Аппаратура дистиллятора, дистилляционные аппараты непрерывного действия.
Нам осталось изучить аппараты непрерывного действия, применяемые в крупной промышленности для производства спиртов из свеклы, зерна, патоки, картофеля, а также для производства спирта три-шесть. [спирт три-шесть это французский аналог спирта "из гаражей", с ним все просто: купил, разбавил 3 части спирта на 3 части воды, получил и получил 6 частей "водки", т.е. крепость его до разбавления около 80-85%] Чаще всего колонны производят жидкость, которую необходимо дополнительно ректифицировать, чтобы получить спирт хорошего вкуса или нейтральный алкоголь.
Эти устройства гораздо сложнее предыдущих и, как правило, значительно крупнее. Они используются для разных целей. При периодической перегонке мы хотим получить ароматизированные спирты, оставляя в дистилляте, путем неполной ректификации, приятно пахнущие эссенции и эфиры, содержащиеся в обрабатываемом сырье. Промышленная брага, напротив, содержит продукты с очень неприятными запахами, от которых в наших интересах как можно полнее избавиться. Поэтому с ними мы будем использовать очень сильную ректификацию.
Кроме того, экономически целесообразно, чтобы дистилляция как можно более полно использовала энергию топлива; при непрерывной дистилляции тепло используется более полно, чем при периодической дистилляции.
Все большие устройства непрерывной дистилляции, используемые в промышленности, по существу состоят из колонны с тарелками. Выше мы давали схематическое изображение этой колонны (рис. 14) и показали, как посредством серии ректификаций спиртовые пары постепенно обогащались по мере их подъема с тарелки на тарелку. Все колонны, которые мы встречаем на винокуренных заводах, основаны на одном и том же принципе и отличаются от теоретической модели только в деталях применения. Хотя в предыдущем примере колонна была показана как навершие перегонного аппарата периодического действия, здесь мы увидим, что она работает непрерывно и составляет, так сказать, весь дистилляционный аппарат.
В непрерывной колонне перегоняемое вино вместо того, чтоб находится в нижнем котле, в виде постоянного потока подается на верхнюю тарелку или, по крайней мере, на одну из верхних тарелок, при этом нагрев достигается за счет запуска струи пара в нижнюю часть колонны. Предположим, что все тарелки наполнены вином. Оно, нагревается паром и выделяет спиртовые пары, которые становятся богаче по мере подъема вверх по колонне. Таким образом, в верхней части колонны мы можем собирать пары, которые мы конденсируем и которые дают более или менее концентрированную спиртовую жидкость, в то время как вино, спускаясь по возвратным трубкам от лотка к лотку, постепенно теряет весь алкоголь и выходит из нижней части колонны в виде барды. Когда в устройстве такого типа все хорошо отрегулировано, мы обязательно будем иметь два тока в противоположных направлениях, причем, при такой конструкции нет необходимости прерывать перегонку, за исключением случаев, когда необходимо провести очистку или ремонт колонны.
Мы видим, что в непрерывной колонне отсутствует котел, то есть резервуар, в котором нагревается вино, подлежащее перегонке.
Отметим, что по мере подъема паров - тарелки заполняются жидкостями все более обогащенными спиртом, и температура кипения на этих тарелках будет уменьшаться от низа колонны к верху.
Обогрев колонн. - Некоторые колонны непрерывного действия нагреваются открытым огнем, но это происходит довольно редко, только в случае небольших аппаратов для перегонки вин. Нижняя часть колонны ставится на небольшой котел, где вытекающая из него более или менее истощенная барда на некоторое время останавливается.
Но почти всегда обогрев осуществляется паром, открытым или закрытым. Если пар подключен, просто запустите струю под нижнюю тарелку. Однако в некоторых случаях этот процесс имеет недостаток, заключающийся в том, что в колонне образуется большое количество конденсационной воды, которая разбавляет барду. При перегонке патоки такое разбавление барды увеличивает и без того очень высокие затраты, необходимые на ее выпаривание для извлечения растворенных минеральных веществ.
