Rodzaje kontroli kolumn destylacyjnych i zacieru - rodzaje jednostek selekcyjnych

Analiza porównawcza trzech schematów pobierania próbek, które są używane w kolumnach do parzenia i rektyfikacji w domu. Uwzględniono cechy, zalety i wady, a także możliwość zastosowania w różnych opcjach destylacji. Każda metoda ma swój własny rodzaj sprzętu.

Aby skutecznie współpracować z kolumną, należy dostosować współczynnik refluksu. Istnieją na to trzy metody:

• CM (chłodzenie) - sterowanie natężeniem przepływu wody dostarczanej do chłodzenia chłodnicy zwrotnej;
• LM (zarządzanie cieczami) - kontrola ilości wycofywanego odpływu (pobieranie próbek cieczy);
• VM (zarządzanie parą) - kontrola ilości wydobywanej pary (ekstrakcja parą).

Zanim zaczniemy mówić o typach selekcji, zdefiniujmy terminy.

Destylacja - proces parowania cieczy, po którym następuje kondensacja.

Jeśli początkowo surowiec był odparowywany z jeszcze destylacji, to następnie był skraplany w lodówce (skraplacz), to cokolwiek dzieje się w środku tego procesu (przejście pary przez kocioł parowy, bełkotkę lub chłodnicę zwrotną), na końcu, nadal otrzymasz destylat.

Sprostowanie - jest to jedna z metod destylacji, którą wyróżniają dwie metody technologiczne:

Wymuszony, ściśle kontrolowany powrót powrotny za pomocą specjalnych urządzeń - chłodnic zwrotnych lub skraplaczy.

Zorganizowano wymianę ciepła i masy między flegmą a parą unoszącą się w przeciwnym kierunku. Aby zwiększyć efektywność przenoszenia ciepła i masy, stosuje się kolumny z wypełnieniem lub półkami, w których refluks jest ponownie odparowywany. W pierwszym przypadku jest to proces filmowy, w drugim bulgotanie..

Celem rektyfikacji jest uzyskanie alkoholu o określonej mocy i oczyszczenie go z zanieczyszczeń. Aby to zrobić, współczynnik refluksu zawsze musi być wyższy niż minimum (więcej na wykresie).

Jakość produktu zależy od współczynnika refluksu, ale im wyższy, tym niższa wydajność kolumny..

Rektyfikacja nie pozwala na wyodrębnienie żadnej mieszaniny z grupy, a jedynie w mniejszym lub większym stopniu usuwa wszystkie zanieczyszczenia pogrupowane według bliskich lotności. Dlatego w przypadku korzystania ze sprzętu rektyfikacyjnego do pozyskiwania np. Destylatów owocowych istnieje ryzyko zgrupowania frakcji główki w trudne do rozdzielenia azeotropy - do usunięcia wraz z niepotrzebnymi zanieczyszczeniami użytecznych estrów odpowiedzialnych za aromat.

Jeśli spróbujesz destylować szlachetny destylat za pomocą sprzętu rektyfikacyjnego, konieczne jest, aby podczas całej selekcji współczynnik refluksu nie przekraczał 1,5-2. W przeciwnym razie równowaga zanieczyszczeń zostanie zakłócona..

Rodzaje jednostek startowych w kolumnie

Wybór cieczy (zarządzanie cieczami)

LM - dostosowanie ilości pobieranych próbek cieczą. Najwygodniejszy i najłatwiejszy w obsłudze schemat, w którym wszystkie opary są skraplane, następnie jedna część kondensatu wraca do kolumny, a druga trafia do ekstrakcji.

Specyfikacje. Współczynnik refluksu jest kontrolowany przez pojedynczy kran z alkoholem. Jeśli zawór jest całkowicie otwarty, współczynnik deflegmacji wynosi zero, a na wyjściu jest normalny destylat. Kiedy zawór jest zamknięty, współczynnik refluksu jest nieskończenie duży - kolumna działa sama. Regulacja zaworu poboru cieczy pozwala w dowolnym momencie zmienić stopień refluksu od 0 do 100%. Moc ogrzewania i chłodzenia jest ustawiana na optymalnym poziomie dla maksymalnego oddzielenia kolumny i minimalnego chłodzenia zwrotnego.

