в чем разница между холодильником и дефлегматором
Холодильник и дефлегматор в самогонном аппарате
Холодильник, дефлегматор и конденсатор. Три разных слова — три разных участка аппарата/колонны. Обычно самогонщики эти три понятия путают и смешивают, хотя соответствующие узлы аппаратов различаются по функционалу. Давайте разберемся, в чем здесь соль.
Дефлегматор — укрепляющий кожухотрубный теплообменник, который конденсирует ЧАСТЬ потока пара и может ВЕРНУТЬ его в колонну в виде флегмы. Регулировку количества конденсируемого пара выполняют путем уменьшения/увеличения потока воды. На выходе из дефлегматора содержание спирта в низкокипящем паре выше, а в стекающей вниз флегме содержание спирта ниже. Пар, который проходит дефлегматор и укрепляется, конденсируется в холодильнике и выводится в отбор. Часто дефлегматор имеет 2 трубки — на отбор и возврат флегмы и заполнен насадками для увеличения эффекта.
Конденсатор превращает в жидкость весь пар, который в него попадает. А вот охлаждает эту жидкость уже холодильник. И еще раз:
В чем отличие дефлегматора от холодильника?
Дефлегматор — охлаждает часть пара до состояния флегмы и возвращает ее в куб. Холодильник — охлаждает флегму и ничего не возвращает.
Что такое холодильник для колонны
Холодильник охлаждает УЖЕ сконденсированный в дефлегматоре пар. Соответственно, по ходу движения потока жидкости и пара, холодильник стоит после дефлегматора.
Дефлегматор в колонне — это как раз та часть с насадками или тарелками внутри. На поверхности насадок или тарелок происходит МНОГОКРАТНЫЙ и ПОВТОРЯЮЩИЙСЯ тепломассообмен флегмы и пара, а также отделение фракций. А теперь сравним —
Что такое дефлегматор в самогонном аппарате?
Простой прямоточный самогонный аппарат, или дистиллятор обычно не снабжают насадками — он пустой и отделяет фракции ОДНОКРАТНО, не так чисто, как колонна. Причем разделение происходит на стенках царги. Фактически, дистиллятор работает, как простенькая пленочная колонна и дефлегматор в нем обычно отсутствует. Можно укомплектовать дистиллятор дефлегматором, который повысит эффективность разделения на 1-4 теоретических тарелки и превратит аппарат в недоколонну. Но вот перегонять брагу с дефлегматором нельзя — из-за брызгоуноса насадка быстро забьется и аппарат будет захлебываться.
Какой холодильник для колонны лучше?
Знатоки рекомендуют холодильник Димрота, снабженный в межтрубном пространстве змеевиком. Он самый мощный и точный, но дорог, расходует много воды, никогда не идет в комплекте с самим аппаратом и его сложновато настраивать. Холодильник Димрота идеален для отбора по жидкости.
Второй подходящий вариант — кожухотрубный холодильник. Он дешевле, расходует меньше воды, неплохо разделяет фракции и идет в заводской комплектации с современными аппаратами. Такой холодильник установлен, например, в Luxstahl 8m.
Рубашечный холодильник — самый экономичный, но хуже разделяет фракции и подойдет для небольших объемов продукта и царг сечением 1,5 дюйма.
Какой дефлегматор лучше
Здесь важно его наполнение — насадка. Чем выше площадь контакта, тем лучше разделен спирт. Поэтому самыми эффективными считаются сетчатые и спирально-призматические насыпные насадки.
Типы дефлегматоров в самогонных аппаратах. Какой лучше
Вы уже наверняка знаете, что самогонный аппарат колонного типа с дефлегматором (да, бывает и без дефлегматора) позволяет более точно, чисто разделить фракции, укрепить спирт, просто регулируя охлаждение.
Если хотите узнать об этом подробнее или освежить в памяти информацию, читайте статью “Для чего нужен дефлегматор в самогонном аппарате”.
Теперь осталось выяснить, какие типы дефлегматоров существуют и какой из них эффективнее.
Типы дефлегматоров
Пройдемся кратко по устройству дефлегматоров разных типов. Совсем подробно о конструкции читайте в материале “Устройство и принцип работы дефлегматора”.
Рубашечный (или пленочный, или прямоточный) — это 2 цилиндра, один внутри другого. В полости между ними движется вода охлаждения. Пар идет по внутреннему цилиндру вверх, через отверстия. Флегма конденсируется на прохладных стенках и стекает вниз. Пленочный дефлегматор с одним внутренним цилиндром и отверстием называют рубашечным, с несколькими — кожухотрубным. Рубашечный дефлегматор — самый простой и дешевый. Зато его легко настроит даже начинающий самогонщик.
Кожухотрубный
Несколько трубок вместо внутреннего цилиндра обеспечивают пару большую площадь контакта и, как следствие, большую разделительную способность. Такой холодильник установлен и на аппарате Luxstahl 8m.
Димрота
Холодильник, названный в честь физика Димрота, представляет собой 2 цилиндра — внешний и внутренний. Между внутренним и внешним цилиндрами расположен змеевик с водой охлаждения. Пар выходит из верхней части внутреннего цилиндра, флегма конденсируется на спирали и стекает вниз, в приемник. Этот тип холодильника обычно идет в ассортименте магазинов, как дополнительный узел, а не в комплекте с аппаратом. Дефлегматор Димрота дорог в изготовлении, поэтому и цена его “кусается”. Зато с ним проще настраивать отбор по жидкости, а кроме того, площадь контакта больше и повторная испаряемость флегмы выше.
