Subtelności instalacji termometru w kostce destylacyjnej
Termometr w kostce powinien dostarczać najbardziej wiarygodnych informacji do prawidłowej oceny przebiegu procesu destylacji. Jednocześnie głównym pytaniem nie jest, gdzie umieścić termometr, ale po co go w ogóle umieszczać? Co chcemy zobaczyć lub obliczyć na podstawie jego odczytów? Jeśli odpowiesz na te pytania, pozostałe kwestie staną się oczywiste..
Zacznijmy więc od kilku prostych pytań. Pierwsza z nich: jaka jest siła masy w kostce? Aby odpowiedzieć, wystarczy znać aktualną temperaturę wrzenia masy..
Legenda:
- T1 jest temperaturą nieruchomej masy;
- T2 to temperatura pary;
- Т3 - temperatura pary na wlocie do kolumny.
Wszyscy są zdezorientowani niewłaściwym określeniem - „temperatura sześcienna”. Możliwy jest bezpośredni pomiar temperatury T1 w strefie cieczy lub temperatury pary T2. Wydaje się, że w obu przypadkach jest to „temperatura sześcienna”, ale tak nie jest. Jeśli zmierzymy temperaturę cieczy T1, otrzymamy ją. Ale poznając temperaturę pary T2, w przyszłości możemy tylko założyć, że jest ona równa T1.
W momencie oddzielenia się pary od powierzchni wrzenia rzeczywiście T1 = T2. Ale z każdą chwilą para traci swoją temperaturę. Na wyjściu z kostki do kolumny jest znacznie chłodniej niż wrząca masa.
Stopień schłodzenia oparów alkoholu zależy od strat ciepła przez ściany boczne i pokrywę kostki. Znaczący udział ma również stosunkowo zimny refluks wlewający się z kolumny. Jak duży jest ten błąd? Zmierzona temperatura pary może wahać się od temperatury parowania do temperatury skraplania.
Szerokość tego korytarza można wyraźnie zobaczyć dzięki znanej „rybce”.
Załóżmy, że w kostce gotuje się 25% roztwór alkoholu. Wspinając się wzdłuż strzałki 1 do przecięcia z wykresem temperatury wrzenia cieczy (czerwona krzywa), następnie obracamy go wzdłuż strzałki 2 i wyznaczamy temperaturę wrzenia (parowanie) - 87 stopni. Przechodząc wzdłuż strzałek wzdłuż trasy 1-3-4-5, określamy temperaturę kondensacji powstającej w tym przypadku pary - 80,5 stopnia. Oznacza to, że sonda temperatury wystająca gdzieś w strefie parowej wskaże temperaturę od 80,5 do 87 stopni.
Im dłuższy i bliżej powierzchni wrzenia bagnet, tym mniej schłodzonej pary napotka, a im bliżej odczyt termometru będzie do 87 stopni i odwrotnie, tym krócej i bliżej płynącej flegmy, a także kostki pokrywka, bagnet jest tym bliżej jego odczytu zbliża się do 80,5 stopnia. Jeśli termometr nadal będzie włożony do grubego rękawa przyspawanego do pokrywy, to tuleja, podobnie jak duży grzejnik, usunie ciepło, a odczyty termometru staną się jeszcze bardziej nieprzewidywalne..
Błąd pomiaru stanie się nieistotny, jeśli w kostce ugotujesz płyn zbliżony składem do czystego alkoholu lub wody. W takim przypadku różnica między temperaturą skraplania a temperaturą parowania będzie dążyć do zera, wraz z możliwym błędem pomiaru. Ale tu pech - ten asortyment nie jest interesujący dla gorzelników.
Maksymalna różnica i możliwy błąd przypada na zakres destylacji - 93-98 stopni, a błąd może dochodzić do 12 stopni.
To korytarz, w którym w zależności od strat ciepła temperatura pary będzie, czyli maksymalna wartość błędu. W rzeczywistości tak się nie dzieje. Im lepsza izolacja kostki i jej wieka, tym mniejsze straty ciepła, a wartość T2 jest bliższa T1.
Ale jest koszt błędu ... Załóżmy, że termometr w strefie pary wskazywał 98 stopni, przestaliśmy pobierać próbki, myśląc, że w kostce jest tylko 2% alkoholu. W rzeczywistości temperatura masy wynosiła 97 stopni, a zawartość alkoholu była o około 1,3% wyższa. Przy sześciennej objętości 30 litrów jest to 400 gramów utraconego 96% alkoholu lub 2 butelki wódki. Przedwczesne przejście do „ogonów” odpisało mniej więcej taką samą ilość do powtórnej rektyfikacji, ponieważ końcówka termometru nie znajdowała się w strefie cieczy i z błędem tylko 1 stopnia. Jeśli kostka jest słabo izolowana, żądło jest daleko od powierzchni masy, a błąd jest znacznie większy?
