Jak zrobić kolumnę destylacyjną - obliczanie parametrów systemu
Wcześniej czy później prawie każdy miłośnik domowego alkoholu myśli o zakupie lub produkcji kolumny destylacyjnej (RK) - urządzenia do produkcji czystego alkoholu. Musisz zacząć od kompleksowego obliczenia podstawowych parametrów: mocy, wysokości, średnicy szuflady, objętości sześcianu itp. Informacje te będą przydatne zarówno dla tych, którzy chcą wykonać wszystkie elementy własnymi rękami, jak i dla tych, którzy zamierzają kupić gotową kolumnę destylacyjną (pomoże dokonać wyboru i sprawdzić sprzedawcę). Bez wpływu na cechy konstrukcyjne poszczególnych węzłów, rozważymy ogólne zasady budowy zrównoważonego systemu naprawy w domu.
Menu
Charakterystyka rury (dyszli) i dysz
Materiał. Rura w dużej mierze determinuje parametry kolumny destylacyjnej i wymagania dla wszystkich węzłów aparatu. Materiał do produkcji szuflady to stal nierdzewna chromoniklowa - stal nierdzewna „spożywcza”.
Ze względu na neutralność chemiczną, stal nierdzewna spożywcza nie wpływa na skład produktu, zgodnie z wymaganiami. Surowe destylowane z zacieru cukrowego lub odpadów po destylacji („główki” i „ogony”) są destylowane dla alkoholu, więc głównym celem rektyfikacji jest maksymalizacja oczyszczania z zanieczyszczeń, a nie zmiana organoleptycznych właściwości alkoholu w jednym lub drugim kierunku. Zastosowanie miedzi w klasycznych kolumnach destylacyjnych jest niewłaściwe, ponieważ materiał ten nieznacznie zmienia skład chemiczny napoju i nadaje się do produkcji gorzelni (zwykły bimber) lub kolumny destylacyjnej (szczególny przypadek destylacji).
Grubość. Dyszel wykonany jest z rury ze stali nierdzewnej o grubości ścianki 1-1,5 mm. Grubsza ściana nie jest potrzebna, ponieważ zwiększy to koszt i wagę konstrukcji bez uzyskania jakichkolwiek korzyści.
Opcje dysz. Nieprawidłowe jest mówienie o charakterystyce kolumny bez odniesienia do dyszy. Do rektyfikacji w domu stosuje się dysze o powierzchni styku 1,5 do 4 metrów kwadratowych. m / litr. Wraz ze wzrostem pola powierzchni styku zwiększa się również zdolność oddzielania, ale spada wydajność. Zmniejszenie powierzchni prowadzi do zmniejszenia zdolności oddzielania i wzmacniania.
Wydajność kolumny początkowo rośnie, ale następnie w celu utrzymania siły wyjściowej operator jest zmuszony obniżyć prędkość wyboru. Oznacza to, że istnieje pewna optymalna wielkość dyszy, która zależy od średnicy kolumny i pozwoli uzyskać najlepszą kombinację parametrów.
Wymiary spiralnej pryzmatycznej dyszy (SPN) powinny być około 12-15 razy mniejsze niż wewnętrzna średnica kolumny. Dla rury o średnicy 50 mm - 3,5 x 3,5 x 0,25 mm, dla 40 - 3 x 3 x 0,25 mm oraz dla 32 i 28 - 2 x 2 x 0,25 mm.
W zależności od zadań zaleca się stosowanie różnych dysz. Na przykład do przygotowania wzmocnionych destylatów często stosuje się pierścienie miedziane o średnicy i wysokości 10 mm. Oczywiste jest, że w tym przypadku celem nie jest zdolność do dzielenia i wzmacniania układu, ale zupełnie inne kryterium - katalityczna zdolność miedzi do usuwania związków siarki z alkoholu.
Nie powinieneś ograniczać arsenału do jednej, nawet najlepszej dyszy, po prostu jej nie ma. Są najbardziej odpowiednie dla każdego konkretnego zadania..
Nawet niewielka zmiana średnicy kolumny poważnie wpływa na parametry. Do oceny wystarczy pamiętać, że moc nominalna (W) i wydajność (ml / h) są liczbowo równe powierzchni przekroju kolumny (m2), a zatem są proporcjonalne do kwadratu średnicy. Zwróć na to uwagę przy wyborze szuflady, zawsze bierz pod uwagę wewnętrzną średnicę i porównaj opcje.
