Уже несколько лет винокуры-энтузиасты осваивают новое направление в перегонке – вакуумную дистилляцию, которую еще романтически называют «космической». Сам принцип известен химикам давно и применяется в нефтяной промышленности, но для самогоноварения это новая тема, успевшая из-за своей специфики обрасти мифами и легендами. Пришло время разобраться, что это такое.
Внимание! Я никогда не практиковал вакуумную перегонку и даже не пробовал вакуумного самогона. Эта статья всего лишь взгляд со стороны.
Теория
При нормальном атмосферном давлении (760 мм ртутного столба или 1 атмосфере) температура кипения воды – 100 °C, спирта – 78,37 °C. Физика процесса такова, что со снижением давления понижается и температура кипения жидкостей. Установлено, что при снижении давления на 0,5 атмосферы (380 мм рт. ст.) температура кипения спирта понижается на 15 °C, то есть закипание происходит при 63 °C.
Вакуумная дистилляция – это процесс отделения этилового спирта из других компонентов браги при пониженном давлении в замкнутой системе, которая не имеет связи с атмосферой. Нужно отметить, что название «вакуумная» неточно передает суть процесса, поскольку создать вакуум (то есть пространство, свободное от любого вещества) в домашних условиях не получится, да и не нужно. Чтобы не вводить пользователей в заблуждение, сторонникам этого метода перегонки правильнее называть его «разряженным», «низко атмосферным» и т.д., но не «вакуумным».
Вакуумная дистилляция бывает однопроходной (брага – готовый дистиллят) и двухпроходной (брага – спирт-сырец – готовый дистиллят, это аналог второй перегонки в классической схеме). Интересно, что большинство сторонников вакуумной перегонки самогона используют однопроходной метод, считая, что для удаления вредных примесей этого достаточно. Некоторые винокуры сначала получают спирт-сырец вакуумным методом, а потом делают повторную дробную перегонку на классическом дистилляторе (при атмосферном давлении), получается комбинированная схема.
Конденсационно-вакуумсоздающие системы вакуумных колонн
Заданная глубина вакуума в вакуумных колоннах создается с помощью конденсационно-вакуумсоздающих систем (КВС) установок АВТ путем конденсации паров, уходящих с верха колонн, и эжектирования неконденсирующихся газов и паров (водяной пар, Н2S, СО2, легкие фракции и продукты термического распада сырья и воздух, поступающий через неплотности КВС).
Конденсационно-вакуумсоздающая система современных установок АВТ состоит из системы конденсации, системы вакуумных насосов, барометрической трубы, газосепаратора и сборника конденсата.
Для конденсации паров на практике применяются следующие два способа (рис. 3.13):
- конденсация с ректификацией в верхней секции вакуумной колонны посредством:
- верхнего циркуляционного орошения (ВЦО);
- острого орошения (ОО);
- конденсация без ректификации вне колонны в выносных конденсаторах-холодильниках:
- поверхностного типа (ПКХ) теплообменом с водой или воздухом;
- барометрического типа (БКС) смешением с водой или газойлем, выполняющим роль хладоагента и абсорбента;
- в межступенчатых конденсаторах, устанавливаемых непосредственно в пароэжекторных насосах (ПЭК), – водой.
Для создания достаточно глубокого вакуума в колонне не обязательно использование одновременно всех перечисленных выше способов конденсации. Так, не обязательно включение в КВС обоих способов конденсации паров с ректификацией в верхней секции колонны: для этой цели вполне достаточно одного из них. Однако ВЦО значительно предпочтительнее и находит более широкое применение, поскольку по сравнению с ОО позволяет более полно утилизировать тепло конденсации паров, поддерживать на верху вакуумной колонны оптимально низкую температуру в пределах 60…80°С, тем самым значительно уменьшить объем паров и газов. Из способов конденсации паров без ректификации вне колонны на установках АВТ старых поколений применялись преимущественно барометрические конденсаторы смешения, характеризующиеся низким гидравлическим сопротивлением и высокой эффективностью теплообмена, кроме того, при этом отпадает необходимость в использовании газосепаратора. Существенный недостаток БКС – загрязнение нефтепродуктом и сероводородом оборотной воды при использовании последней как хладоагента. В этой связи более перспективно использование в качестве хладоагента и одновременно абсорбента охлажденного вакуумного газойля. По экологическим требованиям в КВС современных высокопроизводительных установок АВТ, как правило, входят только поверхностные конденсаторы-холодильники в сочетании с газосепаратором.
В качестве вакуум-насосов в настоящее время применяют струйные насосы — одно- и преимущественно двух- или трехступенчатые эжекторы на водяном паре с промежуточной его конденсацией (ПЭН). Пароэжекционные вакуумные насосы обладают рядом принципиальных недостатков (низкий коэффициент полезного действия, значительный расход водяного пара и охлажденной воды для его конденсации, загрязнение охлаждающей воды и воздушного бассейна и т. д.).
