Ректификационная колонна своими руками – расчет параметров

Благодаря своей химической нейтральности пищевая нержавеющая сталь не влияет на состав продукта, который требуется. Сахарная пульпа-сырец или отходы дистилляции («головы» и «хвосты») перегоняются в спирт, поэтому основная цель ректификации — максимально очистить выход от примесей и не изменить органолептические свойства спирта в ту или иную сторону. Нецелесообразно использовать медь в классических ректификационных колоннах, так как этот материал немного изменяет химический состав напитка и подходит для производства перегонного куба (обычный дистиллятор) или пивной колонны (особый случай ректификации).

Параметры форсунки. Говорить о характеристиках колонки без привязки к насадке некорректно. При шлифовке в домашних условиях используются насадки с контактной поверхностью от 1,5 до 4 м² / л. С увеличением площади контактной поверхности увеличивается и разделительная способность, но снижается производительность. Уменьшение площади приводит к снижению способности к разделению и укреплению.

Производительность колонны вначале увеличивается, но затем для сохранения прочности выхода оператор вынужден снижать взлетную скорость. Это означает, что существует определенный оптимальный размер насадки, который зависит от диаметра колонны и обеспечивает наилучшее сочетание параметров.

Размеры спирально-призматической насадки (СПН) должны быть примерно в 12-15 раз меньше внутреннего диаметра колонны. Для трубы диаметром 50 мм — 3,5×3,5×0,25 мм, для 40 — 3x3x0,25 мм и для 32 и 28 — 2x2x0,25 мм.

В зависимости от деятельности желательно использовать разные насадки. Например, при получении обогащенных дистиллятов часто используются медные кольца диаметром и высотой 10 мм. Понятно, что в данном случае ставится задача не разделить и усилить емкость системы, а совсем другой критерий: каталитическая способность меди удалять соединения серы из спирта.

Даже небольшое изменение диаметра струны серьезно повлияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальная мощность (Вт) и производительность (мл / ч) численно равны площади поперечного сечения колонны (м2), что означает, что они пропорциональны площади диаметра. Обращайте на это внимание при выборе боковой рейки, всегда считайте внутренний диаметр и сравнивайте варианты с его использованием.

Зависимость мощности от диаметра трубы

Высота трубки. Для обеспечения хорошей удерживающей и сепарационной способности, независимо от диаметра, высота дистилляционной колонны должна составлять от 1 до 1,5 м. Если она ниже, значит недостаточно места для сивушных масел, накопившихся во время работы, в результате начнут пробиваться в отбор. Еще один минус в том, что головы не будут четко делиться на фракции. Если высота трубы больше, это не приведет к значительному улучшению разделительной и герметизирующей способности системы, но увеличит время в пути, а также уменьшит количество «головок» и «подголовников». Эффект от увеличения трубы с 50 см до 60 см на порядок выше, чем от 140 см до 150 см.

Объем куба для ректификационной колонны

Для увеличения выхода качественного спирта, но во избежание переполнения колонны фюзеляжа, масса (наполнение) спирта-сырца в кубе ограничивается в пределах 10-20 упаковочных объемов. Для колонок высотой 1,5 м и диаметром 50 мм — 30-60 литров, 40 мм — 17-34 литров, 32 мм — 10-20 литров, 28 мм — 7-14 литров.

С учетом наполнения куба на 2/3 объема емкость 40-80 литров подходит для колонки с внутренним диаметром боковой стенки 50 мм, емкости 30-50 литров на 40 мм, емкость от 20-30 литров куб на 32 мм, и скороварка на 28 мм.

При использовании куба с объемом, близким к нижней границе рекомендуемого диапазона, можно смело убрать одну сторону ящика и уменьшить высоту до 1-1,2 метра. В результате фюзеляж будет относительно небольшим для прорыва в выборе, но объем «подголовников» значительно уменьшится.

Источник и мощность нагрева колонны

Тип блюда. Прошлое самогона не дает покоя многим новичкам, которые считают, что если еще разогреть самогон газовой, индукционной или обычной электрической плитой, то этот источник можно оставить для колонки.

Процесс ректификации существенно отличается от дистилляции, все намного сложнее, и на одном огне не получится. Необходимо обеспечить плавную регулировку и стабильность подаваемой тепловой мощности.

Нагревательные пластины, работающие на термостате в режиме старт-стоп, не используются, потому что как только произойдет кратковременное отключение электроэнергии, пар перестанет поступать в колонку, и приливы схлопнутся в куб. В этом случае придется начинать исправление заново, от работы колонки до самой себя и от выбора «головок».

Индукционная плита — это крайне грубый аппарат с постепенным изменением мощности на 100-200 Вт, а при измельчении нужно менять мощность плавно, буквально на 5-10 Вт. И вряд ли удастся стабилизировать нагрев независимо от колебаний напряжения на входе.

Газовая плита с налитым в куб 40% -ным спиртом и 96-градусным продуктом на выходе — смертельная опасность, не говоря уже о колебаниях температуры нагрева.