Z reguły współczynnik refluksu jest ustawiony nieco wyżej niż minimum, co podczas doboru „korpusu” pozwala na stosunkowo długi czas obejścia się bez korekt, jednak pod koniec selekcji konieczna jest aktywna regulacja proces. Co więcej, im mniej alkoholu pozostaje w kostce, tym częściej konieczne jest zwiększenie współczynnika refluksu..

Korzyści:

• nadaje się do produkcji zarówno aromatycznych, jak i czystych alkoholi;
• łatwo i stosunkowo tanio zautomatyzowany aż do automatycznego systemu sterowania (zautomatyzowanego systemu sterowania) przez proces produkcyjny z blokami bezpieczeństwa;
• brak zwiększonej wrażliwości na stabilność ciśnienia wody chłodzącej.

Niedogodności:

• jeśli współczynnik selekcji zostanie ustalony na tym samym poziomie, to w miarę postępu rektyfikacji współczynnik refluksu spadnie. Jest to sprzeczne z technologiczną potrzebą stopniowego zwiększania prędkości pod koniec selekcji, co jest główną wadą;
• konieczne jest przerwanie strumienia (połączenie z atmosferą) za zaworem lub zaworem regulacyjnym, w przeciwnym razie zakłócenia w regulacji częstotliwości próbkowania spowodowane są podciśnieniem w linii próbkowania, które jest wytwarzane przez przepływający alkohol.

Zarządzanie parą

VM - regulacja poprzez podział strumieni pary przed chłodnicą zwrotną. Kolumna jest sterowana poprzez zmianę ilości wydobywanej pary za pomocą zasuwy lub tradycyjnego zaworu kulowego.

Specyfikacje. Stosunek powierzchni przekroju poprzecznego kolumny i rury wylotowej pary określa minimalny współczynnik powrotu, który można zwiększyć, dostosowując położenie zaworu.

Podczas destylacji ilość odzyskanego orosienia można regulować w zakresie od 80 do 100%. Najniższy możliwy współczynnik refluksu wynosi 4.

Korzyści:

• czułość na położenie kranu jest bardzo mała, co umożliwia precyzyjną regulację;
• współczynnik deflegmacji nie zależy od zmian temperatury lub natężenia przepływu wody chłodzącej w chłodnicy zwrotnej;
• brak zwiększonej wrażliwości na stabilność ciśnienia wody chłodzącej.

Niedogodności:

• układ sterowania jest bezwładnościowy, zmiana położenia żurawia do zmiany prędkości pobierania próbek może zająć do 10-15 sekund;
• nie nadaje się do otrzymywania alkoholi aromatycznych z surowców naturalnych. Konieczne są zmiany strukturalne, aby kontrolować wielkość refluksu od 50 do 100%;
• kolumna odprowadzająca parę jest wrażliwa na ślimaki w linii pobierania produktu. Jeśli w silikonowym wężu spłynie w dół słupek produktu, wytworzy się podciśnienie i, podobnie jak pompa, przyciągnie do siebie parę, naruszając ustawiony współczynnik refluksu. W rezultacie prędkość startu gwałtownie i niekontrolowanie wzrośnie; bez interwencji operatora system nie powróci do poprzedniego poziomu. Niekontrolowane wydobycie można zatrzymać, nawiązując połączenie z atmosferą (tworząc przerwę w strumieniu). Na przykład wbić igłę ze strzykawki w górną część rurki do pobierania próbek;
• automatyzacja jest złożona i kosztowna. Często odbywa się to w postaci sygnalizatora do osiągnięcia określonych temperatur, ale bez elementów wykonawczych. Pożądana jest również automatyzacja bezpieczeństwa.

