Как определить производительность ректификационной колонны

Теория

Полторадюймовая колонна может иметь боковые стенки с внутренним диаметром 35 или 38 мм, а двухдюймовая колонна может иметь 48 или 50 мм. Стандартный набор возможных кубиков на сегодня: 20, 30, 37 и 50 литров.

Максимальная разделительная способность колонны достигается при мощности до затопления, что также обеспечивает максимальную скорость взлета при заданном коэффициенте отлива. Многие новички в дистилляции неправильно отождествляют мощность перед питьем с производительностью колонки. Ведь исправление состоит из нескольких этапов, каждый из которых требует времени.

Выбирая диаметр колонны и объем куба, важно понимать, как их сочетание повлияет на сложность процесса и время, необходимое для измельчения.

Этапы ректификации

1. Подготовка оборудования к работе. Сборка оборудования, заливка спирта-сырца в куб и другие подготовительные операции. Обычно все занимает около 0,5 часа, T1 = 0,5.

2. Нагрейте до кипения. Если нагревательный элемент выбран правильно, исходя из соотношения 1 кВт мощности на 10 литров объема, нагрев займет примерно 40 минут или T2 = 0,7 часа.

3. Стабилизация. Эта фаза длится от 30 минут до 1 часа. Либо 45 минут, либо T3 = 0,75 часа.

4. Выбор головной фракции. Время выбора «головок» (Т4) не зависит от скорости выбора. Чтобы удалить из куба все примеси головки, каждый литр массы должен хотя бы один раз испариться и оказаться в колонке. Для этого на каждый литр абсолютного спирта в кубе необходимо обеспечить 1 кВт тепловой мощности.

Рабочая мощность в ваттах численно равна площади поперечного сечения колонны (S) в квадратных миллиметрах.

Количество абсолютного спирта (AC) определяется исходя из объема массы (CC) и его крепости.

T4 = AC / N (часы), где:

AC = 0,4 * CC (литр);

N = 3,14 * d2 / 4/1000 (кВт);

d — внутренний диаметр колонны (мм).

Отсюда получаем:

T4 = 510 * CC / d2 (часы), где:

СС — 40% насыпь в литрах,

d — внутренний диаметр колонны (мм2).

5. Подбор подголовников. Этот шаг необходим для очистки упаковки от остатков головной фракции. Количество подголовников зависит от удерживающей способности и объема подголовника. Удерживающая способность SPN 3,5 x 3,5 x 0,25 приблизительно равна 150 мл флегмы на 1 литр форсунки. Чтобы качественно его промыть, необходимо выбрать 2-3 объема, для расчетов возьмем — 2,5.

Отбор этого объема занимает 2 часа со скоростью 0,5 л / ч. Если увеличить скорость вдвое от номинала, будет достаточно 1,2 часа вне зависимости от диаметра сайдбара.

Слишком низкая скорость снижает эффективность очистки и качество спирта. Но сейчас не все, для сегодняшней задачи мы возьмем максимальное время выбора: T5 = 2 часа.

Объем пробы в литрах:

Votb = 2,5 * 0,15 * Vn = 0,375 Vn, где:

Vн — объем форсунки в литрах.

Если частота отбора проб составляет 0,5 л / ч, время отбора пробы:

Т5 = 0,75 * Вн.

Если частота отбора проб составляет половину номинальной частоты, с учетом того, что номинальная частота отбора проб Wном в мл / ч численно равна площади поперечного сечения колонны в мм2, время отбора проб подголовника:

T5 = (0,375 * Vn) / (0,5 * S) = 0,75 * Vn / S = 0,75 * L * S / S

Т5 = 0,75 * л (час), где:

L — высота колонны в метрах.

При скорости выбора подголовника, равной половине номинальной скорости, время выбора в часах численно равно высоты колонны в метрах и не зависит от диаметра колонны или объема опорной поверхности.

6. Подбор торговых спиртов. Начальная скорость отбора в мл / ч численно равна площади поперечного сечения колонки (S) в мм. В конце отбора проб, чтобы увеличить коэффициент рефлюкса и увеличить разделительную способность, мы уменьшаем частоту отбора проб в 2,5 раза. Средняя скорость отбора «тела» будет примерно в полтора раза ниже номинальной.

Объем товарного спирта составляет около 80% от объема спирта.

Отсюда и время выбора «тела»:

T6 = 0,8 * 0,4 * CC / (S / (1000 * 1,5)) = 480 * CC / S;

T6 = 611 * CC / d2, где:

СС — количество 40% сырого спирта (л);

d — диаметр боковой стенки (мм).

7. Подбор «кросса». Количество «хвостов» примерно равно 10% объема динамика в кубе. Частота дискретизации составляет примерно половину номинальной частоты.