В этом случае в нижнюю часть колонны вводятся закрытые паровые трубы. Этот пар вызывает кипение барды, и именно пар, исходящий от нее, поднимается по колонне и нагревает ее. Гораздо более предпочтительным методом получения этого результата является использование трубчатого нагревателя барды, предложенного Савалье. Этот обогреватель представляет собой вертикальный трубчатый пучок, отделенный от колонны и расположенный рядом с ней (рис. 32).
Барда, возможно, еще не полностью лишенная спирта, поступает туда из колонны по трубке х. Барду доводят до кипения, и выходящий пар поступает в колонну через большую трубку y. Барда непрерывно течет через кран 7, который отрегулирован таким образом, чтобы уровень барды в куполе G всегда поддерживался на постоянной высоте, что можно проверить с помощью уровня 10. Сконденсированный водяной пар уходит через кран 8.
Регулятор подогрева. Опыт показал, что для хорошей работы необходим равномерный нагрев. Мы знаем, что интенсивность этого нагрева зависит от давления пара, запускаемого в колонну. Чем больше давление и большее количество подведенного тепла, тем энергичнее кипение на тарелках, но и тем больше уменьшается крепость дистиллята. Поэтому, во время дистилляции давление греющего пара всегда должно поддерживаться постоянным. Для этой цели Савалье придумал автоматический регулятор, который используется повсеместно (рис. 33 и 34 ).
Он состоит из цилиндрического сосуда А, герметично закрытого и соединенного трубкой F с колонной. Емкость А наполнена водой до определенной высоты, а в воду опущена трубка B, которая заканчивается большой чашей. Давление колонны, действующее на воду в емкости А, заставляет ее подниматься в емкость B на определенный уровень, поднимая полый металлический поплавок С. Этот поплавок с помощью вертикального стержня приводит в действие один конец рычага D, другой конец которого, поднимаясь или опускаясь, открывает или закрывает клапан Е, через который пар поступает в колонну. Этот клапан, детали которого приведены на рис. 34, должен быть выполнен с особой тщательностью.
Предположим, что давление в колонне возрастает. Вода из бака А поднимется в емкость B, и поднимает поплавок; конец прикрепленного к нему рычага также поднимется, а другой конец, опустившись, слегка закроет клапан Е, так что количество пара, поступающего в колонну, уменьшится, и давление там автоматически снизится. Прямо противоположный эффект произойдет, если давление упадет. Это устройство дает отличные результаты. Благодаря своей большой чувствительности оно регулирует давление с точностью до 1 сантиметра водного давления и обеспечивает выход спиртовой жидкости при постоянном уровне алкоголя.
Холодильник, винный обогреватель, теплообменник. - Как и устройства периодического действия, колонны непрерывного действия всегда оснащаются винными нагревателями. Дистиллированный спирт охлаждается не водой, а перегоняемым вином, чтобы вернуть в работу часть тепла, которое несет дистиллят. Таким образом, вино поступает в колонну уже горячим, что также необходимо для ее правильного функционирования. Но во многих случаях поступающее вино недостаточно холодное, чтобы хорошо охладить дистиллят; поэтому спирт затем перейдет во второй холодильник, омываемый холодной водой.
Теплообменник преследует ту же цель. Горячая барда, вытекающая из нижней части колонны, несет с собой большое количество тепла. Чтобы избежать этих потерь, барду пропускают через теплообменник (рис. 39, R') [этот рисунок в следующем куске перевода будет], где барда охлаждается за счет нагревания вина, уже частично нагретого в винном нагревателе. При таком устройстве, которое существует в аппарате Шампоннуа, вино дважды нагревается, прежде чем попасть в колонну. В то же время барда охлаждается до температуры, подходящей для мацерации свекловичной стружки, для обработки которой и была построена данная колонна.
Конденсатор или дефлегматор. Спирт, который покидает колонну в виде паров, прежде чем попасть в основной холодильник, проходит через другой специальный холодильник, называемый конденсатором или дефлегматором. В этом устройстве пар лишь слегка охлаждается либо воздухом, либо горячим вином. Пары частично конденсируются; неконденсированная часть, наиболее спиртовая, пойдет в основной холодильник, а конденсированная, наиболее водная часть паров, вернется в колонну по специальной трубе. Это то, что называется «ретроградность» или «возврат флегмы». Таким образом производится окончательная очистка спирта, что приводит к увеличению концентрации собранного продукта.