Оптимальное решение — встроить ТЭН необходимой мощности в куб колонны, а для регулирования использовать реле со стабилизацией выходного напряжения, например, РМ-2 16А. Можно брать аналоги. Главное — получить на выходе стабилизированное напряжение и возможность плавно изменять температуру нагрева на 5-10 Вт.

Подведено питание. Чтобы нагреть куб за разумные сроки, необходимо исходить из мощности 1 кВт на 10 литров спирта-сырца. Это означает, что на 50 литров куба, заполненного 40 литрами, требуется минимум 4 кВт, 40 литров — 3 кВт, 30 литров — 2-2,5 кВт, 20 литров — 1,5 кВт.

При одинаковом объеме кубики могут быть низкими или широкими, узкими или высокими. При выборе подходящей емкости необходимо учитывать, что часто куб используют не только для ректификации, но и для дистилляции, поэтому мы исходим из самых жестких условий, чтобы поглощаемая мощность не приводила к бурным пенообразованиям с выделениями брызги из куба в паропровод.

экспериментально установлено, что при глубине размещения нагревательного элемента около 40-50 см нормальное кипение происходит, если объемные зеркала 1 кв. См представляют не более 4-5 ватт мощности. С уменьшением глубины допустимая мощность увеличивается, а с увеличением — уменьшается.

На поведение кипения влияют и другие факторы: плотность, вязкость и поверхностное натяжение жидкости. Бывает, что выбросы происходят в конце перегонки сусла, когда плотность увеличивается. Поэтому проведение процесса шлифования на границе допустимого диапазона всегда чревато проблемами.

Обычные цилиндрические кубы имеют диаметр 26, 32, 40 см. Согласно допустимой мощности на зеркальной поверхности куба массой 26 см, куб обычно будет работать с мощностью нагрева до 2,5 кВт, для 30 см — 3,5 кВт, 40 см — 5 кВт.

Третий фактор, определяющий мощность нагрева, — это использование одной из колонн колонны без насадки в качестве камеры сухого пара для борьбы с разбрызгиванием. Для этого необходимо, чтобы скорость пара в трубе не превышала 1 м / с, при 2-3 м / с защитный эффект ослабевает, а при высоких значениях пар будет гнать отлив по течению трубу и закинуть в вытяжку.

Формула расчета скорости пара:

V = N * 750 / S (м / с),

где это находится:

• S — площадь поперечного сечения колонны (ммк).
• 750 — выработка пара (куб. См / сек кВт);
• N — мощность, кВт;

Труба диаметром 50 мм справится с брызгами при нагреве до 4 кВт, 40-42 мм — до 3 кВт, 38 — до 2 кВт, 32 — до 1,5 кВт.

Исходя из приведенных выше соображений, мы выбираем объем, размер куба, мощность нагрева и дистилляции. Все эти параметры согласованы с диаметром и высотой колонны.

Расчет параметров дефлегматора ректификационной колонны

Емкость обратного конденсатора определяется в зависимости от типа ректификационной колонны. Если мы строим колонну жидкостной экстракции или экстракции пара ниже обратного конденсатора, то требуемая мощность не должна быть меньше номинальной мощности колонны. Обычно в этих случаях в качестве конденсатора используется холодильник Dimroth с потребляемой мощностью 4-5 Вт на 1 квадратный метр см поверхности.

Если колонна с отводом пара выше обратного конденсатора, расчетная мощность составляет 2/3 от номинальной. В этом случае можно использовать димрот или «рубашку». Мощность использования ширкера ниже, чем у димрота, и составляет около 2 Вт на квадратный сантиметр.

Футболка на колонку 52 х 1 — 975 / 5,2 / 3,14 = 59см * 2/3 = 39см Но это для комнат с высокими потолками.

В зазоре между рубашкой и внутренней трубкой делается прямоточный холодильник без спирали, затем начинается отбор в рубашке и охлаждающая вода подается через центральную трубку. В этом случае рубашка приваривается к патрубку подачи воды к обратному конденсатору. Это небольшой «карандаш» длиной около 30 см.

Но если одна и та же линия используется как для дистилляции, так и для ректификации, будучи универсальной установкой, они проистекают не из потребности в РК, а из максимальной мощности нагрева при дистилляции.

Для создания турбулентного потока пара в холодильнике, позволяющего обеспечить скорость теплопередачи не менее 10 Вт / кв. См, необходимо обеспечить скорость пара около 10-20 м / с.

Диапазон возможных диаметров достаточно широк. Минимальный диаметр определяется из условий не создания большого избыточного давления в кубе (не более 50 мм водяного столба), а максимальный путем расчета числа Рейнольдса, исходя из минимальной скорости и максимального коэффициента кинематической вязкости пар.

Рекомендованные диаметры паровой трубы

Чтобы предотвратить проветривание водяной рубашки, необходимо поддерживать линейную скорость воды не менее 11 см / с, но чрезмерное увеличение скорости потребует большого давления в системе водоснабжения. Поэтому оптимальным считается диапазон от 12 до 20 см / с.

