Дискови колони: концепция, видове, избор, направете си сам

Колоните за дестилационни дискове имат малка укрепваща способност и традиционно се използват в производството на уиски, коняк и други благородни напитки. Малък брой плочи ви позволява да запазите органолептичните свойства на суровините с висока стабилност и производителност на апарата.

Материал

Медните колоновидни колони с прозорци за наблюдение се наричат ​​флейти поради сходството си, а тези, направени в стъклена витрина, се наричат ​​кристални колони. Ясно е, че тези имена са просто маркетингов трик и нямат нищо общо със самия дизайн..

Медта не е евтин материал, поради което подходът към нейната обработка е внимателен. Месинговата флейта от водещи производители е произведение на изкуството и гордост за тях. Цената на продукта може да бъде абсолютно всяка сума, която купувачът е готов да похарчи.

Малко по-евтин от флейта в корпус от неръждаема стомана и най-бюджетният вариант - в стъклен калъф.

Дизайнерски характеристики и видове дискови колони

Най-широко разпространени са модулните конструкции на колони, базирани на тройници или боросиликатни стъклени цилиндри. Естествено, това е голям брой ненужни свързващи части и надценени.

По-опростен вариант са готовите блокове за 5-10 плочи. Тук изборът е по-широк, а цената е по-умерена. Като правило тази опция се прави в стъклени кутии..

Има и доста бюджетни опции - само вложки за съществуващи чекмеджета.

Те могат да бъдат наети от компоненти във всяко необходимо количество.

Дизайнът може да бъде различен, но ако такива колоновидни колони се използват с метални колби, яснотата на процеса се губи. Много по-трудно е да се разбере в какъв режим работи колоната и за работа с тави това е много важно..

За запечатване на всеки етаж се използват прости силиконови дискове..

Естествено, това е по-малко надеждно от уплътненията в модулен дизайн, но като цяло работи добре..

Като алтернатива има опростен модулен дизайн, при който всеки етаж е сглобен от прости и евтини части, а цялата конструкция е издърпана заедно с шипове..

Предимството на модулните колони е преди всичко тяхната поддръжка и отвореност за модификации. Например, лесно е да се допълни колоната на необходимото ниво с междинен блок за вземане на проби и фитинг за термометър. Просто трябва да смените чинията.

Ситовите тави са по-евтина опция. Това не означава, че качеството на продукта ще бъде по-лошо с използването им. Но те изискват по-прецизен контрол..

Тавите за повреда са още по-евтини, но техният работен обхват е много тесен, така че трябва да сте подготвени за прецизен контрол на отоплението от стабилизирани от мощността източници. В NSC се използват главно неуспешни чинели.

Най-често срещаните материали за изработка на плочи са мед, неръждаема стомана и флуоропласт. Възможна е всяка комбинация. Медта и неръждаемата стомана са познати материали, флуоропластът е един от най-инертните материали, сравним с платината. Но омокряемостта му е лоша.

Ако сравним флуоропластична плоча с неръждаема, тя ще се налее много по-бързо..

Броят на тавите в колоната обикновено е ограничен до 5 за получаване на дестилати с якост 88-92% и 10 за пречистени дестилати с укрепване до 94-95%.

Модулните колони ви позволяват да направите набор от необходимия брой плочи от различни материали.

Разлика между опакована и тава колона

„Имам опакована колона, имам ли нужда от изскачаща колона?“ - този въпрос рано или късно идва преди всеки дестилатор. И двете колони прилагат технология за пренос на топлина и маса, но има значителни разлики в тяхната работа..

Брой стъпки за укрепване

Опакованата колона работи в режим на максимално разделяне при капацитета преди погребението. Чрез регулиране на съотношението на обратен хладник можете да промените броя на теоретичните пластини в широк диапазон: от нула до безкрайност (с напълно изключен обратен хладник и колоната, работеща сама по себе си).

Колоната на тавата се характеризира със структурно определен брой етапи на разделяне. Една физическа плоча има ефективност от 40 до 70%. С други думи, две физически плочи дават един етап на разделяне (армировка, теоретична плоча). В зависимост от режима на работа ефективността не се променя толкова, че да повлияе значително на броя стъпки.

