Оптимальная высота царги с СПН: сколько нужно для чистого спирта

Короткий ответ

Для двухдюймовой колонны с насадкой СПН 3,5 × 3,5 мм зона питьевого спирта начинается примерно с 1000 мм царги. Уверенный рабочий режим, который прощает неточности настройки, — 1250–1500 мм.

Выше полутора метров смысла почти нет: тарелки прибавляются, но чистота уже упирается в физический предел, а колонна дольше выходит на режим и требует больше насадки.

Для узкой царги 1,5 дюйма достаточно меньшей высоты, для трёхдюймовой — нужна большая. Ниже разберём почему и посчитаем на цифрах.

Теоретическая тарелка и ВЭТС простыми словами

Внутри царги нет никаких тарелок — это единица измерения, а не деталь.

Одна теоретическая тарелка — это участок колонны, на котором пар и стекающая навстречу флегма успевают обменяться так, что пар обогащается спиртом на один «шаг». Чем больше таких шагов, тем чище продукт наверху.

ВЭТС — высота слоя насадки, которая даёт одну такую тарелку. Иногда пишут ВЭТТ — это то же самое, разница только в расшифровке: «ступень» или «тарелка».

Дальше всё просто:

Число тарелок = высота слоя насадки ÷ ВЭТС

Для нашей СПН 3,5 × 3,5 мм в двухдюймовой царге ВЭТС составляет 27 мм. Значит метровый слой насадки даёт примерно 37 тарелок.

Сколько тарелок даёт каждая высота

Здесь и дальше расчёт для царги Ø48 мм (2 дюйма) с пыжами РПН по 30 мм сверху и снизу — типовая домашняя конфигурация.

Как высота царги влияет на объём засыпки, вес насадки и число теоретических тарелок

Высота царги	Слой насадки	Насадки нужно	Теоретических тарелок	Что получится
500 мм	440 мм	0,83 кг	16,3	НДРФ, протоспирт
750 мм	690 мм	1,30 кг	25,6	НДРФ, протоспирт
1000 мм	940 мм	1,77 кг	34,8	Спирт 96,6%
1250 мм	1190 мм	2,24 кг	44,1	Спирт 96,6%
1500 мм	1440 мм	2,71 кг	53,3	Спирт 96,6%
2000 мм	1940 мм	3,65 кг	71,9	Спирт 96,6%

Строки со спиртом 96,6% выделены. Обратите внимание: между 1500 и 2000 мм прибавка тарелок есть, но чистота уже упирается в предел — расти дальше почти некуда, а насадки нужно на 0,94 кг больше.

Обратите внимание на первую колонку: высота царги и высота слоя насадки — разные вещи. Пыжи занимают 60 мм, и на них насадка не работает. При заказе считать нужно слой, а не длину трубы.

Сколько тарелок нужно на самом деле

Здесь стоит развести два ориентира, которые часто путают.

26 тарелок — граница, с которой начинается зона питьевого спирта. Это минимум, при котором продукт в принципе получается.

40–60 тарелок — режим, в котором работают на практике. Запас нужен не ради лишних десятых процента, а потому что реальная колонна работает не в идеальных условиях: мощность плавает, флегмовое число выставлено на глаз, температура в помещении меняется. Высокая колонна эти отклонения сглаживает, короткая — нет.

Из таблицы видно, что 40–60 тарелок — это как раз 1250–1500 мм царги. Отсюда и берётся «золотой стандарт» в полтора метра, о котором пишут на форумах.

Почему выше не всегда лучше

Пять причин, по которым бесконечно наращивать высоту не имеет смысла.

Отдача падает — но не там, где обычно думают. Тарелки от высоты растут ровно пропорционально: удвоили слой — удвоили число тарелок, никакого насыщения здесь нет.

Расчёт калькулятора

Царга Ø48 мм, СПН 3,5 мм, пыжи по 30 мм. Число тарелок удваивается вместе с высотой — а вот продукт после 96,6% уже не улучшается.

• 500 мм царги слой 440 мм
  16 тарелок
• 1000 мм царги слой 940 мм
  35 тарелок
• 1500 мм царги слой 1440 мм
  53 тарелок
• 2000 мм царги слой 1940 мм
  72 тарелок

Значения из калькулятора СПН этого сайта: тарелки = высота слоя ÷ ВЭТС.

Насыщается не число тарелок, а чистота. Спирт с водой образует азеотроп на 97,2%, и чем ближе к нему, тем больше тарелок нужно на каждую следующую десятую процента. Тарелки с 40 до 60 добавить легко — они дадут прирост качества, который вы не различите на вкус.

Растёт сопротивление потоку. Каждый сантиметр насадки мешает пару идти вверх. Слишком высокий слой заставляет работать на меньшей мощности, а на скачке нагрева колонна захлебнётся раньше.

Дольше выход на режим. Полутораметровой колонне нужно заметно больше времени на работу «на себя», чем метровой. Это часы вашего времени на каждой перегонке.

Потолок и устойчивость. Двухметровая царга плюс куб плюс узел отбора — это уже конструкция, которая в обычной кухне не встаёт и требует крепления.