T7 = 0,1 * 0,4 * CC / (S / (1000 * 2)) = 80 * CC / S;

Т7 = 102 * CC / d2.

8. Вытеснение примесей из колонки. Это займет полчаса, T8 = 0,5.

9. Демонтаж оборудования и уборка помещений. Наименее приятная фаза обычно длится до 1 часа, Т9 = 1.

Общее время ректификации

Общее время, необходимое для цикла измельчения:

Т = Т1 + Т2 + Т3 + Т4 + Т5 + Т6 + Т7 + Т8 + Т9;

0,5 + 0,7 + 0,75 + 510 * CC / d2 + 2 + 611 * CC / d2 + 102 * CC / d2 + 0,5 + 1.

Мы упрощаем и получаем:

Т = 5,45 + 1223 СС / d2.

Полученный за это время объем спирта (Vc) примерно равен 0,8 AC в кубе, потерями на неисправные «головы» и остальным в кубе пренебрежем.

Vc = 0,8 * 0,4 * постоянный ток.

Производительность, с которой мы можем получить спирт за час работы с колонкой, можно рассчитать по формуле:

Pr = Vc / T.

Практические аспекты ректификации

На основе полученной модели постараемся ответить на сложные вопросы.

1. Реальная производительность колонны в зависимости от ее диаметра и массового объема (л / ч).

Стартовая скорость выбора «корпуса» намного выше реальной производительности колонны. Просто наивно думать, что при номинальной производительности 2-дюймовой колонны 1800 мл / час перегонка 40 литров спирта-сырца крепостью 40% может быть завершена за 9 часов.

С учетом всех необходимых операций реальная производительность будет почти в 3 раза ниже. Разница в производительности между колонкой 35 мм и 48 мм на самом деле составляет не 800 мл / ч, как кажется на первый взгляд, а всего 250 мл / ч. А это много, так как процесс занимает больше часа.

2. Продолжительность рабочего цикла (часы).

График показывает влияние кубических объемов (ось X) на общее время измельчения (ось Y) для различных диаметров колонны. Большая его часть стандартная — три четверти объема куба. Становится очевидной необоснованность некоторых вариантов конфигурации. Чтобы оценить, насколько удобно будет использовать тот или иной вариант, учитывайте продолжительность основных операций.

3. Ключевые рабочие моменты, требующие вмешательства оператора.

3.1. Время от начала процесса до конца выбора «голов» или первого подхода к кубу для смены контейнеров.

3.2. Далее подбираем подголовники на 2 часа на половинной (номинальной) крейсерской скорости. Подходим к колонке и меняем тару, приступая к выбору «тела».

3.3. На этом выделение тела закончится и нужно будет перейти к колонке для смены посуды.

3.4. Отбор «креста» состоится.

3.5. Затем подходим к колонне и завершаем работу, которая занимает 1,5 часа.

Выводы

1. Чем больше размер куба, тем выше реальная производительность. Но бесконечно увеличивать его не получится. Когда температура в кубе достигает 90-92 градусов, фюзеляж и другие промежуточные примеси начинают массово выходить из куба и скапливаться в сопле. Если масса слишком велика, после накопления в нижней части колонки примеси начнут подниматься все выше и выше и вырвутся на выделение. Придется сначала пройти «крест». Для нормальной работы масса должна быть больше 10 объемов упаковки, но меньше 20, чтобы не теряли «хвосты».

2. Оптимальный объем 40% CC навалом при измельчении составляет 15 объемов упаковки.

При небольшой занимаемой площади можно переключиться на подбор «стери» при более низкой температуре 96-97 градусов, при максимальной занимаемой площади — 92-93 градуса.

3. Продолжительность измельчения увеличивается при уменьшении диаметра колонны и единовременном увеличении объема массы. Но использование колонок большого диаметра с небольшой площадью основания приводит к относительно большому объему рециркулируемого спирта и небольшому выходу пригодного для использования спирта.

4. Без средств автоматизации, позволяющих оставлять оборудование без присмотра в течение длительного времени, можно использовать комплекты с относительно коротким временем цикла. Это сужает диапазон возможных вариантов и объясняет тот факт, что многие кадры просто не выбирают «хвосты» со своим оборудованием или предпочитают выполнять NDRF — силы не безграничны.

5. Как правило, если процесс занимает более 12-15 часов, требуется автоматизация. По крайней мере, самый простой с предохранителем, позволяющим подать сигнал о наводнении, отключении воды или повышении температуры в TCA. Если такой возможности нет, следует ограничиться минимальным объемом кубиков.

6. Полученные зависимости и графики позволяют провести качественный и, в некоторой степени, количественный анализ различных вариантов полного набора РК. Главное не забывать о необходимости сравнивать их со временем, которое винокурщик готов посвятить своему хобби.

Автор статьи — Игорь Гор.