются разными по объему. С их помощью облегчается визуальный контроль. При накоплении достаточно большого количества сивушных масел эти отходы могут быть быстро удалены.

Стандартная жестяная крышка подойдет для изготовления верхней части дефлегматора. К ней припаиваются входные и выходные трубки. Достаточно просто будет обеспечить необходимую герметичность в месте соединения крышки и банки. Чтобы улучшить теплообмен, можно использовать внешний обдув емкости с использованием соответствующего вентилятора, иного оборудования. Некоторые пользователи создают специальные системы охлаждения с использованием змеевиков. Такие конструкции сложнее, но они позволяют производить более эффективный отвод лишнего тепла.

При использовании данной технологии открывается широкое поле деятельности для реализации самых разных проектов:

Дефлегматор может быть создан с использованием единичных медных трубок (для входа и выхода), каждая их которых фиксируется на крышке с использованием резьбовых соединений. Для лучшей герметичности следует использовать специальную сантехническую ленту, рассчитанную на соответствующий температурный диапазон.

Для экспериментов с уменьшением давления, можно попробовать разное количество трубок. После получения нужного результата, качественную герметизацию обеспечит заливка узла необходимым количеством припоя.

Если самогонный аппарат невелик по размерам и не требуется особо высокая производительность, то и банку можно подобрать соответствующую, не большую.

Понятно, что в каждом определенном варианте будут разные результаты. Тем не менее, можно привести примерные цифры, которые были получены в результате проведенных опытов:

Крепость итогового продукта – от 42° до 47°.

Количество полученного самогона – 6 литров.

Количество собранных сивушных масел – от 250 до 350 мл.

Отходы этого производства представляют собой смесь, обладающую неприятным запахом. Она должна своевременно удаляться в канализацию. Не надо думать о том, что дефлегматор является избыточным элементом. Он не дорого, но при этом весьма эффективен. Его применение высоко ценится любителями и профессионалами. Конечно, только одно это устройство не способно само по себе обеспечить идеальный результат. Он будет получен только при использовании качественных исходных продуктов. Потребуется тщательное приготовление браги с точным соблюдением нужных режимов. Не менее важными являются конструкции аппаратов, материалы, из которых они изготовлены, правильный подбор алгоритмов работы с ними.

В промышленных условиях при изготовлении спирта используется специальная ректификационная колонна, необходимая для разделения паров в зависимости от температуры кипения жидкостей. Оборудование это достаточно сложное и в домашних условиях практически не используется. В комплектацию самогонных аппаратов обычно входит инструмент схожего принципа работы - дефлегматор. Конечно же, конструкция этого прибора гораздо проще, чем у При желании можно изготовить дефлегматор своими руками.

Точное определение

Дефлегматором называют устройство, предназначенное для отделения от паров этилового спирта.

Принцип работы этой конструкции идентичен принципу действия ректификационной колонны. Разделение происходит благодаря разнице и масел. Самодельные дефлегматоры всегда имеют вытянутую форму. Благодаря этому на разной высоте внутри емкости создаются разные температуры. Поскольку этиловый спирт начинает закипать при 78,4 С, высота обычно подбирается таким образом, чтобы в районе горловины создавались подходящие условия. Сивушные же масла оседают обратно в испаритель. Дело в том, что кипят они при меньшей температуре.

В каких случаях может понадобиться дефлегматор

Существует огромное количество способов изготовления такого устройства в домашних условиях. Сделать дефлегматор своими руками можно и из подручных средств. При сомнительном качестве сегодняшней винно-водочной продукции изготавливать самодельные самогонные аппараты предпочитают многие. С помощью подобных конструкций можно получить спиртсодержащие напитки, заведомо лишенные разного рода вредных для здоровья примесей. Применяются дефлегматоры не только для самогоноварения, но и для других целей. Возможно, описанные ниже методы изготовления простейших устройств подобного типа будут кому-нибудь полезны.

Способ первый: использование стеклянной банки

Сделать дефлегматор своими руками можно даже из обычной стеклянной банки с откручивающейся крышкой.

Такая конструкция подойдет для самогонного аппарата, изготовленного из обычной алюминиевой кастрюли и змеевика. Принцип действия этого устройства заключается в следующем:

1. Пар при высокой температуре выходит из кастрюли и поступает внутрь дефлегматора, где охлаждается до 78-85 градусов;
2. Пары этилового спирта проходят дальше в змеевик, а все примеси, имеющие большую температуру, оседают на дне и стенках емкости.