Измерительная пробирка. Очень важно знать, какова скорость потока колонны, то есть каков объем спирта, который она производит за определенное время, например, за один час. Пробирка Savalle предоставляет эти данные. Она представлена на рис. 35.
Спирт, выходящий из колонны, поступает через трубку C в стеклянную вазу E и вытекает через небольшое круглое отверстие, просверленное в центральной трубке в точке F, чтобы достичь шара G.
Размер отверстия F таков, что спирт не может вытекать так же быстро, как поступает. Поэтому он поднимется в пробирке, превысив уровень отверстия. Но по мере повышения уровня жидкости, давление увеличит скорость потока на выходе, и вскоре она станет равной скорости потока на входе. В этот момент уровень в пробирке будет фиксированным; он соответствует определенному расходу и не меняется, если расход остается прежним. Поэтому этот расход будет легко вычислить, если устройство было отрегулировано и если на центральной трубке имеется градуировка, указывающая расход, соответствующий данному уровню. Если поток увеличивается, уровень будет расти, и по мере увеличения давления снова наступит момент, когда исходящий поток уравновесит входной. Новая высота будет указывать на новую скорость потока.
Когда измерительная пробирка установлена на ректификационной колонне, которая подает продукты нескольких различных категорий, к шару G присоединяются три трубы I, J, K, которые позволяют собирать ректификационные головы, сердце и хвосты отдельно. [а из крана D рабочий может себе накапать спирта, чтоб не скучать за работой]
Колонны низкой или высокой степени укрепления ― Низкоградусные дистилляционные колонны - это колонны, которые обеспечивают спиртовую крепость продукта примерно от 55 до 65. Они наиболее широко используются во Франции, их прототипом является колонна Савалье. В Германии, наоборот, в основном используют высокоградусные колонны, дающие спирт крепостью 90-95 градусов. Это приводит к некоторой экономии на обогреве, а продукт становится менее тяжелым и менее объемистым при том же количестве чистого спирта, что облегчает обработку и транспортировку. Спирт из них чище; не потому, что произошла частичная ректификация и устранение части пахучих продуктов, а потому, что летучие жирные кислоты, попадая в контакт с крепким спиртом, этерифицируются и заменяются эфирами с сильным запахом.
Таким образом, высокая крепость дистилляции улучшает получаемый спирт. Дом Эрго производит во Франции дистилляционную колонну высокой крепости для перегонки вин; изготовленный на этой колонне спирт три-шесть имеет более тонкий вкус, чем если бы он был получен из колонн низкой крепости или устройств периодического действия.
Колонны для прозрачного и для густого сусла. После брожения мы получаем на дистилляцию брагу, которая иногда бывает прозрачной или слегка загрязненной, как это обычно бывает во Франции и Англии, а иногда это очень густая брага, как в Бельгии и Германии. Колонны, предназначенные для обработки этих продуктов, в основном основаны на одних и тех же принципах, но, тем не менее, имеют весьма заметные различия. Таким образом, существуют колонны для чистого сусла и колонны для густого сусла.
Во Франции колонна Савалье представляет собой тип колонны для работы с прозрачным суслом; колонны Шампоннуа и Эгро также относятся к этой категории. Французская колонна Коллетт, напротив, создана для работы с густой брагой.
В Германии наиболее часто используются колонны, построенные Ильжесом, Кристофом, Венулетом, Элленбергером и др., они работают с густой брагой. В Англии производят колонну Коффи, она всегда дистиллирует чистое сырье.
Это различие не является абсолютным. Колонны для густой браги прекрасно перегоняют прозрачные вина, а колонны, построенные для прозрачных браг позволяют перегонять частично загрязненное сырье.
Количество тарелок. - Число тарелок в дистилляционной колонне весьма различно и зависит от обычаев страны, перегоняемых вин и т.д. В Германии это от 10 до 15; во Франции - с 18 до 22 и даже до 28; в колонне Égrot их всего 5 или 6, но специальной конструкции, количество тарелок в данном случае компенсируется их мощностью.