Расход насадки. Переход с 1500 на 2000 мм — это почти килограмм насадки дополнительно при разнице в продукте, которую не различить на вкус.

Диаметр важнее, чем кажется

Одна и та же высота в разных колоннах работает по-разному. Сравним царгу 1500 мм с одинаковой насадкой:

Диаметр	ВЭТС	Тарелок	Мощность предзахлёба
Ø35 мм (1,5″)	23 мм	63,5	0,85 кВт
Ø48 мм (2″)	27 мм	53,3	1,59 кВт
Ø72 мм (3″)	34 мм	42,7	3,58 кВт

Узкая колонна разделяет лучше при той же высоте, но работает втрое медленнее. Широкая — наоборот: тарелок меньше, зато выдерживает втрое большую мощность и даёт больше продукта в час.

Причина в пристеночном эффекте: у стенки насадка лежит рыхлее, там образуются каналы, и часть потока проходит мимо основной массы. Чем шире труба, тем сильнее сказывается.

Практический вывод: если у вас три дюйма и нужен спирт, высоту берите с запасом — 1500 мм для трёхдюймовой колонны это минимум, а не оптимум.

Как подобрать высоту под свою задачу

Порядок действий

Четыре шага от цели до заказа

1. 1

   Определите цель

   Спирт-ректификат — 40–60 тарелок. Ароматный дистиллят — разделение не нужно, хватит 15–50 см слоя.

2. 2

   Возьмите размер под диаметр

   Для 1,5–2 дюймов это 3,5 мм. Мельче даёт больше тарелок на сантиметр, но раньше захлёбывается.

3. 3

   Посчитайте слой

   Высота слоя = нужные тарелки × ВЭТС. Для 3,5 мм в двухдюймовой царге ВЭТС около 27 мм.

4. 4

   Добавьте пыжи

   К слою прибавьте 60 мм на пыжи сверху и снизу — это и будет длина царги, которую нужно купить.

Что ещё влияет, кроме высоты

Высота — не единственный рычаг, и часто не самый дешёвый. Прежде чем наращивать царгу, стоит проверить три вещи.

Флегмовое число. Это отношение возвращаемой в колонну флегмы к отбираемому продукту. Чем оно выше, тем чище продукт при той же высоте — вы просто платите за это временем. Поднять флегмовое число ничего не стоит, а прирост чистоты бывает как от лишних двадцати сантиметров насадки.

Утепление царги. Неутеплённая труба отдаёт тепло в комнату, часть пара конденсируется на стенке и стекает мимо насадки. Разделение падает, а вы об этом не знаете. Утеплитель стоит копейки и работает всегда.

Равномерность засыпки. Насадку засыпают понемногу, с лёгким постукиванием по стенке. Пустоты и каналы означают, что часть слоя не работает: формально у вас полтора метра, фактически — метр. Это самая частая причина, по которой «высокая колонна почему-то не даёт чистоты».

Пример расчёта для двухдюймовой колонны

Возьмём типовую задачу: нужен спирт 96,6%, колонна 2 дюйма, потолок позволяет поставить царгу 1500 мм.

1. Высота слоя насадки: 1500 − 30 − 30 = 1440 мм
2. ВЭТС при Ø48 мм: 27 мм
3. Тарелок: 1440 ÷ 27 = 53,3 — уверенно в зоне спирта
4. Объём засыпки: 2,61 л
5. С запасом на усадку 4%: 2,71 кг насадки к покупке
6. Рабочая мощность: 1,35 кВт, предзахлёб — 1,59 кВт

Пятьдесят три тарелки — это тот самый режим с запасом. Даже если мощность уйдёт на десятую долю киловатта или флегмовое число окажется не идеальным, колонна отработает нормально.

Если высокую царгу поставить некуда

Три рабочих способа получить нужное разделение при ограниченной высоте.

Насадка помельче. У СПН 2 × 2 мм ВЭТС меньше, чем у 3,5 × 3,5, значит на той же высоте помещается больше тарелок. Плата — сопротивление потоку растёт, колонна захлебнётся на меньшей мощности, отбор пойдёт медленнее.

Выше флегмовое число. Возвращая в колонну больше флегмы, вы фактически прогоняете продукт через насадку многократно. Короткая колонна с ФЧ 6–8 может дать результат метровой с ФЧ 4. Плата — время: отбор замедляется пропорционально.

Две царги вместо одной. Иногда проще разместить полтора метра как две царги по 750 мм с соединением, чем одну длинную — по высоте потолка это то же самое, но по монтажу и хранению удобнее.

Чего делать не стоит — утрамбовывать насадку, чтобы «влезло больше». Уплотнённый слой не добавляет тарелок, зато гарантированно приводит к захлёбу.

Посчитайте свою колонну

В таблице выше — типовая двухдюймовая конфигурация. Если у вас другой диаметр, другие пыжи или другая насадка, подставьте свои размеры: калькулятор посчитает слой, вес к покупке, число тарелок и обе мощности по тем же данным, что и эта статья.