Kolumny dyskowe: koncepcja, rodzaje, wybór, produkcja własna

Kolumny z dyskiem destylacyjnym mają niewielką zdolność wzmacniającą i są tradycyjnie używane do produkcji whisky, koniaku i innych szlachetnych napojów. Niewielka ilość płytek pozwala zachować właściwości organoleptyczne surowców przy dużej stabilności i produktywności aparatu.

Materiał

Kolumny w kształcie miedzianych naczyń z oknami obserwacyjnymi nazywane są fletami ze względu na ich podobieństwo, a te wykonane w szklanej gablocie nazywane są kolumnami kryształowymi. Oczywiste jest, że te nazwy są tylko chwytem marketingowym i nie mają nic wspólnego z samym projektem..

Miedź nie jest tanim materiałem, dlatego podejście do jej przetwarzania jest ostrożne. Flet mosiężny czołowych producentów jest dla nich dziełem sztuki i powodem do dumy. Koszt produktu może być absolutnie dowolną kwotą, którą kupujący jest skłonny wydać.

Nieco tańszy niż flet w obudowie ze stali nierdzewnej i najbardziej budżetowa opcja - w szklanej obudowie.

Cechy konstrukcyjne i typy kolumn talerzowych

Najbardziej rozpowszechnione są konstrukcje kolumn modułowych oparte na trójnikach lub cylindrach ze szkła borokrzemianowego. Oczywiście jest to duża liczba niepotrzebnych części łączących i zawyżona cena.

Prostszą opcją są gotowe bloki na 5-10 płyt. Tutaj wybór jest szerszy, a cena bardziej umiarkowana. Z reguły ta opcja jest wykonywana w szklanych gablotach..

Istnieją również dość ekonomiczne opcje - po prostu wkładki do istniejących szuflad.

Mogą być rekrutowani z komponentów w dowolnej wymaganej ilości.

Konstrukcja może być inna, ale jeśli takie kolumny w kształcie dysku są używane z metalowymi kolbami, traci się przejrzystość procesu. Znacznie trudniej jest zrozumieć, w jakim trybie działa kolumna, a przy pracy z tacami jest to bardzo ważne..

Do uszczelnienia każdej podłogi używane są proste silikonowe krążki..

Oczywiście jest to mniej niezawodne niż uszczelki w konstrukcjach modułowych, ale generalnie działa dobrze..

Alternatywnie istnieje uproszczona konstrukcja modułowa, w której każda podłoga jest złożona z prostych i niedrogich części, a cała konstrukcja jest ściągnięta razem za pomocą słupków..

Zaletą słupów modułowych jest przede wszystkim łatwość konserwacji i otwartość na modyfikacje. Na przykład, łatwo jest uzupełnić kolumnę na wymaganym poziomie o pośrednią jednostkę do pobierania próbek i mocowanie termometru. Musisz tylko zmienić płytkę.

Kolumny sitowe są tańszą opcją. Nie oznacza to, że jakość produktu będzie się pogarszać podczas ich użytkowania. Ale wymagają bardziej precyzyjnej kontroli..

Tace awaryjne są jeszcze tańsze, ale ich zakres działania jest bardzo wąski, dlatego trzeba być przygotowanym na precyzyjną kontrolę grzania ze źródeł stabilizowanych mocą. W NSC używa się głównie blach uszkodzonych.

Najpopularniejszymi materiałami do produkcji płyt są miedź, stal nierdzewna i fluoroplast. Dowolna kombinacja jest możliwa. Miedź i stal nierdzewna to znane materiały, a fluoroplast to jeden z najbardziej obojętnych materiałów, porównywalny z platyną. Ale jego zwilżalność jest zła.

Jeśli porównamy płytkę fluoroplastyczną z płytą nierdzewną, to zaleje ona znacznie szybciej..

Liczba półek w kolumnie jest zwykle ograniczona do 5 dla uzyskania destylatów o mocy 88-92% i 10 dla oczyszczonych destylatów ze wzmocnieniem do 94-95%.