Способност за задържане

Опакованата колона с ниския си капацитет за задържане позволява да се почисти добре дестилатът от фракцията на главата и по някакъв начин да се ограничи опашката.

Колоната на тавата има с порядък по-голям капацитет за задържане. Това й пречи да направи толкова грубо почистване на "главите", но й позволява перфектно да задържа опашките си. Тоест да се приведе в съответствие химическия състав на дестилата. В този случай, колкото повече трябва да почистите дестилата от примеси, толкова повече плочи трябва да поставите. Проста задача, която може да бъде решена на практика. След като намерих оптималния брой плочи за себе си и не мислете повече за това.

Чувствителност към контролни влияния

Опакованата колона е много чувствителна към спада на налягането на водата в обратен хладник или промяната в мощността на нагряване. Леката промяна в тях води до промяна в броя на укрепващите стъпки на моменти или дори десетки пъти..

Ефективността на плочите може да се промени с максимум 1,5 пъти и дори тогава с много голяма и целенасочена промяна на тези параметри. Може да се предположи, че настроена колона на тавата, по отношение на капацитета за отделяне, практически няма да реагира на обичайното малко налягане на водата или спада на напрежението..

производителност

Ефективността на опакованата струна зависи главно от нейния диаметър. Оптималният диаметър за съвременните дюзи е 40-50 mm; с по-нататъшно увеличаване на диаметъра стабилността на процесите намалява. Париеталните ефекти и образуването на канали започват да се проявяват. Дисковите колони не страдат от такива слабости. Техният диаметър и капацитет могат да бъдат увеличени до всякакви необходими стойности. Само ако има достатъчно мощност за отопление.

Технологични характеристики на получаването на ароматни дестилати

Когато използваме опаковани колони, за да ограничим степента на армировка, ние сме принудени да използваме по-къси странични рамена и по-голяма опаковка. В противен случай естерите, които придават основния вкус на дестилата, ще създадат азеотропи с примеси от фракцията на главата, след което бързо ще излетят от куба. Избираме "главите" скоро, "тялото" - с повишена скорост. Що се отнася до "опашките", малкото количество дюза и късата странична лента не позволяват напълно да съдържат фюзелажа. Необходимо е да се премине към избора на фракции на опашката по-рано или да се работи с малки дъна.

Дисковата колона има относително висок капацитет на задържане, поради което няма въпроси относно задържането на фюзелажа. За избора на "глави" и "тяло" 5-10 физически плочи дават 3-5 стъпки на укрепване. Това позволява дестилацията да се извършва съгласно правилата на конвенционалната дестилация. Спокойно, без риск от лишаване на дестилата от аромат, отнемане на "главите", а при събирането на "тялото" не мислете за преждевременния подход на "опашките". Замъгляването на долните плочи в края на селекцията ясно показва необходимостта от смяна на контейнера. Степента на почистване може да се настрои чрез промяна на броя на плочите.

Пет или десет плочи не са достатъчни, за да се доближите до алкохола по отношение на степента на пречистване, но наистина е възможно да влезете в изискванията на GOST за дестилат.

Използването на дискови колони за дестилация на плодове или зърнени суровини, особено за по-нататъшно отлежаване в бъчви, значително опростява живота на дестилатора.

Основи на избора на дизайнерските размери на тавите за колоната

Помислете за дизайна на най-често срещаните плочи за битови цели..

Табела за повреда

В основата си това е просто плоча с отвори, които могат да бъдат кръгли, правоъгълни и т.н..

Обратният поток се влива в относително големи отвори към парата, което определя основния недостатък на повредените плочи - необходимостта от прецизно регулиране на предварително зададения режим.

Лекото намаляване на мощността на нагряване води до факта, че цялата храчка попада в куба, а увеличаването на мощността заключва храчките върху плочата и води до наводняване. Тези тави могат да работят задоволително в относително тесен диапазон на натоварване, където са доста конкурентни..

Простотата на дизайна и високата производителност на дефектните плочи, заедно с обичайното отопление при домашна дестилация чрез нагревателни елементи с източник на захранване, стабилизиран под напрежение, доведоха до широкото им използване за непрекъснати колони за каша (NBK), които в комбинация с корпусът от боросиликатно или кварцово стъкло, прави колоната проста и интуитивна.