Для конденсации пара и охлаждения конденсата до приемлемой температуры необходимо подавать воду с температурой 20 ° C в объеме приблизительно 4,8 см3 / с (17 литров в час) на каждый киловатт потребляемой мощности. В этом случае вода будет нагреваться на 50 градусов — до 70 ° С. Конечно, зимой воды потребуется меньше, а при использовании автономных систем охлаждения — примерно в полтора раза.

На основании приведенных выше данных можно рассчитать площадь поперечного сечения кольцевого пространства и внутренний диаметр рубашки. Также необходимо учитывать диапазон доступных трубок. Расчеты и практика показали, что зазора в 1-1,5 мм достаточно для выполнения всех необходимых условий. Это соответствует парам труб: 10×1 — 14×1, 12×1 — 16×1, 14×1 — 18×1, 16×1 — 20×1 и 20×1 — 25×1,5, которые покрывают весь диапазон емкостей, используемых в доме.

Есть еще одна важная деталь прямоточного аппарата: спираль, намотанная на паровую трубку. Такая спираль изготавливается из проволоки диаметром, обеспечивающим зазор 0,2-0,3 мм на внутренней поверхности рубашки. Его заворачивают в проходы, равные 2-3 диаметрам паропровода. Основное назначение — центрировать паровую трубу, в которой во время работы температура выше, чем у трубы рубашки. Это означает, что из-за теплового расширения паровая трубка растягивается и изгибается, опираясь на рубашку, возникают мертвые зоны, которые не омываются охлаждающей водой, следовательно, эффективность холодильника резко снижается. Дополнительные преимущества спиральной намотки — удлинение пути и создание турбулентности в потоке охлаждающей воды.

Грамотно выполненная машина прямого действия может использовать до 15 Вт / кв. См поверхности теплообмена, что подтверждено эмпирически. Для определения длины охлаждаемого участка прямой будем использовать номинальную мощность 10 Вт / см2 (100 см2 / кВт).

Требуемая площадь теплообмена равна мощности нагрева в киловаттах, умноженной на 100:

S = P * 100 (смкв).

Наружная окружность паропровода:

Локр = 3,14 * Д.

Высота рубашки охлаждения:

H = S / баранина.

Общая формула расчета:

H = 3183 * P / D (мощность в кВт, высота и внешний диаметр паропровода в миллиметрах).

Пример расчета прямоточника

Мощность обогрева — 2 кВт.

могут использоваться трубы 12×1 и 14×1.

Поперечные площади — 78,5 и 113 кв. М.

Объем пара — 750 * 2 = 1500 куб. См / сек.

Скорость пара в трубах: 19,1 и 13,2 м / с.

Трубка 14×1 кажется предпочтительнее, так как дает запас мощности, оставаясь при этом в рекомендуемом диапазоне скоростей пара.

Торсионная трубка для рубашки 18×1, кольцевой зазор 1 мм.

Расход воды: 4,8 * 2 = 9,6 см3 / с.

Площадь кольцевого зазора составляет 3,14 / 4 * (16 * 16 — 14 * 14) = 47,1 кв. Мм = 0,471 кв. См.

Линейная скорость — 9,6 / 0,471 = 20 см / с — значение остается в рекомендуемых пределах.

Если межтрубное пространство было 1,5 мм — 13 см / с. Если бы 2 мм, линейная скорость упала бы до 9,6 см / с, и воду нужно было бы подавать сверх номинального объема, исключительно для того, чтобы холодильник не взлетел по воздуху — пустая трата денег.

Высота рубашки 3183 * 2/14 = 454 мм или 45 см. Запас прочности не нужен, все учтено.

В заключение: 14х1-18х1 при высоте охлаждаемой части 45 см, номинальный расход воды — 9,6 куб. См / с или 34,5 л / час.

При номинальной мощности нагрева 2 кВт холодильник будет производить 4 литра спирта в час с хорошим запасом.

Эффективная и сбалансированная прямая линия во время перегонки должна иметь соотношение скорости взлета к тепловой мощности и расходу воды на охлаждение 1 литр / час — 0,5 кВт — 10 литров / час. Если мощность больше, будут большие тепловые потери, малые — уменьшится полезная мощность нагрева. Если расход воды больше, значит прямоточная линия имеет неэффективную конструкцию.

Дистилляционная колонна может использоваться как сусло. Оборудование для заторных колонн имеет свои особенности, но вторая перегонка отличается в основном технологией. Для первой перегонки возможностей больше и отдельные узлы могут не подходить, но это тема для отдельного обсуждения.

Исходя из реальных бытовых потребностей и имеющегося ассортимента труб, рассчитаем типовые варианты ректификационной колонны по указанной выше методике.

PS Выражаем благодарность за систематизацию материала и помощь в подготовке статьи пользователю нашего форума IgorGor.