Kolumny modułowe pozwalają na wykonanie zestawu wymaganej ilości płyt z różnych materiałów.

Różnica między kolumną zapakowaną a tacą

„Mam wypełnioną kolumnę, czy potrzebuję kolumny z trzpieniem?” - to pytanie prędzej czy później pojawia się przed każdym gorzelnikiem. Obie kolumny wykorzystują technologię wymiany ciepła i masy, ale istnieją znaczne różnice w ich działaniu..

Liczba stopni wzmacniających

Kolumna z wypełnieniem działa w trybie maksymalnej separacji z wydajnością przed zakopaniem. Dostosowując współczynnik refluksu, można zmieniać liczbę półek teoretycznych w szerokim zakresie: od zera do nieskończoności (przy całkowicie wyłączonej chłodnicy zwrotnej i pracującej samodzielnie kolumnie).

Kolumna półkowa charakteryzuje się strukturalnie określoną liczbą stopni separacji. Jedna fizyczna płyta ma wydajność od 40 do 70%. Innymi słowy, dwie fizyczne płyty dają jeden stopień separacji (wzmocnienie, płyta teoretyczna). W zależności od trybu pracy sprawność nie zmienia się na tyle, aby znacząco wpłynąć na ilość stopni.

Zdolność trzymania

Wypełniona kolumna o niskiej zdolności retencyjnej umożliwia dobre oczyszczenie destylatu z frakcji czołowej i jakoś powstrzymanie ogona.

Kolumna półkowa ma o rząd wielkości większą pojemność retencyjną. To uniemożliwia jej tak ostre czyszczenie „głów”, ale pozwala doskonale trzymać ogony. To znaczy, aby wyrównać skład chemiczny destylatu. W takim przypadku im więcej trzeba oczyścić destylat z zanieczyszczeń, tym więcej płytek trzeba włożyć. Proste zadanie, które można rozwiązać w praktyce. Kiedyś znalazłem optymalną dla siebie liczbę talerzy i już o tym nie myślę.

Wrażliwość na wpływy kontrolne

Kolumna z wypełnieniem jest bardzo wrażliwa na spadek ciśnienia wody w chłodnicy zwrotnej lub zmianę mocy grzewczej. Nieznaczna ich zmiana prowadzi do zmiany liczby kroków wzmacniających czasami lub nawet kilkadziesiąt razy..

Wydajność płyt może zmieniać się maksymalnie 1,5 raza, a nawet wtedy przy bardzo dużej i ukierunkowanej zmianie tych parametrów. Można założyć, że dostrojona kolumna półkowa pod względem wydajności separacji praktycznie nie będzie reagować na zwykłe niewielkie spadki ciśnienia wody lub naprężenia..

Wydajność

Wydajność upakowanego sznurka zależy głównie od jego średnicy. Optymalna średnica dla nowoczesnych dysz to 40-50 mm, przy dalszym wzroście średnicy stabilność procesów maleje. Zaczynają się ujawniać skutki ciemieniowe i tworzenie się kanałów. Kolumny dyskowe nie mają takich słabości. Ich średnicę i pojemność można zwiększyć do dowolnej wymaganej wartości. Gdyby tylko było wystarczająco dużo mocy grzewczej.

Cechy technologiczne otrzymywania destylatów aromatycznych

W przypadku stosowania słupów z wypełnieniem w celu ograniczenia stopnia zbrojenia jesteśmy zmuszeni stosować krótsze ramiona boczne i większe wypełnienie. W przeciwnym razie estry, które nadają destylatowi główny smak, utworzą azeotropy z domieszkami frakcji głowy, po czym szybko wylecą z kostki. Krótko wybieramy „głowy”, „korpus” - przy zwiększonej prędkości. Jeśli chodzi o "ogony", to mała ilość dyszy i krótka listwa boczna nie pozwalają na całkowite objęcie kadłuba. Konieczne jest wcześniejsze przejście do selekcji frakcji ogonowych lub praca z małymi dnami.

