Вертикальный кожухотрубный дефлегматор или холодильник. Как улучшить состав самогона или для чего нужен дефлегматор? Какой лучше, как сделать своими руками

Общие положения

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?

Сухопарник

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.

Другая конструкция

Другая схема самогонного аппарата с подобным дополнительным устройством предусматривает по 5 медных трубок малого диаметра в «дефлегматоре». Пять входных и столько же выходных. Они берутся от ненужного или сломанного холодильника. Пучки таких трубочек пропускаются через пластиковую трубу (отрезок нее) большего диаметра (12 см). Закрепляются пучки в ней посредством эпоксидной смолы и «суперклея». А пластиковая труба проходит через штуцер соответствующего диаметра. В крышку дефлегматора встраиваются два этих пучка и закрепляются тем же.

Змеевик тоже делается из пяти таких трубок. Соединяются медные пучки с перегонным кубом без шлангов, а напрямую. Герметизация производится той же «эпоксидкой», «суперклеем» и жестью. На змеевик тоже нет специальных переходников, пучок трубок переходит в него, важно лишь выбрать длину перед началом конструирования. Сделать витки можно на стеклянной бутылке, трубочки от холодильника легко гнутся. Емкость для сухопарника берется большая и с широкой по диаметру крышкой.

О сложном устройстве

Сделать дефлегматор для самогонного аппарата можно и из металла. Он будет работать не хуже стеклянного. Лучшая конструкция – это устройство их нержавеющей стали. Дефлегматор можно сварить из этого металла, взяв отрезок трубы или купить. Чем больше отстойник, тем больший нужен для него. Еще устройство отбора флегмы можно сделать из старого термоса объемом 0.75 л. Процесс очень трудоемкий и сложный, нужны слесарные навыки и знание сварочных работ. Надо вытащить внутреннюю колбу, просверлить отверстия, припаять трубки и проделать еще много операций, а затем снова вставить. Получится маленькая ректификационная колонна с дефлегматором. Подвод воды в промежуток между внешней и внутренней колбами бывшего термоса от холодильника при ректификации даст разделение алкогольных фракций по крепости их.

О процессе

Поступающая обратно в перегонный куб часть дистиллята и остающиеся обеспечит получение на выходе спиртового напитка повышенной крепости. Если нет устройства отбора флегмы, то количество сивушных масел в готовом алкогольном продукте будет превышено. Ослабнет несколько и его крепость, ухудшится вкус, а особенно запах. Самый распространенный дефлегматор делается стеклянным. Металлические конструкции более сложны и используются обычно в ректификационных колоннах.

Настоящему дефлегматору для работы нужен подвод холодной проточной воды. Он часть ректификационной колонны, применяемой в промышленности. Дистилляция предусматривает прямой переход пара в жидкость, тогда как ректификация – это разделение фракций. Задачей дефлегматора является направление флегмы обратно в перегонный куб. Там она снова испарится, и этот процесс повторится многократно.

Устанавливается строго вертикально. Пленка флегмы стекает по внутренней стенке ее и поступает в куб. Теплообмен между паром и жидкостью идет непрерывно. А на выходе получаются спиртовые жидкости с разной крепостью. Многократная перегонка браги с собиранием в противоточные емкости позволяет получить и спирт-ректификат, а не сырец, как в случае дистилляции.

О промышленном товаре

В продаже есть дистилляторы с ректификационными царгами. Что это такое? Царга в самогонном аппарате соединяется с перегонным кубом и дефлегматором. Она применяется для разделения разбавленного самогона на фракции. Работая в разных режимах (с закрытым и открытым штуцером), царга повышает флегмовое число. Часть легких спиртовых паров конденсируется в дефлегматоре, поступая затем обратно для дистилляции. А часть превращается в спирт-ректификат. На самогонном аппарате царга крепится к атмосферному штуцеру (клапану давления).

Изготовить качественный спиртной напиток в домашних условиях требует четкого понимания процесса и наличия дополнительных устройств, а не только сам перегонный куб и холодильник. Одним из таких вспомогательных элементов в системе самогонного аппарата и комплектующих является дефлегматор. Он может принимать различные размеры, быть изготовлен своими руками или приобретен уже в готовом виде от производителя. Все зависит от типа оборудования, будет ли это типовой самогонный аппарат или ректификационная колонна, а также от желаемой производительности, требований к конечному продукту.