Представления, которые мы только что получили о дистилляционных колоннах в целом, избавят нас от долгих объяснений к каждой модели, которые нам предстоит изучить. Нам будет достаточно указать на расположение наиболее важного, обратив внимание только на те моменты, которыми они отличаются.
Эти устройства гораздо сложнее предыдущих и, как правило, значительно крупнее. Они используются для разных целей. При периодической перегонке мы хотим получить ароматизированные спирты, оставляя в дистилляте, путем неполной ректификации, приятно пахнущие эссенции и эфиры, содержащиеся в обрабатываемом сырье. Промышленная брага, напротив, содержит продукты с очень неприятными запахами, от которых в наших интересах как можно полнее избавиться. Поэтому с ними мы будем использовать очень сильную ректификацию.
Кроме того, экономически целесообразно, чтобы дистилляция как можно более полно использовала энергию топлива; при непрерывной дистилляции тепло используется более полно, чем при периодической дистилляции.
Все большие устройства непрерывной дистилляции, используемые в промышленности, по существу состоят из колонны с тарелками. Выше мы давали схематическое изображение этой колонны (рис. 14) и показали, как посредством серии ректификаций спиртовые пары постепенно обогащались по мере их подъема с тарелки на тарелку. Все колонны, которые мы встречаем на винокуренных заводах, основаны на одном и том же принципе и отличаются от теоретической модели только в деталях применения. Хотя в предыдущем примере колонна была показана как навершие перегонного аппарата периодического действия, здесь мы увидим, что она работает непрерывно и составляет, так сказать, весь дистилляционный аппарат.
В непрерывной колонне перегоняемое вино вместо того, чтоб находится в нижнем котле, в виде постоянного потока подается на верхнюю тарелку или, по крайней мере, на одну из верхних тарелок, при этом нагрев достигается за счет запуска струи пара в нижнюю часть колонны. Предположим, что все тарелки наполнены вином. Оно, нагревается паром и выделяет спиртовые пары, которые становятся богаче по мере подъема вверх по колонне. Таким образом, в верхней части колонны мы можем собирать пары, которые мы конденсируем и которые дают более или менее концентрированную спиртовую жидкость, в то время как вино, спускаясь по возвратным трубкам от лотка к лотку, постепенно теряет весь алкоголь и выходит из нижней части колонны в виде барды. Когда в устройстве такого типа все хорошо отрегулировано, мы обязательно будем иметь два тока в противоположных направлениях, причем, при такой конструкции нет необходимости прерывать перегонку, за исключением случаев, когда необходимо провести очистку или ремонт колонны.
Мы видим, что в непрерывной колонне отсутствует котел, то есть резервуар, в котором нагревается вино, подлежащее перегонке.
Отметим, что по мере подъема паров - тарелки заполняются жидкостями все более обогащенными спиртом, и температура кипения на этих тарелках будет уменьшаться от низа колонны к верху.
Обогрев колонн. - Некоторые колонны непрерывного действия нагреваются открытым огнем, но это происходит довольно редко, только в случае небольших аппаратов для перегонки вин. Нижняя часть колонны ставится на небольшой котел, где вытекающая из него более или менее истощенная барда на некоторое время останавливается.
Но почти всегда обогрев осуществляется паром, открытым или закрытым. Если пар подключен, просто запустите струю под нижнюю тарелку. Однако в некоторых случаях этот процесс имеет недостаток, заключающийся в том, что в колонне образуется большое количество конденсационной воды, которая разбавляет барду. При перегонке патоки такое разбавление барды увеличивает и без того очень высокие затраты, необходимые на ее выпаривание для извлечения растворенных минеральных веществ.
В этом случае в нижнюю часть колонны вводятся закрытые паровые трубы. Этот пар вызывает кипение барды, и именно пар, исходящий от нее, поднимается по колонне и нагревает ее. Гораздо более предпочтительным методом получения этого результата является использование трубчатого нагревателя барды, предложенного Савалье. Этот обогреватель представляет собой вертикальный трубчатый пучок, отделенный от колонны и расположенный рядом с ней (рис. 32).