Kolumna dyskowa ma stosunkowo dużą zdolność retencyjną, dlatego nie ma wątpliwości co do retencji kadłuba. Do wyboru „głów” i „ciała” 5-10 fizycznych płyt daje 3-5 stopni wzmocnienia. Pozwala to na prowadzenie destylacji zgodnie z zasadami tradycyjnej destylacji. Spokojnie, bez ryzyka pozbawienia destylatu aromatu, zabrania „główek”, a zbierając „korpus” nie myśl o przedwczesnym zbliżeniu się „ogonów”. Zaparowanie na dolnych płytach na końcu selekcji wyraźnie wskaże potrzebę zmiany pojemnika. Stopień czyszczenia można ustawić, zmieniając liczbę płyt.

Pięć lub dziesięć talerzy to za mało, aby zbliżyć się do alkoholu pod względem stopnia oczyszczenia, ale naprawdę można uzyskać zgodność z wymaganiami GOST dla destylatu.

Zastosowanie kolumn talerzowych do destylacji surowców owocowych lub zbożowych, zwłaszcza do dalszego leżakowania w beczkach, znacznie upraszcza żywotność gorzelnika.

Podstawy doboru wymiarów projektowych korytek pod słup

Rozważ projekty najpopularniejszych płyt do celów domowych..

Tabliczka awarii

W istocie jest to po prostu płyta z otworami, które mogą być okrągłe, prostokątne itp..

Refluks wpada do stosunkowo dużych otworów w kierunku pary, co stanowi główną wadę uszkodzonych płyt - konieczność precyzyjnej regulacji zadanego trybu.

Nieznaczny spadek mocy grzewczej prowadzi do tego, że cała flegma wpada do kostki, a wzrost mocy blokuje flegmę na talerzu i prowadzi do zalania. Te tace mogą pracować zadowalająco w stosunkowo wąskim zakresie obciążenia, gdzie są dość konkurencyjne..

Prostota konstrukcji i wysoka wydajność płyt awaryjnych, wraz z ogrzewaniem typowym dla domowej destylacji przez elementy grzejne ze stabilizowanym napięciem źródłem zasilania, doprowadziły do ​​ich szerokiego zastosowania w kolumnach ciągłego zacierania (NBK), które w połączeniu z obudowa wykonana ze szkła borokrzemianowego lub kwarcowego sprawia, że ​​kolumna jest prosta i intuicyjna.

Aby obliczyć liczbę i średnicę otworów, brane są pod uwagę warunki zapewnienia pęcherzyków. Wyznaczono eksperymentalnie, że całkowita powierzchnia otworów powinna wynosić 15-30% powierzchni płyty (odcinka rury). W ogólnym przypadku dla BK działania okresowego podstawowa średnica otworu rzędu 9-10% średnicy kolumny pozwala na wejście do strefy roboczej.

Średnicę otworów płyt tonących pod NSC dobiera się na podstawie właściwości surowca. Jeśli przy destylacji zacieru cukrowego i wina jest wystarczająco dużo otworów o średnicy 5-6 mm, to przy destylacji zacieru mącznego preferowana jest średnica otworu 7-8 mm. Jednak tace dla NSC mają swoje własne cechy konstrukcyjne, ponieważ gęstość pary wzdłuż wysokości kolumny znacznie się zmienia, wymiary należy obliczyć osobno dla każdej tacy, w przeciwnym razie ich działanie będzie dalekie od optymalnego..

Płyta sitowa z przelewem

Jeżeli średnice otworów uszkodzonej płyty są mniejsze niż 3 mm, to nawet przy stosunkowo małej mocy refluks zostanie zablokowany na płycie i bez dodatkowych urządzeń przelewowych zostanie zalany. Ale płyta sitowa wyposażona w takie urządzenia znacznie poszerzają jego zasięg pracy.