За да се изчисли броят и диаметърът на отворите, се вземат предвид условията за осигуряване на мехурчета. Експериментално беше определено, че общата площ на отворите трябва да бъде равна на 15-30% от площта на плочата (участък от тръбата). В общия случай, за BK с периодично действие, основният диаметър на отвора от порядъка на 9-10% от диаметъра на колоната ви позволява да влезете в работната зона.

Диаметърът на отворите на потъващите плочи за NSC се избира въз основа на свойствата на суровината. Ако при дестилация на захарна каша и вино има достатъчно отвори с диаметър 5-6 мм, тогава при дестилация на брашнена каша е за предпочитане диаметър на отвора 7-8 мм. Въпреки това, тавите за NSC имат свои собствени конструктивни характеристики, тъй като плътността на парите по височината на колоната се променя значително, размерите трябва да бъдат изчислени за всяка тава поотделно, в противен случай тяхната работа ще бъде далеч от оптималната..

Ситовата плоча с преливник

Ако диаметърът на отворите на повредената плоча е по-малък от 3 mm, тогава дори при относително ниска мощност, обратният хладник ще се заключи върху плочата и без допълнителни устройства за преливане ще бъде наводнен. Но ситовата плоча, оборудвана с такава устройства значително разширява своя работен обхват.

С помощта на устройства за преливане на тези тави се задава максималното ниво на обратен хладник, което ви позволява да избегнете ранното наводнение и да работите по-уверено с високо натоварване на пара..

При опростено изчисляване на такива тави се вземат предвид следните връзки:

• общата площ на отворите е 7-15% от площта на напречното сечение на тръбата;
• съотношението между диаметрите на отворите и стъпката между тях е около 3,5;
• диаметърът на дренажните тръби е около 20% от диаметъра на тавата.

Водните уплътнения трябва да бъдат монтирани в дренажните отвори, за да се избегне пробив на парата. Ситовите тави трябва да бъдат монтирани строго хоризонтално, за да може парата да преминава през всички отвори и да предотвратява изтичането на храчки през тях..

Тавички за мехурчета

Ако вместо дупки в плочите направим парните тръби по-високи от дренажните тръби и ги покрием с капачки с прорези, получаваме изцяло ново качество. Тези тави няма да източват храчките, когато отоплението е изключено. Фракционираният рефлукс ще остане в тавите. Следователно, за да продължите да работите, ще бъде достатъчно да включите отоплението.

В допълнение, такива тави имат структурно фиксиран рефлуксен слой на повърхността, те работят в по-широк диапазон от нагряващи мощности (натоварвания с пара) и промени в съотношението на рефлукса (от пълно отсъствие до пълно връщане на рефлукса).

Също така е важно тавите с мехурчета да имат относително висока ефективност - около 0,6-0,7. Всичко това, заедно с естетиката на процеса, определя популярността на тавите с мехурчета..

Когато се изчислява конструкцията, те изхождат от следните пропорции:

• площта на парните тръби е от порядъка на 10% от секцията на колоната;
• площта на процепите е 70-80% от площта на парните тръби;
• дренажната площ е 1/3 от общата площ на парните тръби (диаметърът е приблизително 18-20% от диаметъра на тръбната секция);
• долните тави са проектирани с високо ниво на обратен хладник и голямо напречно сечение на процепите, така че да функционират като задържащи;
• горните тави са направени с по-ниско ниво на обратен хладник и напречно сечение на процепите, така че да работят като разделящи.

Въз основа на графиките, дадени от Стабников, виждаме, че при слой на обратен хладник от 12 mm (крива 2), максималната ефективност се постига при скорост на пара от около 0,3-0,4 m / s.

За 2-инчова колона с вътрешен диаметър 48 mm необходимата полезна отоплителна мощност е:

N = V * S / 750-

Където:

• V е скоростта на парата в m / s;
• N - мощност в kW, S - площ на напречното сечение на колоната в mm².

N = 0,3 * 1808/750 = 0,72 kW.