Итак, как сделать дефлегматор своими руками? В крышке банки нужно будет прорезать два отверстия (вход и выход). Шланги для соединения с конструкцией можно сделать самостоятельно. Штуцеры заказывают в мастерской. Лучше всего, если сделаны они будут из нержавейки. Штуцер для входа должен быть короче штуцера для выхода.

Для лучшего уплотнения в крышке банки можно использовать ФУМ ленту.

Способ второй: использование стеклянной трубки

Для того чтобы изготовить такой дефлегматор своими руками, нужно будет подготовить следующие материалы:

1. Стеклянная трубка с пропускными отверстиями.
2. Шлиф, по диаметру совпадающий с горлышком какой-либо колбы. Эта деталь надевается на трубку.
3. Битое стекло. Кусочки должны иметь продолговатую форму.
4. Две небольших круглых сеточки. Приобрести их можно в магазине, специализирующемся на продаже курительных смесей (детали, предназначенные для бонгов).

К нижней части будущего дефлегматора нужно будет приклеить одну их сеточек.

Для этого можно использовать какой-нибудь универсальный клей. Далее трубку заполняют кусочками битого стекла (не слишком плотно). При этом нужно добиться того, чтобы расположены они были по вертикали. Затем сверху на трубку приклеивается вторая сеточка и надевается шлиф. Дефлегматор готов. Конструкция вставляется в колбу с разогреваемой жидкостью.

Способ третий: использование термоса

При желании также не слишком сложно сделать дефлегматор из Для этого его нужно будет, прежде всего, разобрать. Донышко зачищают наждачкой, приваривают к нему скобу, пропускают через нее проволоку, которую прибивают к стене. Термос дергают на себя. Сварочный шов, соединяющий колбу и крышку, обтачивают до тех пор, пока по всему его периметру не появится зазор. Для этой цели используют дрель со специальной насадкой. После этого внутреннюю колбу можно будет вынуть из корпуса. В ней по центру просверливают отверстие и припаивают к нему трубку вентиляции. Далее колба крепится к донышку с просверленным отверстием и трубкой. К горловине припаивается узел отбора. В самом узле просверливается отверстие и вставляется трубка. Втулка при этом делается из фторопласта. В ней также нужно высверлить отверстие, в которое следует вставить трубку. Устройство готово. Его нужно будет прикрутить к колонне, собранной из труб.

Если вам не хочется тратить время на изготовление слишком сложной конструкции, можно сделать дефлегматор своими руками из обычной банки. Однако устройство из термоса получится более основательным и эффективным.

Для получения высококачественного самогона просто не обойтись без дефлегматора для самогонного аппарата. Нужный механизм можно купить в магазине или сделать самостоятельно. Форма и размер устройства зависит от вида дистиллятора, а также от желаемой производительности готового продукта.

Так что же такое дефлегматор в самогонном аппарате? Дефлегматор (его еще называют сухопарником или отстойником) - это емкость, в которой в процессе дистилляции оседают ядовитые сивушные масла и другие вредные вещества, т. е. он является своеобразным фильтром. Если процент содержания сивухи в самогоне выше допустимой нормы, то велика вероятность отравления потребителя низкокачественным алкоголем. Поэтому при перегонке бражной жидкости очень важна тщательная очистка от токсичных примесей.

Устройство дефлегматора

Дефлегматор в элементарном виде представляет собой две разные по диаметру трубки, зафиксированные на перегонном кубе в вертикальном положении. В рубашке между этими трубками циркулирует холодная вода, которая выполняет функцию охлаждения. Та трубка, которая меньшего диаметра, предназначена для выхода пара, содержащего спирт.

Принцип работы

Какой же принцип работы дефлегматора? Он основан на том, что перегоняемая жидкость состоит из двух частей, которые имеют неодинаковые температуры кипения. Это позволяет эффективно разделить брагу на фракции. Этот процесс осуществляется следующим образом:

1. Нужно создать оптимальную температуру для очистки, укрепления и конденсации спиртовых паров. Для этого требуется сначала запустить охлаждение на максимальную мощность. Перегоняемая жидкость конденсируется и стекает обратно в куб, где разогревается и снова частично испаряется. Такой процесс называется «переиспарение».
2. Когда температура в дефлегматоре достигает точки кипения обеих фракций, то внутри устройства возникают два слоя: верхний (c низкой t⁰ кипения) и нижний (с высокой t⁰ кипения).
3. Теперь уже можно начинать отбор низкотемпературной фракции. Аккуратно меняем охлаждающий режим, чтобы точка испарения верхнего слоя находилась рядом с верхним срезом отстойника.
4. После того как первая фракция отобрана, необходимо еще раз изменить режим охлаждения для оптимального отбора второй компоненты.