Za pomocą urządzeń przelewowych na tych tacach ustawia się maksymalny poziom refluksu, co pozwala uniknąć przedwczesnego zalania i pewniej pracować przy dużym obciążeniu pary. Nieudane talerze.

W uproszczonym obliczeniu takich tac uwzględniane są następujące zależności:

• całkowita powierzchnia otworów wynosi 7-15% powierzchni przekroju rury;
• stosunek między średnicami otworów a skokiem między nimi wynosi około 3,5;
• średnica rur spustowych wynosi około 20% średnicy tacy.

W otworach spustowych należy zainstalować uszczelnienia wodne, aby zapobiec przedostawaniu się pary. Tace sitowe muszą być zainstalowane dokładnie poziomo, aby para mogła przepływać przez wszystkie otwory i zapobiegać przepływowi przez nie flegmy..

Tace bąbelkowe

Jeśli zamiast otworów w płytach wykonamy rury parowe wyżej niż rury spustowe i zakryjemy je zaślepkami z rowkiem, otrzymamy zupełnie nową jakość. Te tace nie odprowadzają flegmy, gdy ogrzewanie jest wyłączone. Frakcjonowany refluks pozostanie na tacach. Dlatego, aby kontynuować pracę, wystarczy włączyć ogrzewanie.

Dodatkowo takie tace mają strukturalnie utrwaloną warstwę zwrotną na powierzchni, działają w szerszym zakresie mocy grzewczych (obciążenia parą) i zmian współczynnika refluksu (od całkowitego braku do całkowitego powrotu zwrotnego).

Istotne jest również to, że tacki bąbelkowe charakteryzują się stosunkowo wysoką wydajnością - ok. 0,6-0,7 - to wszystko wraz z estetyką procesu decyduje o popularności tacek bąbelkowych..

Obliczając konstrukcję, wychodzą z następujących proporcji:

• powierzchnia rur parowych jest rzędu 10% przekroju kolumny;
• powierzchnia szczelin stanowi 70-80% powierzchni rur parowych;
• powierzchnia odpływu stanowi 1/3 całkowitej powierzchni rur parowych (średnica wynosi około 18-20% średnicy odcinka rury);
• dolne tace są zaprojektowane z wysokim poziomem refluksu i dużym przekrojem szczelin, dzięki czemu działają jako utrzymujące;
• górne tace są wykonane z dolnym poziomem refluksu i przekrojem szczelin tak, aby działały jako oddzielające.

Na podstawie wykresów podanych przez Stabnikova widzimy, że przy warstwie refluksowej 12 mm (krzywa 2) maksymalną wydajność osiąga się przy prędkości pary około 0,3-0,4 m / s.

Dla kolumny 2 ”o średnicy wewnętrznej 48 mm wymagana użyteczna moc grzewcza wynosi:

N = V * S / 750-

Gdzie:

• V jest prędkością pary wm / s;
• N - moc w kW, S - pole przekroju poprzecznego kolumny w mm².

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

Można by pomyśleć, że 0,72 kW decyduje o małej wydajności. Może ze względu na dostępną pojemność warto zwiększyć średnicę kolumny? Prawdopodobnie to prawda, typowe średnice szkieł kwarcowych do dioptrii to 80, 108 mm. Weź 80 mm przy grubości ścianki 4 mm, średnicy wewnętrznej 72 mm i powierzchni przekroju 4069 mm². Przeliczmy moc - otrzymamy 1,62 kW. Cóż, jest już lepszy, odpowiedni do domowej kuchenki gazowej.

Po dobraniu średnicy kolumny i obliczonej mocy określamy wysokość rury przelewowej oraz odległość między korytkami. Aby to zrobić, użyjemy następującego równania:

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

Gdzie:

• H to odległość między płytami;
• Z - wysokość rurki przelewowej (czyli grubość warstwy zwrotnej na płycie).