Zarządzanie chłodzeniem (Cool Managment)

CM - regulacja ilości wody dostarczanej do deflegmatora. Pozwala kontrolować ilość pary przechodzącej przez chłodnicę zwrotną do lodówki do wyboru produktu.

Specyfikacje. Współczynnik refluksu można regulować w zakresie od 0 do 100%, ale system jest bardzo wrażliwy na ilość dostarczanej wody i wymaga precyzyjnego zaworu iglicowego. Aby wyregulować prędkość startu, dźwig trzeba obrócić dosłownie o ułamek milimetra. Moc grzewcza podczas całego procesu musi być stała i zapewniać maksymalną wydajność separacji kolumny. Wraz ze wzrostem ilości dostarczanej wody rośnie również ilość zawracanego refluksu, odpowiednio zwiększa się współczynnik refluksu.

Podczas rektyfikacji przy stałej mocy chłodniczej i grzewczej następuje stopniowy spadek doboru, ale współczynnik refluksu pozostaje niezmieniony..

Korzyść:

• z powodzeniem może być stosowany do otrzymywania alkoholi aromatycznych z surowców naturalnych.

Niedogodności:

• najmniejsze wahania ciśnienia prowadzą do zmiany tempa selekcji i współczynnika refluksu. Jeśli nie podejmiesz działań w celu ustabilizowania ciśnienia wody chłodzącej w mieszkaniu, nawet spłukiwana przez sąsiadów toaleta wpłynie na proces selekcji;
• wzrost temperatury wody w chłodnicy zwrotnej, podczas gdy jej ilość pozostaje niezmieniona, zmniejsza współczynnik deflegmacji, dlatego też, aby utrzymać stały stopień deflegmacji, konieczna jest kontrola natężenia przepływu i temperatury wody doprowadzanej do chłodnicy zwrotnej;
• wymagana jest komunikacja z atmosferą w linii wyboru produktu, w przeciwnym razie jeśli ogrzewanie zostanie przypadkowo wyłączone i rura zanurzona w selekcji, cały produkt ponownie znajdzie się w kostce;
• system jest drogi i trudny do zautomatyzowania. Zazwyczaj takie kolumny rektyfikacyjne są wyposażone w najprostsze alarmy termiczne i automatykę bezpieczeństwa..

Praktyka instalowania różnych jednostek selekcyjnych na kolumnach

Kolumny do pobierania cieczy (LM)

W kolumnach domowych najbardziej rozpowszechnione jest pobieranie próbek cieczy. Powód jest prosty - proces rektyfikacji 40 litrów bimbru jest opóźniony o 18-20 godzin. Można zmniejszyć masę o połowę, ale wtedy udział alkoholu z recyklingu (technicznego), który będzie musiał zostać przetworzony przy każdej rektyfikacji, gwałtownie wzrasta..

Jeśli mówimy o wydajności systemu jako ilości komercyjnego alkoholu uzyskanego podczas całkowitego czasu rektyfikacji (w tym ogrzewania), to przy 2-krotnym spadku objętości nasypowej wydajność spada o około 1,5 razy.

Innym sposobem na zminimalizowanie ilości uzyskiwanego alkoholu technicznego przy maksymalnej wydajności jest automatyzacja procesu, która umożliwia przeprowadzenie destylacji według z góry ustalonego algorytmu bez udziału operatora. System automatyki musi koniecznie mieć nie tylko obwód wykonawczy, ale także blok bezpieczeństwa, który natychmiast wyłączy sprzęt w razie zagrożenia wypadkiem.

Kolumna destylacyjna z poborem cieczy jest zautomatyzowana łatwiejsza i tańsza niż inne systemy, a pod względem jakości otrzymywanego alkoholu nie ustępuje w niczym innym typom urządzeń.