И конечно же, всех волнует вопрос: какой дефлегматор лучше? Однозначно на него ответить невозможно, поскольку в зависимости от конструкции и функций, каждый тип оказывается более эффективным в той или иной ситуации.
Какой дефлегматор лучше, Димрота или кожухотрубный?
Если охлаждение автономное, кожухотрубный подойдет лучше и будет расходовать меньше воды. С другой стороны, кожухотрубный орошает насадку менее эффективно — по всей поверхности, а не по центру, как дефлегматор Димрота. И его сложнее настраивать, он не для новичков.
Дефлегматор Димрота точен, мощен, не образует воздушных пробок, с ним легче поддерживать нужную температуру флегмы. Именно поэтому он отлично подойдет для жидкостного отбора. Кожухотрубный конкурент при жидкостном отборе расходует больше воды и легко переохлаждает конденсат.
Какой дефлегматор лучше кожухотрубный или рубашечный?
Кожухотрубный разделяет и укрепляет лучше, не зависит от напора воды и хорошо охлаждает при мощности нагрева в 5000-6000 Вт. Зато рубашечный расходует меньше воды и незаменим при производительности 6-8 л/час и мощности нагрева. Рубашечный дефлегматор лучше подходит для бражных колонн с сечением менее 1,5 дюймов.
Какой дефлегматор лучше, Димрота или рубашечный?
При примерно равных размерах Димрот более производителен, а рубашечник дешевле и его просто настраивать.
Какой дефлегматор лучше медный или из нержавейки?
Колонне, в общем-то, все равно, она убирает все примеси. А вот для дистиллятора медь предпочтительнее. Знатоки утверждают, что с медным дефлегматором получается более мягкий и вкусный дистиллят. Единственный нюанс — окислы меди надо счищать обязательно и регулярно, они ядовиты.
Вертикальный кожухотрубный дефлегматор или холодильник
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 дефлегматор Димрота. 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.
λ, Вт/(м*К)
R, (м 2 К)/Вт
Формулы для расчетов:
Rs = R1 + R2 + R3 + R4, (м2 К)/ Вт;
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.
Среднюю температуру (Тср) посчитаем по формуле:
Тср = (Твх — Твых) / Ln (Твх / Твых).
То есть, в нашем случае округленно:
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.
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:
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:
При известном диаметре труб d (см) находим минимально необходимую их суммарную длину:
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.
λ, Вт/(м*К)
R, (м 2 К)/Вт
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.
Твых = 92 — 30 = 62 °C;
Тср = (72 — 62)/ Ln (72 / 62) = 67 °C.
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.
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.
Дефлегматор, путаница в терминах
Как-то смешалось все вокруг названия «дефлегматор». Мы неправильно используем этот термин, и наверное это надо менять.
Значит колонна с жидкостным отбором не имеет дефлегматора. Она состоит из куба, колонны, конденсатора, узла отбора и холодильника продукта.
Посл. ред. 18 Сент. 14, 22:20 от Андрей
Мы неправильно используем этот термин, и наверное это надо менять. Игорь, 25 Июня 10, 07:30
Посл. ред. 25 Июня 10, 09:16 от Zapal
Ну вот об этом я и говорю. Мы все говорим одно слово «дефлегмация», а имеем ввиду каждый своё, разное.
Я выделил цветами три ключевых слова.
Красным слово «частичная», это для Мото. Если конденсация полная, а не частичная, то это уже не дефлегматор, в конденсатор.
Зеленым я выделил слово «возврат». Это для себя.
Всем трём ключевым словам соответствует именно вариант парового отбора.
К чему я веду этот разговор. Конденсатор выдает продукт и флегму в жидкой фазе. Разделение условное, состав флегмы и продукта не отличаются
Дефлегматор возвращает флегму в жидком виде, а продукт в паровом. Ясно, что по составу продукт и флегма отличаются. Но насколько? На половинку ТТ? или на одну тарелку? Или по другому?
Насколько понимание этой разницы может быть полезно на практике?
Gnu. Дефлегматор, путаница в терминах. Общая информация.
Посл. ред. 25 Июня 10, 10:03 от Игорь
Называя эту жидкость, естественно горящую и высокой крепости, флегмой, мы отдаем должное нашим алхимическим учителям. Связь времен. Где-то так.
Посл. ред. 25 Июня 10, 13:15 от александр555
Ну вот об этом я и говорю. Мы все говорим одно слово «дефлегмация», а имеем ввиду каждый своё, разное. Игорь, 25 Июня 10, 09:56
начнем мыслить шаблонами форума.
Я выделил цветами три ключевых слова.Красным слово «частичная», это для Мото. Если конденсация полная, а не частичная, то это уже не дефлегматор, в конденсатор. Игорь, 25 Июня 10, 09:56
Я не призываю менять терминологию. Важно, используя конденсатор в качестве дефлегматора, и называя его по этому дефлегматором, не забывать о том, что дефлегматор работает по несколько иному принципу.
Именно поэтому БК в виде насадочной части и обратного холодильника гораздо эффективнее, чем аламбики/пленочные колонны/сухо-и-мокропарники и т.п. изыски прошлых поколений. Эффективнее по отношению затраты/качество, по отношению простота работы/качество. Более того, СР с совремнным уровнем чистоты вообще нельзя получить (с разумным уровнем затрат в домашних условиях) иначе, как в многоступенчатой насадочной колонне с жидкостным разделением флегмы. но это уже другая история
игорь223, Всё, что ты сказал, в полной мере относится к ректификации. А при получении натуральных дистиллятов разница-то есть!