Prędkość pary 0,3 m / s, wysokość płyty nie powinna być mniejsza niż jej średnica. W przypadku dolnych tac wysokość warstwy flegmy jest wyższa. Do mniejszych blatów.

Obliczmy najbliższe warianty kombinacji wysokości płyt i przelewu, mm: 90-11-100-14-110-18-120-21. Biorąc pod uwagę fakt, że standardowe szyby mają 100 mm wysokości, do konstrukcji modułowej wybieramy parę 100-14 mm. Oczywiście to tylko nasz wybór. Możesz zabrać więcej, wtedy ochrona przed rozpryskami będzie lepsza wraz ze wzrostem mocy.

Jeśli projekt nie jest modułowy, jest więcej miejsca na kreatywność. Istnieje możliwość wykonania tac dolnych o większej pojemności retencyjnej 100-14, a górnych o większej separacji - 90-11.

Czapki dobieramy spośród standardowych i dostępnych rozmiarów. Na przykład korki do rury miedzianej 28 mm, rury parowe - rura 22 mm. Wysokość przewodu parowego musi być większa niż wysokość przewodu przelewowego, powiedzmy 17 mm. Szczeliny dla przejścia pary między nasadką a rurą parową muszą mieć większą powierzchnię przekroju niż rurka parowa.

Szczeliny do przepuszczania pary w każdej nasadce są wymagane z polem przekroju poprzecznym rzędu 0,75 pola powierzchni rury parowej. Kształt szczelin nie odgrywa szczególnej roli, ale lepiej jest zrobić je tak wąskie, jak to tylko możliwe, aby para rozpadała się na mniejsze bąbelki. Zwiększa to obszar kontaktu między fazami. Zwiększenie liczby kapsli również jest korzystne dla tego procesu..

Tryby pracy kolumny grzybkowej

Każda kolumna bąbelkowa może działać w kilku trybach. Przy niskich prędkościach pary (niska moc grzewcza) występuje reżim pęcherzykowy. Para w postaci bąbelków przechodzi przez warstwę refluksową. Powierzchnia styku faz jest minimalna. Wraz ze wzrostem prędkości pary (mocy grzewczej) pojedyncze bąbelki na wylocie ze szczelin łączą się w ciągły strumień, a po krótkich odległościach, ze względu na opór warstwy bąbelkowej, strumień rozpada się na wiele małych pęcherzyków. Tworzy się obfita warstwa pianki. Powierzchnia styku jest maksymalna. To jest tryb piankowy.

Jeśli nadal będziesz zwiększać szybkość dostarczania pary, wtedy długość dysz parowych zwiększa się i wychodzą one na powierzchnię bulgoczącej warstwy bez zapadania się, tworząc dużą ilość rozprysków. Powierzchnia styku maleje, wydajność tacy maleje. To jest tryb atramentowy lub wtryskowy.

Przejście od jednego reżimu do drugiego nie ma wyraźnych granic. Dlatego nawet przy obliczaniu kolumn przemysłowych tylko prędkości pary są określane zgodnie z dolną i górną granicą pracy. W tym zakresie po prostu wybiera się prędkość roboczą (moc grzewczą). W przypadku kolumn domowych przeprowadza się uproszczone obliczenia dla określonej średniej mocy grzewczej, dzięki czemu istnieje możliwość regulacji podczas pracy..

Osoby, które chcą dokonać dokładniejszych obliczeń, mogą polecić książkę A.G. Kasatkina "Podstawowe procesy i urządzenia przemysłu chemicznego".

P..S. Powyższe nie jest pełnoprawną metodologią, która pozwala obliczyć optymalne wymiary każdej tacy w odniesieniu do konkretnego przypadku i nie udaje, że jest dokładna ani naukowa. Ale to wystarczy, aby własnoręcznie wykonać działającą kolumnę talerzową lub zrozumieć zalety i wady oferowanych na rynku kolumn..

Autor artykułu - IgorGor.