Часто под названием сухопарник или отстойник понимают устройство дефлегматора, принцип работы которого заключается в следующем:

• Спиртовые соединения закипают или начинают испаряться при более низких температурах, чем большинство сивушных масел и других элементов, портящих качество алкоголя;
• Более тяжелые фракции оседают в сухопарники, в частности, находящейся в нем жидкости. Это позволяет блокировать попадание части нежелательных соединений в готовый продукт;
• Частично сконденсированный пар продолжает свое движение с уже пониженной температурой и более высокой концентрацией спирта. Если рассматривать ректификационную колонну, а не классический самогонный аппарат, то часть флегмы или смеси спиртового пара и жидкости снова поступают в перегонную установку. Это позволяет в значительной степени увеличить крепость продукта на выходе.

Установленный дефлегматор, работая по простому принципу отбора химических соединений, позволяет в значительной степени улучшить качество продукта. Его можно назвать и своеобразным вспомогательным холодильником, который в промежуточной стадии понижает температуру рабочей смеси.

Если раньше отстойник был необязательным элементом в системе перегонки, то сейчас опытные самогонщики обязательно устанавливают аппарат в систему. Сделать это можно и своими руками или обратиться к специалистам, если не нет желания проводить эксперименты. Есть возможность приобрести уже готовое устройство, в частности, дефлегматор или холодильник Димрота, который отличается своей практичностью и профессиональной производительностью, он и визуально больше похож на лабораторное оборудование, за счет стеклянной колбы и змеевика.

Кроме дефлегматора Димрота существуют и другие модели агрегатов, но при их выборе следует ориентироваться, какой самогонный аппарат, показатели производительности и на общую масштабность. Если аппарат собирается самостоятельно, то в качестве отстойника можно использовать специально подготовленную стеклянную банку со штуцерами, хотя вариант уже готового сухопарника будет надежней.

Преимущество самогонных аппаратов с дефлегматором

Некоторые начинающие изготовители алкоголя в домашних условиях пренебрегают наличием отстойника, хотя это устройство может стать очень полезным элементом в работе всего перегонного комплекса. Из очевидных преимущественных особенностей присутствия дефлегматора в системе можно выделить следующее:

1. Сниженная концентрация сивушных масел, которые и формируют специфический и неприятный запах у самогона. При грамотном составление системы или применении уже укомплектованного производителем самогонного аппарата продукт на выходе не требует дополнительного механического очищения. Если рассматривать дефлегматор, встроенный в ректификационной колонне, то такой вариант изготовления спиртосодержащих напитков считается одним из самых практичных. Полученные раствор отличается высокой степенью очистки, крепость может достигать 96%, что также может регулироваться. Очищение за счет сухопарника эффективней в несколько раз использования химических методик;
2. Повышение крепости. Так как флегма может возвращаться в брагу, то повышается и концентрация спирта в конечном продукте, который и выводит самогонный аппарат;
3. Барьерный элемент. Дефлегматор или сухопарник предотвращает попадания браги в уже практически готовый раствор. Если такая ситуация произойдет, то придется снова проводить действия по отделению спиртовых паров, сивушных масел и других соединений;
4. Отстойник в качестве ароматизатора. Иногда дефлегматор применяется не только по основному назначению, но и для придания спиртовому раствору оригинального аромата. Для этого в емкость сухопарника добавляется корочка лимона или часть другого ингредиента.

Все эти факторы только упрощают приготовления алкогольных напитков и делают их более чистыми относительно сопутствующих перегонке браги соединений.

