Итак, начнем с простых вопросов. Первый из них: какова сила массы куба? Чтобы ответить, достаточно знать температуру кипения массы в текущий момент времени.
Легенда:
- T1 — температура кубового остатка;
- Т2 — температура пара;
- T3 — температура пара, поступающего в колонну.
Всех сбивает с толку неправильный термин — «кубическая температура». Можно напрямую измерить температуру T1 в жидкой зоне или температуру T2 пара. Похоже, что в обоих случаях это «кубическая температура», но это не так. Если измерить температуру жидкости Т1, то мы ее получим. Но узнав температуру пара T2, в дальнейшем мы можем только предполагать, что она равна T1.
Фактически, когда пар отделяется от поверхности кипения, T1 = T2. Но каждую секунду пар теряет температуру. На выходе из куба в колонну он намного холоднее кипящей массы.
Степень охлаждения паров спирта зависит от потерь тепла через боковые стенки и крышку куба. Кроме того, значительный вклад вносит относительно холодный флегма из колонны. Насколько велика эта ошибка? Измеренная температура пара может варьироваться от температуры испарения до точки росы.
Ширина этого коридора хорошо видна с помощью всем нам известной «рыбы».
Допустим, в кубе кипит 25% спиртовой раствор. Подойдя вверх по стрелке 1 до пересечения с графиком точки кипения жидкости (красная кривая), затем поворачиваем его по стрелке 2 и определяем точку кипения (испарения) — 87 градусов. Пройдя по стрелкам по пути 1-3-4-5, определяем температуру конденсации образующегося при этом пара — 80,5 градуса. Это означает, что датчик температуры, выступающий где-то в паровой зоне, будет показывать температуру от 80,5 до 87 градусов.
Чем длиннее стержень и ближе к поверхности кипения, тем меньше пара будет встречаться с охлажденным паром и чем ближе показания термометра будут к 87 градусам, и наоборот, тем короче и ближе к текущей флегме, а также к крышке куба будет щуп, тем ближе его показания будут к 80,5 градусам. Если термометр все же вставить в толстую гильзу, приваренную к крышке, гильза, как большой радиатор, будет отводить тепло, и показания термометра станут еще более непредсказуемыми.
Погрешность измерения станет незначительной, если в кубе кипятить жидкость, состав которой близок к чистому спирту или воде. В этом случае разница между температурой конденсации и температурой испарения будет стремиться к нулю вместе с любой ошибкой измерения. Но вот незадача: винокурням этот ассортимент неинтересен.
Максимальная разница и возможная погрешность находятся в пределах диапазона перегонки — 93-98 градусов, а погрешность может достигать 12 градусов.
Это коридор, в котором в зависимости от теплопотерь будет температура пара, то есть максимальное значение погрешности. На самом деле этого не происходит. Чем лучше изоляция куба и его крышки, тем меньше теплопотери и значение T2 ближе к T1.
Но есть цена ошибки… Предположим, что термометр в паровой зоне показал 98 градусов, мы прекратили отбор проб, думая, что в кубе всего 2% спирта. Фактически, температура массы составляла 97 градусов, а содержание алкоголя было примерно на 1,3% выше. При кубической массе 30 литров это 400 граммов 96% спирта или 2 бутылки водки. За преждевременный переход к «сетям восстановления» амортизировалась примерно такая же сумма при повторных корректировках. Это произошло из-за того, что кончик термометра не находился в зоне жидкости и с погрешностью всего в 1 градус. Если куб плохо изолирован, находится ли прокол далеко от поверхности объема и погрешность намного больше?
Определение массовой температуры по температуре пара имеет неопределенность неопределенности, максимальное значение погрешности недопустимо, так как потери спирта будут очень большими.
Зная точное значение температуры массы, можно определить ее силу тока и содержание спирта в паре на входе в колонну. Имея силу выходящего продукта, реально оценить, с каким количеством ступеней разделения (теоретических тарелок) колонна работает в любой момент времени.
Это очень важная и необходимая температура, единственная в истории, абсолютное значение которой необходимо определять с максимальной точностью.
Нижняя температура — это температура (жидкой) массы, ее необходимо измерять напрямую, без пара, опуская термометр в область жидкости.
В самом деле, какие выгоды вы можете ожидать от посредника, кроме испорченной информации?
Содержание
Как выбрать термометр для перегонного куба
Любой термометр имеет класс точности. Это важный параметр, на который следует обратить внимание. Часто недобросовестные производители дополняют продаваемые кубики биметаллическими термометрами с классом точности 2,5. Это означает, что при измерении температуры максимальная погрешность составит 2,5% от максимального значения на шкале термометра.
Если значение составляет 120 градусов, погрешность может составлять до 3 градусов. Например, если мы собираемся отрезать «хвосты» при температуре 94 градуса и наконец увидели эту температуру на градуснике, на самом деле реальная температура может быть между 91 и 97 градусами. И это усиливает влияние других факторов, о которых говорилось выше.
При классе точности 1,5 максимальная погрешность составит 1,8 градуса. При том же классе точности термометр с меньшим максимальным значением измеряемой температуры будет более точным.
Как правило, электронные термометры дают более высокий класс точности. Даже термометр для домашней кухни имеет точность плюс-минус 1 градус по шкале 0,1 градуса, но это не так просто. Точность и разрешающая способность измерения абсолютной температуры — это разные вещи. Такие термометры по праву используются в колоннах, где важна не сама температура, а ее изменение. Здесь 0,1 градуса играет роль. При измерении кубической температуры он наверняка даст более точную температуру, чем биметаллический градусник, но чудес ждать не стоит.
Для более точного измерения температуры сыпучего материала используются электронные термометры типа Т-0,36-ДС-А с внешним датчиком температуры, разрешающая способность и точность измерения которых составляет 0,1 градуса. Правда, диапазон измерений скромнее — от -55 до 125 градусов, но для перегонки это правильно. Есть и недостаток: термодатчик DS18B20 требует, чтобы втулка помещалась в куб.
Самый простой и дешевый вариант размещения датчика температуры — во втулке ТЭНа. При установке достаточно отогнуть ее на пару сантиметров в сторону и вверх от ТЭНов.
Если вы решили установить втулку, то следует соблюдать простые требования: прокол датчика температуры должен располагаться на определенном расстоянии от ТЭНа, дна и стенок кастрюли. Хотя бы пару сантиметров. Но увлекаться также не стоит, рукав не должен мешать установке дополнительного оборудования, например, двойного дна. Кроме того, гильза не должна быть массивной, так как это не способствует точности измерений. Хорошо, что внутренний диаметр гильзы приближен к диаметру термодатчика, приветствуется использование термопасты.
Выводы
- Термометр с фиксированной температурой следует размещать только в зоне с жидкостью.
- При выборе термометра следует обращать внимание на класс точности, диапазон измерения и разрешающую способность.
Автор статьи — Игорь Гор.