По признаку связи с окружающей средой различают сборники конденсата открытого типа — барометрические колодцы (БК) и закрытого типа — емкости-сепараторы (Е). Вместо широко использовавшихся ранее барометрических колодцев на современных установках АВТ применяют сборники преимущественно закрытого типа, обеспечивающие более высокую экологическую безопасность для обслуживающего персонала.
КВС установок АВТ обязательно включают барометрическую трубу (БТ) высотой не менее 10 м, которая выполняет роль гидрозатвора между окружающей средой и вакуумной колонной.
Глубина вакуума в колоннах при прочих идентичных условиях зависит в значительной степени от температуры хладоагента, подаваемого в выносные конденсаторы-холодильники. При вакуумной перегонке с водяным паром остаточное давление в колонне не может быть меньше давления насыщенных паров воды при температуре их конденсации:
Поэтому обычно летом вакуум падает, а зимой повышается. Практически давление вверху колонны больше вышеуказанных цифр на величину гидравлического сопротивления потоков паров в трубопроводах и выносных конденсаторах-холодильниках.
В последние годы на вакуумных колоннах ряда НПЗ (Московском, Мозырском, Мажейкяйском, Комсомольском, «Уфанефтехиме» и др.) внедрена и успешно эксплуатируется новая высокоэффективная экологически чистая КВС с использованием жидкостного струйного устройства — вакуумного гидроциркуляционного (ВГЦ) агрегата. В ВГЦ-агрегате конденсация паров и охлаждение газов осуществляется не водой, а охлаждающей рабочей жидкостью (применительно к АВТ —газойлевой фракцией, отводимой из вакуумной колонны). По сравнению с традиционным способом создания вакуума с использованием паровых эжекторов, КВС на базе ВГЦ-агрегатов обладает следующими преимуществами:
- не требует для своей работы расхода воды и пара;
- экологически безопасно, работает с низким уровнем шума, не образует загрязненных сточных вод;
- создает более глубокий вакуум (до 67 Па или 0,5 мм рт. ст.);
- полностью исключает потери нефтепродуктов и газов, отходящих с верха вакуумной колонны;
- значительно уменьшает потребление энергии и эксплуатационные затраты на тонну сырья;
- позволяет дожимать газы разложения до давления, необходимого для подачи их до установок сероочистки.
Принципиальная технологическая схема КВС для перспективных установок АВТ с использованием ВГУ агрегатов приведена на рис. 3.14.
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА, С. А. Ахметов, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов, 2006
Самогонный аппарат для вакуумной дистилляции
Если сравнивать с обычным дистиллятором, то дополнительно требуются датчик давления и вакуумный насос с хотя бы простейшей автоматикой, также герметизируют все соединения и приемную емкость самогона, делая дистиллятор замкнутой системой. В большинстве конструкций датчик снимает показания с приемной емкости, к ней же подсоединен и насос.
Процесс вакуумной перегонки происходит следующим образом: винокур задает на датчике нужное давление в системе, насос выкачивает воздух из аппарата до требуемой величины, создавая разряжение. Далее брагу нагревают и перегоняют как обычно.
Для разделения дистиллята на фракции («головы», «тело» и «хвосты») используют несколько приемных емкостей, в которые пускают готовый продукт через «делитель потоков» — несколько трубок, ведущих от холодильника в разные приёмные емкости. При сборе «голов» открывают краник к первой емкости, а при сборе «тела» первую трубку перекрывают и направляют дистиллят во вторую емкость.
Если в теории всё просто, то на практике аппарат для вакуумной дистилляции существенно отличается от классического, поскольку нужно решить ряд проблем, вот только некоторые из них:
- куб должен быть толстостенным и с ребрами жёсткости – при разряжении внешняя атмосфера начинает давить на стенки из вне, и если они тонкие, то куб может смяться как консервная банка;
- полная герметизация – кламповые соединения, отверстия для термометров и трубок, а также другие элементы не должны даже минимально пропускать воздух, иначе нормального разрежения не получится, насос будет постоянно выкачивать воздух;
- при низком давлении существенно возрастает пенообразование в браге и скорость пара в колонне. В результате контролировать перегонку и дробление на фракции сложнее, требуются дополнительные конструктивные решения или полная переделка холодильника;
- каждая приемная емкость должна иметь не только трубку для подвода дистиллята, но еще и как минимум одну трубку для уравнивания давления. Вследствие чего аппарат обрастает невероятным количеством трубок, краников и переходников, их нужно правильно подключить и знать, когда открывать/закрывать потоки.
Всё это отразилось на стоимости вакуумных дистилляторов. На момент написания статьи (23.03.2020) я видел самый дешевый комплект для вакуумной перегонки по цене 29981 рублей, при этом объем его куба всего 12 литров. Более продвинутые и объемные модели стоят 60-165 тысяч рублей.