Zależność mocy od średnicy rury
| Średnice rur (mm) i wysokość (m) | Moc znamionowa (W), wydajność (ml / godz.) |
| 52x1 | 1950 r |
| 50,8 x 1,5 | 1790 |
| 42x1,5 | 1190 |
| 40x1 | 1133 |
| 32x1,5 | 660 |
| 28x1,5 | 490 |
Wysokość rury. Aby zapewnić dobrą zdolność do retencji i separacji, niezależnie od średnicy, wysokość kolumny destylacyjnej powinna wynosić od 1 do 1,5 m. Jeśli jest mniejsza, nie będzie wystarczającej ilości miejsca na gromadzenie się olejów fuselowych podczas pracy, w wyniku czego kadłub zacznie się rozpadać. Kolejną wadą jest to, że głowy nie będą wyraźnie podzielone na ułamki. Jeśli wysokość rury jest większa, nie doprowadzi to do znacznej poprawy zdolności oddzielania i ograniczania systemu, ale zwiększy czas jazdy, a także liczbę „główek” i „zagłówków”. Innymi słowy, wraz ze wzrostem wysokości rury zdolność separacji kolumny destylacyjnej zwiększa się o każdy dodatkowy centymetr spada. Efekt zwiększenia rury z 50 cm do 60 cm jest o rząd wielkości większy niż od 140 cm do 150 cm.
Objętość kostki kolumny destylacyjnej
Aby zwiększyć wydajność wysokojakościowego alkoholu, ale nie dopuścić do przepełnienia kolumny wirnika, objętość (wypełnienie) surowego alkoholu w kostce jest ograniczona w zakresie 10–20 objętości dyszy. Do kolumn o wysokości 1,5 mi średnicy 50 mm - 30-60 l, 40 mm - 17-34 l, 32 mm - 10-20 l, 28 mm - 7-14 l.
Biorąc pod uwagę wypełnienie sześcianu dla 2/3 objętości, pojemność 40-80 litrów jest odpowiednia dla kolumny o wewnętrznej średnicy 50 mm, dla 40 mm jest to 30-50 litrów, dla 32 mm to 20-30 litrów, a dla 28 mm szybkowar.
Używając sześcianu o objętości bliższej dolnej granicy zalecanego zakresu, możesz bezpiecznie wyjąć jedną szufladę i zmniejszyć wysokość do 1-1,2 metra. W rezultacie sivuhi będzie stosunkowo niewielki, aby przełom w wyborze, ale głośność „zagłówków” wyraźnie spadnie.
Kolumnowe źródło i moc grzewcza
Rodzaj płyty. Przeszłość księżyca prześladuje wielu przybyszów, którzy uważają, że jeśli wcześniej używałeś kuchenki gazowej, indukcyjnej lub konwencjonalnej do ogrzewania bimbru, możesz zostawić to źródło dla kolumny.
Proces rektyfikacji różni się znacznie od destylacji, wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane, a ognisko nie będzie działać. Konieczne jest zapewnienie płynnej regulacji i stabilności dostarczanej mocy grzewczej..
Piece elektryczne działające zgodnie z termostatem w trybie start-stop nie są używane, ponieważ jak tylko nastąpi krótkotrwała przerwa w zasilaniu, para przestanie dostawać się do kolumny, a flegma zapadnie się w sześcian. W takim przypadku będziesz musiał ponownie rozpocząć rektyfikację - z pracą kolumny dla siebie i wyborem „celów”.
Kuchenka indukcyjna to wyjątkowo gruboziarnisty aparat ze skokową zmianą mocy 100-200 watów, a podczas rektyfikacji trzeba płynnie zmieniać moc, dosłownie 5-10 watów. Tak, i jest mało prawdopodobne, że będzie możliwe ustabilizowanie ogrzewania niezależnie od wahań napięcia na wejściu.
Kuchenka gazowa z 40-procentowym alkoholem surowym i 96-stopniowym produktem wlanym do kostki na wylocie stanowi śmiertelne niebezpieczeństwo, nie wspominając o zmianach temperatury ogrzewania.