Барда, возможно, еще не полностью лишенная спирта, поступает туда из колонны по трубке х. Барду доводят до кипения, и выходящий пар поступает в колонну через большую трубку y. Барда непрерывно течет через кран 7, который отрегулирован таким образом, чтобы уровень барды в куполе G всегда поддерживался на постоянной высоте, что можно проверить с помощью уровня 10. Сконденсированный водяной пар уходит через кран 8.
Регулятор подогрева. Опыт показал, что для хорошей работы необходим равномерный нагрев. Мы знаем, что интенсивность этого нагрева зависит от давления пара, запускаемого в колонну. Чем больше давление и большее количество подведенного тепла, тем энергичнее кипение на тарелках, но и тем больше уменьшается крепость дистиллята. Поэтому, во время дистилляции давление греющего пара всегда должно поддерживаться постоянным. Для этой цели Савалье придумал автоматический регулятор, который используется повсеместно (рис. 33 и 34 ).
Он состоит из цилиндрического сосуда А, герметично закрытого и соединенного трубкой F с колонной. Емкость А наполнена водой до определенной высоты, а в воду опущена трубка B, которая заканчивается большой чашей. Давление колонны, действующее на воду в емкости А, заставляет ее подниматься в емкость B на определенный уровень, поднимая полый металлический поплавок С. Этот поплавок с помощью вертикального стержня приводит в действие один конец рычага D, другой конец которого, поднимаясь или опускаясь, открывает или закрывает клапан Е, через который пар поступает в колонну. Этот клапан, детали которого приведены на рис. 34, должен быть выполнен с особой тщательностью.
Предположим, что давление в колонне возрастает. Вода из бака А поднимется в емкость B, и поднимает поплавок; конец прикрепленного к нему рычага также поднимется, а другой конец, опустившись, слегка закроет клапан Е, так что количество пара, поступающего в колонну, уменьшится, и давление там автоматически снизится. Прямо противоположный эффект произойдет, если давление упадет. Это устройство дает отличные результаты. Благодаря своей большой чувствительности оно регулирует давление с точностью до 1 сантиметра водного давления и обеспечивает выход спиртовой жидкости при постоянном уровне алкоголя.
Холодильник, винный обогреватель, теплообменник. - Как и устройства периодического действия, колонны непрерывного действия всегда оснащаются винными нагревателями. Дистиллированный спирт охлаждается не водой, а перегоняемым вином, чтобы вернуть в работу часть тепла, которое несет дистиллят. Таким образом, вино поступает в колонну уже горячим, что также необходимо для ее правильного функционирования. Но во многих случаях поступающее вино недостаточно холодное, чтобы хорошо охладить дистиллят; поэтому спирт затем перейдет во второй холодильник, омываемый холодной водой.
Теплообменник преследует ту же цель. Горячая барда, вытекающая из нижней части колонны, несет с собой большое количество тепла. Чтобы избежать этих потерь, барду пропускают через теплообменник (рис. 39, R') [этот рисунок в следующем куске перевода будет], где барда охлаждается за счет нагревания вина, уже частично нагретого в винном нагревателе. При таком устройстве, которое существует в аппарате Шампоннуа, вино дважды нагревается, прежде чем попасть в колонну. В то же время барда охлаждается до температуры, подходящей для мацерации свекловичной стружки, для обработки которой и была построена данная колонна.
Конденсатор или дефлегматор. Спирт, который покидает колонну в виде паров, прежде чем попасть в основной холодильник, проходит через другой специальный холодильник, называемый конденсатором или дефлегматором. В этом устройстве пар лишь слегка охлаждается либо воздухом, либо горячим вином. Пары частично конденсируются; неконденсированная часть, наиболее спиртовая, пойдет в основной холодильник, а конденсированная, наиболее водная часть паров, вернется в колонну по специальной трубе. Это то, что называется «ретроградность» или «возврат флегмы». Таким образом производится окончательная очистка спирта, что приводит к увеличению концентрации собранного продукта.
Измерительная пробирка. Очень важно знать, какова скорость потока колонны, то есть каков объем спирта, который она производит за определенное время, например, за один час. Пробирка Savalle предоставляет эти данные. Она представлена на рис. 35.