Перегонка углеводородных масел: .вакуумная перегонка – C10G 7/06
Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к способу и вариантам установок для осуществления способа перегонки нефтяного сырья для получения продуктов перегонки. Способ получения нефтяных фракций заключается в перегонке нефтяного сырья в ректификационной колонне с получением кубового остатка, паров дистиллята и, по крайней мере, одного бокового погона. Из ректификационной колонны ниже уровня вывода бокового погона осуществляют вывод и жидкого циркуляционного орошения, которое охлаждают и возвращают в ректификационную колонну выше уровня его вывода. Отбираемый боковой погон направляют в отпарную колонну. Из нижней части отпарной колонны осуществляют вывод жидкой фракции бокового погона, а из верхней части отпарной колонны отбирают пары фракции бокового погона с последующим их эжектированием и возвратом в ректификационную колонну. Циркуляционное орошение подают в качестве эжектирующей среды в жидкостно-газовый струйный аппарат, посредством которого из отпарной колонны откачивают пары фракции бокового погона с их конденсацией в жидкостно-газовом струйном аппарате. Образованную в жидкостно-газовом струйном аппарате смесь направляют в ректификационную колонну в качестве жидкости циркуляционного орошения ниже уровня отвода бокового погона. Установка для получения нефтяных фракций содержит ректификационную колонну, снабженную магистралями подачи нефтяного сырья, отвода паров дистиллята с верхней части ректификационной колонны, отвода кубового остатка, отвода жидкости циркуляционного орошения, подачи циркуляционного орошения в ректификационную колонну и, по крайней мере, одной магистралью отвода бокового погона. Кроме того, установка включает отпарную колонну, насос и теплообменник-холодильник. Вход насоса подключен к магистрали отвода жидкости циркуляционного орошения из ректификационной колонны, а магистраль подачи циркуляционного орошения подключена к ректификационной колонне выше магистрали отвода жидкости циркуляционного орошения и ниже отвода бокового погона. Магистраль отвода бокового погона подключена к отпарной колонне, снабженной магистралью отвода жидкой фракции бокового погона и магистралью отвода паров легких фракций бокового погона. Установка снабжена также жидкостно-газовым струйным аппаратом. Насос выходом через теплообменник-холодильник подключен к входу жидкой среды в жидкостно-газовый струйный аппарат. Магистраль отвода паров легких фракций бокового погона из отпарной колонны подключена к газовому входу жидкостно-газового струйного аппарата, который выходом смеси подключен к магистрали подачи циркуляционного орошения или к ректификационной колонне ниже магистрали отвода бокового погона. В другом варианте установки вход насоса подключен к магистрали отвода циркуляционного орошения из ректификационной колонны. Установка также снабжена жидкостно-газовым струйным аппаратом, насосом для подачи эжектирующей среды и емкостью. Магистраль отвода паров легких фракций бокового погона из отпарной колонны подключена к газовому входу жидкостно-газового струйного аппарата, который входом жидкой среды подключен к выходу насоса подачи эжектирующей среды и выходом смеси подключен к емкости, которая подключена к магистрали подачи циркуляционного орошения или к ректификационной колонне ниже магистрали отвода бокового погона. Вход насоса подачи эжектирующей среды подключен к емкости, а насос выходом подключен через теплообменник-холодильник к входу жидкой среды в емкость и/или к входу насоса подачи эжектирующей среды. Технический результат — снижение энергетических затрат и повышение качества нефтепродуктов из боковых погонов ректификационной колонны. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Преимущества вакуумной дистилляции самогона
Продавцы оборудования главными преимуществами вакуумной перегонки считают высокое качество и выдающиеся органолептические свойства напитка. Правда, мне не удалось найти ни одного объяснения, в котором отличия от классического варианта были бы четко и подробно описаны. Считается, что низкая температура лучше сохраняет вкус и аромат исходного сырья, поэтому дистиллят получается «свежее» традиционного «компота», сваренного ближе к 100 °C.
Однако здесь тоже всё туманно. Например, адептами метода заявлено, что вакуумная дистилляция одинаково хороша как для зерновых, так и фруктовых браг. Думаю, в случае с зерновым сырьем «свежесть» будет вредить. Например, если виски имеет нотки хлеба как раз за счет высокой температуры перегонки, то получается, что из этой же браги «свежий» низкотемпературный вакуумный самогон будет с нотками проросшего зерна. Но это всего лишь предположение…
В теории более высокое качество возможно получить за счет меньшего времени и температуры кипячения. В результате белок не денатурируется, эфиры почти не разлагаются, а тяжелых примесей в готовый продукт попадает меньше. Но теорию всегда нужно доказывать практикой, например, хроматограммой двух дистиллятов из одной и той же браги. Производители вакуумных аппаратов, продавая свои комплекты для дистилляции за космические деньги, пока не удосужились сделать сравнительно копеечную с их ценами хроматограмму, что странно…
Более высокое качество вакуумного самогона вызывает сомнения
Также преимуществом вакуумной дистилляции является экономия на энергоносителях и меньшее время перегонки в сравнении с классическим методом.
Внимание! В некоторых статьях о вакуумной дистилляции написано, что полученный напиток абсолютно безопасен и не вызывает похмелья. Это откровенная дезинформация, потому что спорить можно о степени вредности и тяжести похмелья, но никак об их отсутствии. Природа спирта такова, что он сам по себе вредит организму, даже без учета других примесей в составе.