Какими могут быть дефлегматоры

Сейчас доступно любое оборудование для процесса приготовления алкоголя в домашних условия и можно приобрести практически любые детали, в том числе и сухопарник. Дефлегматоры преимущественно выполняются из стекла, в том числе и устройство Димрота. Сами трубки могут быть из нержавеющей стали и реже из титана. В основном для самогоноварения применяются стеклянные трубки. Изделия имеют и разные названия, что лежит в основе принципа действия и конструктивных особенностей деталей. Например, аппарат Димрота имеет обратный принцип действия, то есть сконденсированный раствор возвращается обратно в емкость, а не поступает в тару для конечного продукта. Считается, что такая модель дефлегматора одна из практичных и функциональных. Сам корпус выполнен из специального термостойкого стекла и это облегчает наблюдения за самим процессом дистилляции, а также никак не влияет на вкусовые качества напитка. Такая характеристика также важна, так как, если материала имеет невысокую стойкость к агрессивным средам, реагирует на перепады температур, то это может сказаться на привкусе спиртного. Для работы необходим подвод проточной воды, а также наличие специальной колбы, например, Бунзена.

Можно ли сделать дефлегматор самостоятельно

Сделать своими руками сухопарник достаточно легко, но в случае отсутствия времени и желания конструировать, лучше отдать предпочтение уже готовым экземплярам. Кроме этого, некоторые модели просто невозможно выполнить четко по аналогии с подобными изделиями, но изготовленными в промышленных условиях.

Существует различные варианта конструирования сухопарников и если есть желание, опыт и технические возможности, то можно с помощью паяльника и некоторых других атрибутов, заняться сбором устройства. Насколько эффективно будет налажена работа дефлегматора и будут ли исключены аварийные ситуации, зависит исключительно от расчетных данных, применяемых материалов и методики сбора.

Самым простым сухопарником является банка, именно она может отлично справляться с функциями отстойника или сухопарника и в некоторой степени усовершенствовать аппарат для самогона. Естественно, что такое приспособление будет отличаться по практичности с профессионально изготовленным изделием, но все же, также может быть полезным в системе перегонки, выполненной своими руками. Объем банки зависит от мощности самогонного аппарата, обычно используются банки от 750 мл. Важно найти банку с закручивающейся крышкой, что облегчает процесс применения приспособления. Также следует подготовить штуцеры, гайки и клей, имеющий высокие показатели относительно термостойкости.

Поэтапно мероприятие, как сделать дефлегматор и преимущественно своими руками выглядит следующим образом:

1. На металлической крышке определяются места, где будут располагаться штуцеры. Наносятся их очертания с учетом диаметра;
2. Подготовка отверстий, вырез можно сделать шилом. Это займет некоторое время, так как способ предполагает проведение шилом по контуру, пока не сформируется отверстие;
3. Обработка термоустойчивым клеем, которая проводится перед самой сборкой;
4. Сборка штуцеров, укрепление гайками. Рекомендуется располагать входящую трубку ниже выводящей, примерно на 1-1,5 см;
5. Присоединение к соединительным элементам самогонного аппарата, обычно сухопарник располагается между перегонным кубом и основным холодильником.

Для ректификационной колонны такой отстойник не подойдет и лучше обратить внимание на вариант дефлегматора из термоса. Сделать такое устройство будет не всем под силу, так как потребуется навыки обтачивания сварочных швов, опыт припаивания, сверления и конечно, огромное желание собрать весь этот агрегат своими руками.

Условно это процесс можно представить следующим образом:

1. Зачищение дна термоса, приваривание скобы, пропускание через проволоки и фиксация к стене. Все это направлено на разборку термоса, который после всех этих манипуляций следует резко дернуть;
2. Обтачивание сварочного шва до формирования зазора;
3. Внутренняя колба вытаскивается, к ней привариваются вентиляционная трубка;
4. Фиксация пробирки ко дну;
5. Припой узла забора к горловине, в котором подготавливается отверстие, устанавливается трубка;
6. Подготовка отверстий во втулке, выполненной из фторопласта и укрепление трубки;

Все действия по изготовлению дефлегматора с применением термоса достаточно трудоемкий процесс и справиться с ним можно только при большом желании. Сэкономить время, сохранить термос и обеспечить самогонный аппарат или ректификационную колонну качественным сухопарником, можно намного проще. Достаточно подобрать оптимальный вариант дефлегматора к уже имеющемуся или вновь приобретаемому аппарату, произведенному согласно специфике технологии и применяемых условий.