Kolumny z ekstrakcją parą

Systemy selekcji parowej są szeroko rozpowszechnione za granicą, gdzie alkohol i jego pochodne mają gorszą popularność niż destylaty (koniak, whisky itp.), Ale docenia się wysoką moc napoju. Zagraniczni rzemieślnicy projektują kolumny destylacyjne z ekstrakcją parą, o minimalnym współczynniku powrotu - tylko 1, a nie 4 jak w Rosji. W tym schemacie co najmniej 50% refluksu wraca do kolumny..

W trybie destylacji ekstrakcja pary praktycznie nie wymaga automatyzacji. Współczynnik refluksu ustawiony na początku selekcji „korpusu” pozostaje niezmieniony do końca, może go zmienić tylko operator, ale nawet przy zakupie alkoholu korekta jest potrzebna dosłownie kilka razy.

Szybkość selekcji pod koniec destylacji gwałtownie spada, aż do zatrzymania. Jeśli istnieje chęć polowania na estry enanth (to one w dużej mierze tworzą właściwości organoleptyczne destylatów owocowych) - wymień puszki i zwiększ moc grzewczą, wtedy następuje selekcja frakcyjna i sortowanie.

Jeśli estry enantowe nie są wymagane, zrób to samo, ale dodatkowo używaj przerw, aby kolumna działała sama, aby pozostałości alkoholu były bardziej skoncentrowane i mniej zanieczyszczone.

Automatyzacja w kolumnach z wyciągiem pary jest potrzebna tylko na poziomie bloku bezpieczeństwa. Ponadto otrzymanie destylatu nie przewiduje grupowania zanieczyszczeń we frakcje i ich całkowitego usunięcia, ale zbilansowane zmniejszenie stężenia substancji do dopuszczalnego poziomu z obowiązkowym zachowaniem składników smakowo-zapachowych. Jest to sprawa dla głównego gorzelnika, który kontroluje proces; regulacja za pomocą instrumentów jest tutaj niewłaściwa. Luz jest ograniczony ilością, którą można przekroczyć pod kierownictwem człowieka w dostępnym czasie.

Kolumny z regulowanym dopływem wody do chłodnicy zwrotnej

Pomimo wszystkich wad ten typ sprzętu jest często używany w Rosji do budowy kolumn zacierowych. Powodem jest możliwość pozyskania destylatów z dowolnego surowca, aw razie potrzeby bez zmiany konstrukcji (dodatkowa tsarga się nie liczy) można zebrać wysoko oczyszczony destylat - prawie jak alkohol.

Kolumny z regulowanym dopływem wody do chłodnicy zwrotnej są drogie w automatyce, wrażliwe na ciśnienie i temperaturę wody chłodzącej, co sprawia, że ​​są słabo przystosowane do otrzymywania czystego rektyfikowanego alkoholu, ale z niewielkimi ładunkami masowymi do 20 litrów i czujną uwagą operatora, takie kolumny są w stanie wiele.

Ponadto fajny schemat zarządzania jest najlepszy do wyboru głowy. Przy wszystkich innych rzeczach nie jest możliwe uzyskanie bardziej skoncentrowanych „głowic” w systemach ekstrakcji pary i cieczy. To prawda, że ​​dzieje się tak tylko wtedy, gdy poradzisz sobie ze stabilizacją temperatury i ciśnienia wody w chłodnicy zwrotnej..

W ostatnich latach podejmowano próby tworzenia hybrydowych kolumn rektyfikacyjnych, w których „głowice” są przejmowane parą metodą SM, a „korpus” cieczą (LM). To wzmacnia i tak już wysoką jakość alkoholu na kolumnach LM. Nie ma granic doskonałości.

Przy budowie kolumn zacierowych skoncentrowanych na destylatach aromatycznych, sprzęt VM ma przewagę nad LM ze względu na łatwość sterowania, a także niewrażliwość na temperaturę i przepływ wody w chłodnicy zwrotnej - większą przewidywalność w „czesaniu” zanieczyszczeń. W przypadku cukru surowego kolumny piwa według schematu SM są bardziej obiecujące ze względu na lepsze usuwanie frakcji górnej. Ale zarządzanie nimi stwarza wiele problemów..