Najlepszym rozwiązaniem jest osadzenie grzejnika o wymaganej mocy w kostce i użycie przekaźnika do ustabilizowania napięcia wyjściowego, na przykład PM-2 16A, do regulacji. Możesz wziąć analogi. Najważniejsze jest, aby uzyskać ustabilizowane napięcie na wyjściu i zdolność do płynnej zmiany temperatury ogrzewania o 5-10 W..
Zasilacz. Aby ogrzać kostkę w akceptowalnym czasie, musisz zacząć od mocy 1 kW na 10 litrów surowego alkoholu. Tak więc dla 50 l sześcianu wypełnionego 40 litrami wymagane jest minimum 4 kW, 40 l - 3 kW, 30 l - 2-2,5 kW, 20 l - 1,5 kW.
Przy tej samej objętości kostki mogą być niskie i szerokie, wąskie i wysokie. Wybierając odpowiedni pojemnik, należy pamiętać, że często kostka jest używana nie tylko do destylacji, ale także do destylacji, dlatego konieczne jest przejście od najcięższych warunków, aby dostarczona moc nie doprowadziła do gwałtownego pienienia z emisją rozprysków z kostki do linii pary.
Ustalono eksperymentalnie, że przy głębokości umieszczenia PETN około 40–50 cm zachodzi normalne gotowanie, jeśli przypada na 1 m2 M. cm lusterka zbiorcze mają nie więcej niż 4-5 watów mocy. Wraz ze spadkiem głębokości zwiększa się dopuszczalna moc, a wraz ze wzrostem maleje.
Istnieją inne czynniki, które wpływają na charakter wrzenia: gęstość, lepkość i napięcie powierzchniowe cieczy. Zdarza się, że emisje występują pod koniec destylacji zacieru, gdy gęstość wzrasta. Dlatego proces rektyfikacji na granicy dozwolonego zakresu zawsze jest obarczony problemami.
Wspólne cylindryczne kostki mają średnicę 26, 32, 40 cm, w oparciu o dopuszczalną moc na powierzchni lustra kostki luzem 26 cm, będą one normalnie działać z mocą grzewczą do 2,5 kW, dla 30 cm - 3,5 kW, 40 cm - 5 kW.
Trzecim czynnikiem determinującym moc grzewczą jest zastosowanie jednej z tulei zaciskowych bez dyszy jako sukhoparnik do walki z błotnikami. Aby to zrobić, konieczne jest, aby prędkość pary w rurze nie przekraczała 1 m / s, przy 2-3 m / s efekt ochronny osłabia się, a przy dużych wartościach pary popchnie flegmę w górę rury i wrzuci do wyboru.
Wzór do obliczania prędkości pary:
V = N * 750 / S (m / s),
gdzie:
- N - moc, kW;
- 750 - odparowanie (cm sześcienne / s kW);
- S to powierzchnia przekroju kolumny (m2).
Rura o średnicy 50 mm poradzi sobie z dyszą natryskową po podgrzaniu do 4 kW, 40-42 mm - do 3 kW, 38 - do 2 kW, 32 - do 1,5 kW.
Na podstawie powyższych rozważań wybieramy objętość, rozmiar sześcianu, moc ogrzewania i destylacji. Wszystkie te parametry są zgodne ze średnicą i wysokością kolumny..
Obliczanie parametrów chłodnicy zwrotnej kolumny destylacyjnej
Wydajność chłodnicy zwrotnej jest określana w zależności od rodzaju kolumny destylacyjnej. Jeśli budujemy kolumnę z próbkowaniem cieczy lub parą poniżej skraplacza zwrotnego, wymagana moc powinna być nie mniejsza niż moc znamionowa kolumny. Zazwyczaj w tych przypadkach jako kondensator stosuje się lodówkę Dimroth o wydajności odzysku 4-5 watów na metr kwadratowy. zobaczyć powierzchnię.
Jeśli kolumna z wyborem pary powyżej skraplacza zwrotnego, moc znamionowa wynosi 2/3 wartości nominalnej. W takim przypadku możesz zastosować Dimroth lub „koszulę”. Wydajność wykorzystania koszul jest mniejsza niż w przypadku dimrotu i wynosi około 2 watów na centymetr kwadratowy.