Относительно стоимости вспомогательного оборудования, то можно найти модели по весьма приемлемым ценам. Кроме этого, современный аппарат и ректификационная колонна уже идут в комплекте, имеется и дефлегматор, соединительные элементы и другие необходимые детали.

Дефлегматор – определённо новое и не совсем знакомое устройство для начинающих самогонщиков, в назначении которого стоит разобраться. Возможно, оно многим известно под менее броскими названиями – сухопарник или отстойник . Дефлегматор для самогонного аппарата предназначен для модернизации перегонного куба и улучшения качества получаемой на выходе продукции. Изготавливать алкоголь можно и без него, но уровень напитка в таком случае заметно отличается. Для того, чтобы понять, как работает дефлегматор и в чём его основные преимущества, необходимо подробно разобраться с его устройством и назначением.

Рассматривая дефлегматор, стоит начать с того, что же это такое. Это устройство, являющееся дополнением к самогонному аппарату и предназначенное для повышения качества изготавливаемого продукта. Главный враг, который влияет на качество самогона – это сивушные масла, обладающие неприятным запахом и крайне вредным воздействием на организм человека. Ректификационные колонны с дефлегматорами разделяют перегоняемый спирт на фракции, задерживая в себе ядовитые примеси.

Для чего нужен сухопарник:

• Повышения крепости напитка.
• Отделение сивушных масел.
• Устранение неприятного запаха.
• Защита дистиллята от кипящей браги.
• Ароматизирование готового продукта.
• Деление на фракции.

Для более эффективной очистки применяют сразу 2, а то и 3 дефлегматора. Многие считают, что достаточно и одного. Это мнение не лишено смысла, но за счёт увеличения количества дополнительного оборудования повышается не только степень очистки самогона, но и его крепость на выходе. Дефлегматор можно сравнить со своеобразным фильтром – чем их больше, тем качественнее отделяются вредные примеси.

Принцип работы

Принцип работы дефлегматора достаточно прост, несмотря на внешнюю сложность его конструкции. Чтобы лучше понять процессы, происходящие в нём, нужно хорошо представлять саму установку. Самое простое устройство дефлегматора представляет собой 2 цилиндра различного диаметра, вставленные один в другой таким образом, чтобы между ними оставалось свободное пространство. Вся конструкция помещается на верхнюю часть перегонного куба и подсоединяется к нему. В свободной полости находится спиралевидная трубка, в которую поступает вода, выполняющая роль охладителя. Цилиндр меньшего диаметра, находящийся внутри, будет служить в качестве пути для отведения пара, содержащего спирт. В нижней части всей конструкции располагается кран для отведения готового продукта.

Теперь можно приступить к рассмотрению самого процесса ректификации. Спиртовой пар при перегонке движется вверх и поступает в дефлегматор. В нём он соприкасается с охлаждённой трубкой, от чего начинает конденсироваться. За счёт того, что у каждой составляющей перегоняемой жидкости различные температуры кипения, появляется возможность отделять вредные вещества, регулируя температуру охлаждения. Спирт достигает точки кипения намного раньше, чем сивушные масла. За счёт этого пар охлаждается и конденсирует очищенный алкоголь, а ядовитые вещества оседают и задерживаются дефлегматором.

Самогонный аппарат с дефлегматором

Дефлегматор для самогонного аппарата является незаменимым дополнением. Многие начинающие самогонщики пренебрегают его использованием и совершают большую ошибку. Он помогает не только повысить вкусовые характеристики самогона, но и, в первую очередь, обезопасить себя от сивушных масел. Обычное разделение на фракции, особенно при недостатке опыта, может быть не качественным. Это повлечет за собой либо полную порчу продукта, либо его низкое качество, что, в любом случае, будет неприятным последствием.

Ещё один плюс в пользу дефлегматора – то, что не обязательно приобретать дорогостоящую конструкцию в специализированном магазине. Существует множество различных моделей аппаратов, самые простые из которых можно изготовить самостоятельно.

