Паровой и жидкостный отбор в колонне – плюсы и минусы схем

Для успешной работы с колонкой необходимо отрегулировать коэффициент рефлюкса. Для этого есть три метода:

• CM (cool managment) — регулирование расхода воды, подаваемой на охлаждение обратного конденсатора;
• LM (liquid management) — контроль количества взятого флегмы (отбор жидких проб);
• VM (управление паром) — контроль количества отводимого пара (отбор пара).

Дистилляция — это процесс испарения жидкости с последующей конденсацией.

Если сырье было первоначально испарено из дистилляционной установки, затем оно конденсировалось в холодильнике (конденсаторе), а затем все, что происходит в середине этого процесса (прохождение пара через паровой котел, барботер или обратный конденсатор), в холодильнике (конденсаторе). В конце вы все равно получите дистиллят.

Ректификация — это один из методов дистилляции, который различают двумя технологическими этапами:

Вернуться к принудительному и строго регулируемому оплавлению с помощью специальных устройств: обратных конденсаторов или конденсаторов.

Между мокротой и паром, поднимающимся в обратном направлении, организуется теплообмен. Для повышения эффективности тепломассопереноса используются насадочные или тарельчатые колонны, в которых орошение повторно испаряется. В первом случае процесс кинематографический, во втором — булькающий.

Цель ректификации — получить спирт заданной интенсивности и очистить его от примесей. По этой причине коэффициент рефлюкса всегда должен быть выше минимального (см. Более подробную информацию на графике).

Качество продукта зависит от величины флегмы, но чем она выше, тем ниже производительность колонны.

Ректификация не позволяет отделить какую-либо смесь от группы, а лишь более или менее полностью удаляет все примеси, сгруппированные по строгой летучести. Следовательно, если измельчительное оборудование используется для получения, например, фруктовых дистиллятов, существует риск группирования верхней фракции в трудно разделяемые азеотропы для удаления полезных сложных эфиров, ответственных за аромат, вместе с ненужными примесями.

При попытке перегонки благородного дистиллята с использованием ректификационного оборудования необходимо, чтобы в течение всего отбора коэффициент орошения не превышал 1,5-2. В противном случае нарушится баланс примесей.

Виды узлов отбора в колонне

Жидкостный отбор (liquid managment)

LM — регулировка количества пробы жидкости. Наиболее удобная и простая в использовании схема, при которой все пары конденсируются, затем одна часть конденсата возвращается в колонну, другая — на экстракцию.

Характеристики. Коэффициент рефлюкса контролируется одним краном для спирта. Если клапан полностью открыт, коэффициент орошения равен нулю, а на выходе идет нормальный дистиллят. Когда клапан закрыт, коэффициент обратного потока бесконечно велик: колонка работает сама по себе. Регулировка клапана для отвода жидкости позволяет в любое время изменять коэффициент обратного потока от 0 до 100%. Мощность нагрева и охлаждения регулируется до оптимального уровня для максимального разделения колонны и минимального охлаждения орошением.

Преимущества:

• подходит для получения как ароматических, так и чистых спиртов;
• легко и относительно дешево автоматизировано вплоть до АСУ (АСУ) производственным процессом с предохранителями;
• нет большей чувствительности к стабильности давления охлаждающей воды.

Дефекты:

• если скорость отбора установлена ​​на том же уровне, по мере выполнения ректификации коэффициент рефлюкса будет уменьшаться. Это противоречит технологической необходимости постепенного увеличения скорости к концу отбора, что является серьезным недостатком;
• необходимо прервать подачу (подключение к атмосфере) после клапана или регулирующего клапана, в противном случае возможны сбои в регулировании скорости отбора проб из-за разрежения в линии отбора проб, создаваемого протекающими потоками спирта.

Паровой отбор (vapor managment)

ВМ — регулирование разделением потоков пара перед орошающим конденсатором. Колонна регулируется путем изменения количества пара, отводимого с помощью задвижки или обычного шарового крана.

Характеристики. Отношение секций колонны к выпускной трубе пара определяет минимальный коэффициент обратного потока, который можно увеличить, регулируя положение клапана.

Преимущества:

• чувствительность к положению крана очень низкая, что позволяет производить точную регулировку;
• коэффициент орошения не зависит от изменений температуры или расхода охлаждающей воды в конденсаторе орошения;
• нет большей чувствительности к стабильности давления охлаждающей воды.

Дефекты:

• не подходит для получения ароматических спиртов из природного сырья. Структурные изменения необходимы, чтобы контролировать количество рефлюкса от 50 до 100%;
• система управления инерционная, от изменения положения крана до изменения частоты дискретизации может пройти до 10-15 секунд;
• колонна отбора пара чувствительна к остаткам в линии отбора продукта. Если в силиконовой трубке образуется столб продукта, стекающий вниз, он создает вакуум и, подобно насосу, притягивает пар к себе, нарушая установленную степень рефлюкса. В результате взлетная скорость резко и неуправляемо увеличится; без вмешательства оператора система не вернется на прежний уровень. Неконтролируемую экстракцию можно остановить, установив связь с атмосферой (создав разрыв струи). Например, вставьте иглу шприца в верхнюю часть пробирки с образцом;
• автоматизация — дело сложное и дорогое. Часто выполняется в виде сигнального устройства достижения определенных температур, но без исполнительных механизмов. Также желательна автоматизация безопасности.

Управление охлаждением (cool managment)

CM — регулировка количества воды, подаваемой в дефлегматор. Позволяет контролировать количество пара, который проходит через конденсатор орошения в холодильник выбора продукта.