Такой способ помогает легко разделить смесь на разнородные фракции.

Исходя из вышеперечисленного можно понять, как работают дефлегматоры и какова их основная функция.

Виды дефлегматоров

Существует несколько самых популярных дефлегматоров:

• Димрота;
• Бунзена;
• Ле-Шателье;
• елочные;
• цилиндрические отстойники с насадкой.

Отличаются они между собой функциями, конструкциями, способом применения, формами и размерами. Как правило, выбор дефлегматора обусловлен характеристиками самогонного аппарата. Чаще всего отстойники изготавливают из стекла, трубки из нержавейки, гораздо реже из меди или титана (из-за высокой цены).

Эти холодильники отличаются по конструкции, но похожи по принципу действия. Всего существует два вида конструкций:

• прямоточная;
• холодильник Димрота.

Прямоточный отстойник сделан по принципу «труба в трубе», а дефлегматор Димрота является миниатюрным подобием ректификационной колонны. Он выполнен в виде трубы, в которой находится еще одна труба в форме спирали. Благодаря такой спиральной форме площадь контакта между фазами пар - жидкость существенно увеличивается, следовательно, процесс разделения фракций более эффективный. К тому же контакт фаз происходит в центре трубки при максимальной температуре, что способствует более тщательной очистке паров спирта. Опытные самогонщики выбирают дефлегматор Димрота, так как он наиболее функциональный.

Достоинства дефлегматора

Опытным винокурам не стоит экономить на покупке дефлегматора. Явными плюсами его наличия являются следующие факторы:

1. Очищение от токсичных веществ, а также избыточных сивушных масел, что существенно повышает качество полученного продукта.
2. Благодаря отстойнику не придется очищать алкогольный напиток еще и с помощью механических или химических способов.
3. Наличие дефлегматора дает возможность повысить крепость, улучшить вкусовые качества получаемого алкоголя.
4. Очень важно, что устройство не даст браге попасть в готовый продукт и в случае чего не придется проводить перегонку заново.
5. Дефлегматор можно использовать и для ароматизации алкогольного напитка. Для этого всего лишь нужно положить внутрь сушеные фрукты, ягоды или цедру.

Главное же - это то, что дефлегматор значительно упрощает производство напитка в домашних условиях. Уже не придется проводить две или три перегонки бражной жидкости для достижения высокого качества готового продукта.

Дефлегматор своими руками

Как собрать в домашних условиях дефлегматор своими руками? Это не очень сложно, но если нет желания или времени возиться со сборкой данного устройства, то в продаже есть готовые варианты по вполне приемлемым ценам. Да и современный аппарат уже идет в комплекте с дефлегматором и . К тому же не каждую модель дефлегматора для самогонного аппарата своими руками можно смастерить, некоторые виды собираются только на производстве.

Отстойники можно смастерить самостоятельно из следующих предметов:

• термоса;
• нержавейки;
• стеклянной банки.

Если в самогонном аппарате используется ректификационная колонна, то идеальным вариантом является сухопарник из термоса. Его трудно сделать без специальных знаний и навыков, но при большом желании можно научиться всему. Приготовьтесь, что придется сверлить и паять, поэтому сразу вооружитесь необходимыми инструментами.

Процедура изготовления оборудования следующая:

1. После зачистки днища термоса к нему приварить скобы, пропустить проволоки и зафиксировать к стене. Затем нужно резко дернуть термос. Преследуемая цель - снять дно с колбы термоса. Если предварительно прогреть дно горелкой, это существенно облегчит процесс.
2. Далее нужно обточить сварочный шов так, чтобы образовался малозаметный зазор по окружности. Сделать это лучше дрелью со специальной насадкой или наждачным станком.
3. Извлеките внутреннюю колбу. Чтобы было как можно проще вынуть внутреннюю часть, нужно спилить ребро горловины термоса.
4. Делаем отверстие во внутренней колбе на дне, вставляем и привариваем к ней вентиляционную трубку.
5. Во внешнюю колбу внизу и вверху врезаем и припаиваем два патрубка для свободного циркулирования холодной воды. Важно, чтобы внутренние концы трубок выступали на меньшее расстояние относительно величины промежутка между колбами.

Теперь дефлегматор из термоса готов к применению. Осталось только зафиксировать устройство на аппарате вниз горловиной.