Co więcej, wszystko jest proste: dzielimy moc znamionową na moc recyklingu. Na przykład dla kolumny o wewnętrznej średnicy 50 mm: 1950/5 = 390 metrów kwadratowych. cm powierzchni Dimroth lub 975 metrów kwadratowych. zobacz koszule. Tak więc lodówka Dimroth może być wykonana z rurki 6x1 mm o długości 487 / (0,6 * 3,14) = 2,58 cm dla pierwszej opcji, biorąc pod uwagę współczynnik bezpieczeństwa 3 metry. W przypadku drugiej opcji mnożymy przez dwie trzecie: 258 * 2/3 = 172 cm, biorąc pod uwagę współczynnik bezpieczeństwa 2 metry.
Koszula koszuli dla kolumny 52 x 1 ma wymiary 975 / 5,2 / 3,14 = 59 cm * 2/3 = 39 cm, ale dotyczy to pomieszczeń o wysokim suficie.
Obliczenia lodówki z przepływem bezpośrednim
Jeżeli zbiornik bezpośredniego przepływu jest używany jako chłodnica końcowa w kolumnie destylacyjnej do destylacji cieczy, wybierana jest wersja najmniejsza i najbardziej kompaktowa. Wystarczająca moc 30–40% pojemności znamionowej kolumny.
Chłodziarka z bezpośrednim przepływem jest wytwarzana bez spirali w szczelinie między płaszczem a rurą wewnętrzną, następnie rozpoczyna się wybór w płaszczu, a woda chłodząca jest dostarczana przez rurę centralną. W takim przypadku koszula jest przyspawana do rury doprowadzającej wodę do skraplacza zwrotnego. Jest to mały „ołówek” o długości około 30 cm.
Ale jeśli jedno i to samo źródło bezpośredniego przepływu stosuje się zarówno w destylacji, jak i w destylacji, będąc jednostką uniwersalną, nie pochodzą one z potrzeb Republiki Kazachstanu, ale z maksymalnej mocy grzewczej podczas destylacji.
W celu wytworzenia turbulentnego przepływu pary w lodówce, co pozwala zapewnić szybkość wymiany ciepła co najmniej 10 watów / m2. cm, konieczne jest zapewnienie prędkości pary około 10-20 m / s.
Zakres możliwych średnic jest wystarczająco szeroki. Minimalna średnica jest określana na podstawie warunków, które nie powodują wytworzenia dużego nadciśnienia w kostce (nie więcej niż 50 mm wody w kolumnie), ale maksimum poprzez obliczenie liczby Reynoldsa w oparciu o minimalną prędkość i maksymalny współczynnik lepkości kinematycznej pary.
Aby nie wchodzić w niepotrzebne szczegóły, podajemy najczęstszą definicję: „Aby utrzymać turbulentny tryb ruchu pary w rurze, wystarczy, aby średnica wewnętrzna (w milimetrach) była nie większa niż 6-krotność mocy grzewczej (w kilowatach)”.
Zalecane średnice rur parowych
| Moc kW | 1,5 | 2) | 2.5 | 3) | 4 | 5 |
| Minimalna średnica wewnętrzna, mm | 8 | 9 | 10 | 10.5 | 11.5 | 12.5 |
| Maksymalna średnica wewnętrzna, mm | 9 | 12 | 15 | 18 | 24 | 30 |
Aby zapobiec wietrzeniu płaszcza wodnego, konieczne jest utrzymanie liniowej prędkości wody co najmniej 11 cm / s, ale nadmierny wzrost prędkości będzie wymagał dużego ciśnienia w dopływie wody. Dlatego optymalny zakres wynosi od 12 do 20 cm / s.
Aby skroplić parę i schłodzić kondensat do akceptowalnej temperatury, należy dostarczyć wodę o temperaturze 20 ° C w objętości około 4,8 cm3 / s (17 litrów na godzinę) na każdy kilowat mocy wejściowej. W takim przypadku woda podgrzeje się do 50 stopni - do 70 ° C. Oczywiście zimą potrzeba mniej wody, a przy stosowaniu autonomicznych systemów chłodzenia około półtora raza więcej.