Какими они могут быть

Самогонные аппараты с дефлегматором, могут иметь несколько различных конструкций. Одно из самых распространённых и эффективных устройств – холодильник Димрота. Как уже говорилось ранее, он представляет собой конструкцию из нескольких колб с охлаждающей спиралью внутри. Цилиндры чаще всего изготавливаются из жаропрочного стекла, а охладитель из нержавейки, а в редких случаях из титана. Дефлегматор Димрота обладает высокой степенью очистки и простотой в эксплуатации. Минус в том, что его вряд ли получится изготовить в домашних условиях, проще приобрести аппарат в специализированном магазине.

Ещё одна конструкция дефлегматора представляет собой обычную стеклянную банку с крышкой. К ней крепятся при помощи штуцеров 2 трубки. Одна является входящей, другая выходящей. Трубка, по которой будет поступать, пар должна располагаться немного ниже, примерно на 1 сантиметр. Такой агрегат менее эффективен, чем холодильник Димрота, но достаточно прост в изготовлении и абсолютно не затратен. В зависимости от мощности перегонного куба можно подобрать банку требуемого объёма, а завинчивающаяся крышка упрощает обслуживание.

Стеклянные дефлегматоры применяются реже. Они изготавливаются из термостойких трубок и колбы, отводящих спиртовые пары напрямую к холодильнику.

Четвёртый вариант отстойника – ректификационная колонна. Она изготавливается из обыкновенного термоса. Такой дефлегматор тоже можно изготовить самостоятельно, но придётся изрядно потрудиться, так как потребуется паять и сверлить колбы термоса для установки всех требуемых конструкцией деталей. Его преимущество в том, что он максимально приближен по эффективности к установкам заводского изготовления.

Как сделать в домашних условиях

Самые простые самогонные аппараты с дефлегматором легко изготавливаются в домашних условиях. Для этого не придётся тратиться, потребуется лишь небольшое умение. Легче всего делать дефлегматоры своими руками из обычных банок. Он менее затратен.

Трубка из стекла

Трубка из стекла, применяемая для очистки самогона, называется ёлочным дефлегматором . Его конструкция достаточно простая. Она представляет стеклянную трубку до 50 сантиметров в длину. Внутри неё располагаются обтекатели . Трубка герметично устанавливается в колбу. В верхней части конструкции располагается отвод к холодильнику.

Термос

Один из самых эффективных домашних дефлегматоров изготавливается из термоса . У него отделяется дно, после чего в соединительной перегородке вытачивается зазор по всей окружности. Далее нужно извлечь внутреннюю колбу, вставить в её дно трубку и закрепить. К внешней колбе припаиваются 2 трубки: по одной сверху и снизу. После этого вся конструкция обратно собирается, в дне и перегородке делается отверстие под трубку и детали тщательно пропаиваются.

Стеклянная банка

Самый простой дефлегматор для самогонного аппарата своими руками стеклянная банка. Для изготовления потребуются:

• Стеклянная банка с закручивающейся крышкой.
• 2 гайки.
• 2 штуцера.
• Термостойкий клей.

Нужно взять крышку от банки и разметить расположение входного и выходного отверстия. Для более точного монтирования штуцеры обводятся по своей форме на крышке. По выполненной разметке вырезаются 2 отверстия, края которых смазываются клеем. После этого вставляются оба штуцера и ненадолго оставляются в покое для высыхания. Выждав время можно накрутить гайки и приступить к установке. Дефлегматор устанавливается между перегонным кубом и холодильником, подключаясь через трубки.

Какой лучше

Нельзя определённо сказать какой из дефлегматоров лучше всех остальных. У каждого свои достоинства и недостатки. Если выбирать между самодельной конструкцией и заводской, то лучше потратить деньги, но приобрести что-то надёжное. Если же выбор стоит между тем, что изготавливать своими руками, то тут каждый выбирает исходя из конкретных условий. Самым надёжным считается дефлегматор из термоса, но в некоторых случаях достаточно и баночной конструкции, тем более, она проще и дешевле.

На предпочтение влияет не только финансовая сторона, но и объёмы производства, мощность перегонного куба, исходный состав браги и другие факторы. Чтобы окончательно расставить все точки над и, посмотрите видео по данной теме, которое поможет определиться с выбором.

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.