Wyznaczenie temperatury zbiorczej z temperatury pary obarczone jest niepewnością, maksymalna wartość błędu jest niedopuszczalna, gdyż straty alkoholu będą bardzo duże.
Znając dokładną wartość temperatury nasypu, można określić jego aktualną moc i zawartość alkoholu w oparach na wlocie do kolumny. Mając wytrzymałość produktu na wylocie, realistyczne jest oszacowanie z iloma stopniami separacji (półkami teoretycznymi) aktualnie pracuje kolumna.
Jest to bardzo ważna i potrzebna temperatura, jedyna ze wszystkich, której wartość bezwzględną należy określić z maksymalną dokładnością..
Temperatura dna to temperatura masy (cieczy), należy ją mierzyć bezpośrednio, bez udziału pary, poprzez obniżenie termometru do strefy cieczy.
Rzeczywiście, jakich korzyści można oczekiwać od pośrednika, poza uszkodzonymi informacjami?
Jak wybrać termometr destylacyjny
Każdy termometr ma klasę dokładności. Jest to ważny parametr, na który należy zwrócić uwagę. Często pozbawieni skrupułów producenci uzupełniają sprzedawane kostki termometrami bimetalicznymi o klasie dokładności 2,5. Oznacza to, że podczas pomiaru temperatury maksymalny błąd będzie wynosił 2,5% maksymalnej wartości na skali termometru..
Jeśli wartość wynosi 120 stopni, błąd może wynosić do 3 stopni. Przykładowo, jeśli mamy zamiar odciąć "ogony" w temperaturze 94 stopni, a ostatecznie zobaczyć tę temperaturę na termometrze, to faktycznie temperatura mogłaby wynosić od 91 do 97 stopni. I to dodatkowo do wpływu innych czynników omówionych powyżej..
Przy klasie dokładności 1,5 maksymalny błąd wyniósłby 1,8 stopnia. Przy tej samej klasie dokładności termometr o niższej maksymalnej wartości mierzonej temperatury będzie dokładniejszy.
Z reguły termometry elektroniczne dają wyższą klasę dokładności. Nawet domowy termometr kuchenny ma dokładność plus minus 1 stopień w skali 0,1 stopnia, ale nie jest to takie proste. Bezwzględna dokładność i rozdzielczość pomiaru temperatury to dwie różne rzeczy. Takie termometry są słusznie stosowane w kolumnach, gdzie nie sama temperatura jest ważna, ale jej zmiana. Tutaj rolę odgrywa 0,1 stopnia. Podczas pomiaru temperatury sześciennej z pewnością da dokładniejszą temperaturę niż termometr bimetaliczny, ale nie należy spodziewać się cudów.
Dla dokładniejszego pomiaru temperatury nieruchomej masy stosuje się termometry elektroniczne typu T-0.36-DS-A z zewnętrznym czujnikiem temperatury, których rozdzielczość i dokładność pomiaru wynosi 0,1 stopnia. To prawda, że zakres pomiaru jest skromniejszy: od -55 do 125 stopni, ale do celów destylacji jest w sam raz. Jest też wada - czujnik termiczny DS18B20 wymaga umieszczenia tulei w kostce.
Najprostszą i najtańszą opcją umieszczenia czujnika temperatury jest tuleja elementu grzejnego. Podczas montażu wystarczy zgiąć go kilka centymetrów w bok i do góry od elementów grzejnych.
Decydując się na montaż tulei należy przestrzegać prostych wymagań: żądło czujnika temperatury powinno znajdować się w pewnej odległości od elementu grzejnego, dna i ścian naczynia. Co najmniej kilka centymetrów. Ale nie musisz też dać się ponieść emocjom, rękaw nie powinien przeszkadzać w instalacji dodatkowego wyposażenia, na przykład fałszywego dna. Ponadto rękaw nie powinien być masywny, ponieważ nie wpływa to na dokładność pomiarów. Dobrze, jeśli wewnętrzna średnica tulei zbliża się do średnicy czujnika temperatury, zachęca się do stosowania pasty termoprzewodzącej.
Wyniki
- Termometr dolny powinien być umieszczony tylko w obszarze cieczy.
- Przy wyborze termometru należy zwrócić uwagę na klasę dokładności, zakres pomiarowy oraz rozdzielczość..
Autor artykułu IgorGor.