Можно смастерить сухопарник и из отрезков труб из стали-нержавейки (d = 38 мм и d = 52 мм). Приобрести отрезки труб по низким ценам можно в пункте приема металлолома. Сначала с наружной стороны трубки большего диаметра на концах вваривается два патрубка. Трубку с меньшим диаметром нужно вставить внутрь большей. Чтобы между деталями образовалась рубашка, нужно заварить концы. После устройство присоединяется к отверстию в крышке куба. А в образовавшейся полости циркулирует вода (холодная).

Изготовление такого сухопарника - очень трудная задача. Необходимы слесарные навыки и опыт работы с аппаратом для сварки, так как нужно будет спаивать трубки между собой. Если таких навыков нет, то лучше устройство из нержавейки купить и сэкономить время и нервы.

Проще всего сделать сухопарник в домашних условиях из банки.

Для такой конструкции потребуются:

• стеклянная банка объемом не меньше одного литра с крышкой из металла;
• штуцеры - 2 шт.;
• шило;
• гайки - 2 шт.;
• фломастер;
• клей термоустойчивый.

Технология изготовления:

1. Отметить на крышке диаметр отверстий в местах соединения, обвести штуцеры фломастером.
2. Сделать отверстия острым шилом.
3. Установить штуцеры, а после закрепить гайками.
4. Для максимальной герметизации отверстий требуется обработать их снаружи и внутри термоустойчивым клеем.

После того как сухопарник готов, останется только соединить его с самогонным аппаратом. Лучше использовать шланги из силикона, так как резина может повлиять на вкус и запах алкогольного напитка.

Детали можно заказать в мастерской, предпочтительнее из нержавейки. Важно, чтобы штуцер для входа был короче, чем штуцер для выхода, таким образом можно защитить самогон от попадания в него браги.

Эффективность устройства, сделанного самостоятельно, зависит от метода сборки, используемых материалов и от правильного расчета требуемых параметров. Лучше всего после изготовления предварительно протестировать его. Залить обычную воду в куб, затем запустить аппарат: так можно проверить наверняка прочность монтажа и герметичность отстойника.

Раньше считали, что в дефлегматоре нет необходимости, не задумываясь о качестве спиртного напитка. Но в наше время люди, занимающиеся самогоноварением, пришли к выводу, что такая экономия сказывается на качестве алкоголя (остаются вредные вещества), а, следовательно, и чревата плохими последствиями для здоровья. Употребляя алкоголь высокого качества, можно избежать опасной интоксикации организма.

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

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

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

Принцип работы кожухотрубных теплообменников и сфера их применения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Расчет параметров кожухотрубного дефлегматора

Расчет необходимой площади теплообмена можно выполнить по упрощенной методике.

1. Определить коэффициент теплопередачи.

Формулы для расчетов:

R = h / λ, (м2 К)/Вт;

Rs = R1 + R2 + R3 + R4, (м2 К)/ Вт;

К = 1 / Rs, Вт/ (м2 К).

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

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

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

Твх = Тп — Т1;

Твых= Тп — Т2;

Среднюю температуру (Тср) посчитаем по формуле:

Тср = (Твх — Твых) / Ln (Твх / Твых).

То есть, в нашем случае округленно:

Твых = 48°C.

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

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

Sт = N / (Tср * К), м 2 ;

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

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

Минимальное суммарное сечение трубок при заданной мощности посчитаем по формуле:

Sсеч = N * 750 / V, мм 2 , где

N – мощность (кВт);

750 – парообразование (см 3 / с кВт);

V – скорость пара (м/с);

Sсеч – минимальная площадь поперечного сечения трубок (мм 2)

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

Если нужно утилизировать в дефлегматоре 1,8 кВт:

Sсеч = 1,8 * 750 / 3 = 450 мм 2 .

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

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

L= Sт / (3,14 * d);

L= 227/ (3,14* 1,6) = 45 см.

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

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

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

Конструктивные особенности кожухотрубного теплообменника

Перегородки

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

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

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

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

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

Трубки

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

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

На рисунке показан пример правильного расположения отверстий.

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

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

Расчет параметров кожухотрубного холодильника

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

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

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

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

Твх = 92 — 20 = 72 °C;

Твых = 92 — 30 = 62 °C;

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

Площадь теплообмена:

Sт = 4500 / (67 * 855,6) = 787 см².

Минимальная суммарная площадь сечения труб:

S сеч = 4.5*750/10= 338 мм²;

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

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

Определяем длину трубок холодильника:

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

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

36 / 2,5 = 14,4.

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

Чертежи кожухотрубных дефлегматоров и холодильников

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

Послесловие

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

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

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