Спирт, выходящий из колонны, поступает через трубку C в стеклянную вазу E и вытекает через небольшое круглое отверстие, просверленное в центральной трубке в точке F, чтобы достичь шара G.
Размер отверстия F таков, что спирт не может вытекать так же быстро, как поступает. Поэтому он поднимется в пробирке, превысив уровень отверстия. Но по мере повышения уровня жидкости, давление увеличит скорость потока на выходе, и вскоре она станет равной скорости потока на входе. В этот момент уровень в пробирке будет фиксированным; он соответствует определенному расходу и не меняется, если расход остается прежним. Поэтому этот расход будет легко вычислить, если устройство было отрегулировано и если на центральной трубке имеется градуировка, указывающая расход, соответствующий данному уровню. Если поток увеличивается, уровень будет расти, и по мере увеличения давления снова наступит момент, когда исходящий поток уравновесит входной. Новая высота будет указывать на новую скорость потока.
Когда измерительная пробирка установлена на ректификационной колонне, которая подает продукты нескольких различных категорий, к шару G присоединяются три трубы I, J, K, которые позволяют собирать ректификационные головы, сердце и хвосты отдельно. [а из крана D рабочий может себе накапать спирта, чтоб не скучать за работой]
Колонны низкой или высокой степени укрепления ― Низкоградусные дистилляционные колонны - это колонны, которые обеспечивают спиртовую крепость продукта примерно от 55 до 65. Они наиболее широко используются во Франции, их прототипом является колонна Савалье. В Германии, наоборот, в основном используют высокоградусные колонны, дающие спирт крепостью 90-95 градусов. Это приводит к некоторой экономии на обогреве, а продукт становится менее тяжелым и менее объемистым при том же количестве чистого спирта, что облегчает обработку и транспортировку. Спирт из них чище; не потому, что произошла частичная ректификация и устранение части пахучих продуктов, а потому, что летучие жирные кислоты, попадая в контакт с крепким спиртом, этерифицируются и заменяются эфирами с сильным запахом.
Таким образом, высокая крепость дистилляции улучшает получаемый спирт. Дом Эрго производит во Франции дистилляционную колонну высокой крепости для перегонки вин; изготовленный на этой колонне спирт три-шесть имеет более тонкий вкус, чем если бы он был получен из колонн низкой крепости или устройств периодического действия.
Колонны для прозрачного и для густого сусла. После брожения мы получаем на дистилляцию брагу, которая иногда бывает прозрачной или слегка загрязненной, как это обычно бывает во Франции и Англии, а иногда это очень густая брага, как в Бельгии и Германии. Колонны, предназначенные для обработки этих продуктов, в основном основаны на одних и тех же принципах, но, тем не менее, имеют весьма заметные различия. Таким образом, существуют колонны для чистого сусла и колонны для густого сусла.
Во Франции колонна Савалье представляет собой тип колонны для работы с прозрачным суслом; колонны Шампоннуа и Эгро также относятся к этой категории. Французская колонна Коллетт, напротив, создана для работы с густой брагой.
В Германии наиболее часто используются колонны, построенные Ильжесом, Кристофом, Венулетом, Элленбергером и др., они работают с густой брагой. В Англии производят колонну Коффи, она всегда дистиллирует чистое сырье.
Это различие не является абсолютным. Колонны для густой браги прекрасно перегоняют прозрачные вина, а колонны, построенные для прозрачных браг позволяют перегонять частично загрязненное сырье.
Количество тарелок. - Число тарелок в дистилляционной колонне весьма различно и зависит от обычаев страны, перегоняемых вин и т.д. В Германии это от 10 до 15; во Франции - с 18 до 22 и даже до 28; в колонне Égrot их всего 5 или 6, но специальной конструкции, количество тарелок в данном случае компенсируется их мощностью.
Представления, которые мы только что получили о дистилляционных колоннах в целом, избавят нас от долгих объяснений к каждой модели, которые нам предстоит изучить. Нам будет достаточно указать на расположение наиболее важного, обратив внимание только на те моменты, которыми они отличаются.