Характеристики. Коэффициент рефлюкса регулируется от 0 до 100%, но система очень чувствительна к количеству подаваемой воды и требует точного игольчатого клапана. Для регулировки скорости взлета кран нужно повернуть буквально на долю миллиметра. Мощность нагрева в течение всего процесса должна быть постоянной и гарантировать максимальную разделительную способность колонны. С увеличением количества подаваемой воды количество орошения увеличивается, а коэффициент орошения соответственно увеличивается.

Преимущество:

• с успехом могут быть использованы для получения ароматических спиртов из природного сырья.

Дефекты:

• увеличение температуры воды в обратном конденсаторе при неизменном ее количестве снижает коэффициент орошения, поэтому для поддержания стабильного коэффициента орошения необходимо контролировать расход и температуру воды, подаваемой в орошение конденсатор;
• малейшие колебания давления приводят к изменению скорости отбора и рефлюкса. Если не принять меры по стабилизации давления охлаждающей воды в квартире, то промывка соседей также повлияет на процесс выбора;
• требуется связь с атмосферой в строке выбора продукта, иначе, если нагревание будет случайно выключено и трубка погружена в выборку, весь продукт вернется в куб;
• система дорогая и ее сложно автоматизировать. Обычно на таких ректификационных колоннах устанавливаются простейшие тепловые извещатели и автоматика безопасности.

Практика установки разных узлов отбора на колонны

Колонны с жидкостным отбором (LM)

В бытовых колонках наиболее распространен отбор проб жидкости. Причина проста: процесс измельчения 40 литров самогона затягивается на 18-20 часов. Можно уменьшить массу вдвое, но тогда доля вторичного (технического) спирта, который придется перерабатывать при каждой ректификации, значительно возрастает.

Если говорить о производительности системы как о количестве товарного спирта, полученном за все время ректификации (включая нагрев), то при уменьшении насыпного объема в 2 раза эффективность снижается примерно в 1,5 раза.

Еще один способ минимизировать объем получаемого технического спирта при максимальной производительности — автоматизировать процесс, что позволяет проводить дистилляцию по заданному алгоритму без участия оператора. В системе автоматики обязательно должен быть не только исполнительный контур, но и блок безопасности, который мгновенно отключит оборудование в случае аварии.

Дистилляционная колонна с отводом жидкости проще и дешевле автоматизировать, чем другие системы, а по качеству производимого спирта ничем не уступает другим типам оборудования.

Колонны с паровым отбором

Системы отбора пара широко распространены за рубежом, где алкоголь и его производные менее популярны, чем крепкие спиртные напитки (коньяк, виски и т.д.), Но ценится высокая крепость напитка. Зарубежные мастера проектируют ректификационные колонны с отбором пара, с минимальным орошением — всего 1, а не 4, как в России. По этой схеме не менее 50% рефлюкса возвращается в колонну.

В режиме дистилляции паровой отбор практически не требует автоматизации. Коэффициент рефлюкса, установленный в начале выбора «тело», остается неизменным до конца, его может изменить только оператор, но даже когда спирт получен, необходимо регулировать буквально пару раз.

Скорость отбора к концу перегонки резко падает до полной остановки. Если есть желание вытеснить энантические эфиры (в значительной степени они создают органолептические свойства фруктовых дистиллятов), меняют банки и повышают теплотворную способность, затем следует фракционный отбор и сортировка.

Если вам не нужны эфиры энанта, сделайте то же самое, но также используйте паузы, чтобы колонка работала сама по себе, чтобы остатки спирта были более концентрированными и с меньшим количеством примесей.

Автоматизация пароотборных колонн требуется только на уровне предохранителей. Кроме того, для получения дистиллята требуется не группирование примесей по фракциям и их полное удаление, а сбалансированное снижение концентрации веществ до приемлемого уровня с обязательным сохранением ароматов и ароматических компонентов. Это дело мастера-дистиллятора, который контролирует процесс; настройка с помощью инструментов здесь неуместна. Большинство из них ограничены объемом, который можно перемещать под руководством человека в отведенное время.

Колонны с регулировкой подачи воды в дефлегматор

Несмотря на все недостатки, этот вид оборудования часто используется в России для строительства заторных колонн. Причина — возможность получения дистиллятов из любого сырья и, при необходимости, без изменения конструкции (дальнейшая царга не в счет), можно собрать высокоочищенный дистиллят, почти как спирт.

Колонны с регулируемой подачей воды в конденсатор обратного потока дороги в автоматизации, чувствительны к давлению и температуре охлаждающей воды, что делает их непригодными для получения чистого спирта-ректификата, но с небольшими объемными загрузками до 20 литров и внимательным вниманием со стороны обслуживающего персонала оператора такие колонки способны на многое.

Кроме того, фантастическая схема управления лучше всего подходит для выбора головы. При прочих равных условиях получить более концентрированные «напоры» на системах паровой и жидкостной экстракции невозможно. Правда, это только в том случае, если заняться стабилизацией температуры и давления воды в обратном конденсаторе.

В последние годы были предприняты попытки создания гибридных помольных колонн, в которых «головы» отбираются из пара методом СМ, а «тела» — из жидкости (ЛМ). Это улучшает и без того высокое качество спирта колонок LM. Совершенству нет предела.

При построении заторных колонн, ориентированных на ароматические дистилляты, оборудование VM имеет преимущество перед SM из-за простоты управления, а также нечувствительности к температуре и потоку воды в орошаемом конденсаторе — большей предсказуемости в «комбинации» примесей. Для сахара-сырца более перспективны пивные колонны по схеме SM за счет лучшего удаления головной фракции. Но управление ими создает массу проблем.

Автор статьи — Игорь Гор.