Може би си мислите, че 0.72 kW определят малка производителност. Може би, предвид наличния капацитет, струва си да увеличите диаметъра на колоната? Вероятно това е правилно. Общите диаметри на кварцовите стъкла за диоптри са 80, 108 mm. Вземете 80 mm с дебелина на стената 4 mm, вътрешен диаметър 72 mm, площ на напречното сечение 4069 mm². Нека преизчислим мощността - получаваме 1,62 kW. Е, вече е по-добре, подходящо за домашна газова печка.

След като сме избрали диаметъра на колоната и изчислената мощност, ние определяме височината на преливната тръба и разстоянието между тавите. За целта ще използваме следното уравнение:

V = (0,305 * H / (60 + 0,05 * H)) - 0,012 * Z (m / s)-

Където:

• H е разстоянието между плочите;
• Z - височината на преливната тръба (т.е. дебелината на обратния слой върху плочата).

Скорост на пара 0,3 m / s, височината на плочата не трябва да бъде по-малка от нейния диаметър. За долните тави височината на слоя храчки е по-висока. За по-малки върхове.

Нека изчислим най-близките варианти на комбинации от височини на плочите и преливане, mm: 90-11-100-14-110-18-120-21. Вземайки предвид факта, че стандартното стъкло е с височина 100 мм, ние избираме чифт 100-14 мм за модулен дизайн. Естествено, това е просто нашият избор. Можете да вземете повече, тогава защитата срещу пръски ще бъде по-добра с увеличаване на мощността.

Ако дизайнът не е модулен, тогава има повече място за творчество. Възможно е да се направят долните тави с по-висок капацитет на задържане 100-14, а горните с по-голямо разделяне - 90-11.

Избираме капачките от стандартни и налични размери. Например тапи за медна тръба 28 мм, парни тръби - тръба 22 мм. Височината на парната тръба трябва да е по-голяма от тази на преливната тръба, да речем 17 мм. Пропуските за преминаване на пара между капачката и парната тръба трябва да имат по-голямо напречно сечение от парната тръба.

Прорезите за преминаване на пара във всяка капачка са необходими с площ на напречното сечение от порядъка на 0,75 от площта на парната тръба. Формата на процепите не играе специална роля, но е по-добре да ги направите възможно най-тесни, така че парата да се разпада на по-малки мехурчета. Това увеличава площта на контакт между фазите. Увеличаването на броя на капачките също е от полза за процеса..

Режими на работа на изскачащия тип колона

Всички балонни колони могат да работят в няколко режима. При ниски скорости на пара (ниска мощност на нагряване) настъпва балон режим. Парите под формата на мехурчета се движат през рефлуксния слой. Контактната повърхност на фазите е минимална. С увеличаване на скоростта на парата (мощност на нагряване) отделни мехурчета на изхода от прорезите се сливат в непрекъсната струя и след кратки разстояния, поради съпротивлението на мехурчестия слой, струята се разпада на много малки мехурчета. Образува се обилен слой пяна. Зоната за контакт е максимална. Това е режим на пяна.

Ако продължите да увеличавате скоростта на подаване на пара, тогава дължината на парните струи се увеличава и те излизат на повърхността на барботиращия слой, без да се срутват, образувайки голямо количество пръски. Площта на контакта намалява, ефективността на тавата намалява. Това е мастиленоструен или инжекционен режим.

Преходът от един режим към друг няма ясни граници. Следователно, дори когато се изчисляват индустриални колони, само скоростите на парата се определят според долната и горната граница на работа. Работната скорост (мощност на отопление) просто се избира в този диапазон. За домашните колони се извършва опростено изчисление за определена средна мощност на отопление, така че да има възможност за корекции по време на работа..

Желаещите да направят по-точни изчисления могат да препоръчат книгата на А.Г. Касаткина "Основни процеси и устройства на химическата индустрия".

P.С. Горното не е пълноценна методология, която ви позволява да изчислите оптималните размери на всяка тава по отношение на всеки конкретен случай и не се представя за точна или научна. Но все пак това е достатъчно, за да направите работеща колона на диск със собствените си ръце или да разберете предимствата и недостатъците на колоните, предлагани на пазара..

Авторът на статията - Игор Гор.