Na podstawie poprzednich danych możesz obliczyć pole przekroju pierścieniowej szczeliny i wewnętrzną średnicę koszuli. Konieczne jest uwzględnienie dostępnego asortymentu rur. Obliczenia i praktyka wykazały, że odstęp 1-1,5 mm jest wystarczający do spełnienia wszystkich niezbędnych warunków. Odpowiada to parze rur: 10x1 - 14x1, 12x1 - 16x1, 14x1 - 18x1, 16x1 - 20x1 i 20x1 - 25x1,5, które pokrywają cały zakres wydajności używanych w domu.
Jest jeszcze jeden ważny szczegół ramjet - spiralne uzwojenie na rurze parowej. Taka spirala jest wykonana z drutu o średnicy, która zapewnia odstęp 0,2-0,3 mm od wewnętrznej powierzchni koszuli. Jest on nawijany krokiem równym 2-3 średnicom rury parowej. Głównym celem jest wyśrodkowanie rury parowej, w której podczas pracy temperatura jest wyższa niż w rurze koszuli. Oznacza to, że z powodu rozszerzalności cieplnej rura parowa wydłuża się i wygina, opierając się o koszulę, istnieją martwe strefy, które nie są myte przez chłodzenie wodą, w wyniku czego wydajność lodówki gwałtownie spada. Dodatkowymi zaletami spiralnego uzwojenia są dłuższe ścieżki i tworzenie turbulencji w przepływie wody chłodzącej..
Dobrze zaprojektowany zbiornik z przepływem do przodu może zużywać do 15 watów / m2. cm powierzchni wymiany ciepła, co potwierdzono eksperymentalnie. Aby określić długość schłodzonej części strumienia, używamy mocy nominalnej 10 W / sq. cm (100 cm2 / kW).
Wymagana powierzchnia wymiany ciepła jest równa mocy grzewczej w kilowatach pomnożonej przez 100:
S = P * 100 (sq. Cm).
Długość zewnętrznego obwodu rury parowej:
Lokr = 3,14 * D.
Wysokość koszulki chłodniczej:
H = S / L.
Ogólna formuła obliczeniowa:
H = 3183 * P / D (moc w kW, wysokość i średnica zewnętrzna rury parowej w milimetrach).
Przykład kalkulatora przepływu do przodu
Moc grzewcza - 2 kW.
Być może zastosowanie rur 12x1 i 14x1.
Pola przekroju - 78,5 i 113 metrów kwadratowych. mm.
Objętość pary wynosi 750 * 2 = 1500 metrów sześciennych. cm / s.
Prędkości pary w rurach: 19,1 i 13,2 m / s.
Rura 14x1 wygląda lepiej, ponieważ pozwala uzyskać margines mocy, pozostając w zalecanym zakresie prędkości pary.
Sparowana rura do koszuli - 18x1, szczelina pierścieniowa wyniesie 1 mm.
Natężenie przepływu wody: 4,8 * 2 = 9,6 cm3 / s.
Powierzchnia szczeliny pierścieniowej wynosi 3,14 / 4 * (16 * 16 - 14 * 14) = 47,1 m2. mm = 0,471 sq. patrz.
Prędkość liniowa - 9,6 / 0,471 = 20 cm / s - wartość mieści się w zalecanych granicach.
Jeśli szczelina pierścieniowa wynosiła 1,5 mm - 13 cm / s. Gdyby 2 mm, wówczas prędkość liniowa spadłaby do 9,6 cm / si musiałaby dostarczać wodę powyżej objętości nominalnej, tylko po to, aby lodówka nie była przewiewna - strata pieniędzy.
Wysokość koszuli - 3183 * 2/14 = 454 mm lub 45 cm Współczynnik bezpieczeństwa nie jest potrzebny, wszystko jest brane pod uwagę.
Wynik: 14x1-18x1 przy wysokości chłodzonej części 45 cm, nominalne natężenie przepływu wody - 9,6 metrów sześciennych. cm / s lub 34,5 litrów na godzinę.
Przy znamionowej mocy grzewczej wynoszącej 2 kW lodówka będzie produkować 4 litry alkoholu na godzinę przy dobrym zaopatrzeniu.
Wydajne i zrównoważone komory przepływowe podczas destylacji powinny mieć stosunek częstotliwości próbkowania do mocy grzewczej i zużycia wody chłodzącej 1 litr / godzinę - 0,5 kW - 10 litrów / godzinę. Jeśli moc jest wyższa, wystąpią duże straty ciepła, małe - użyteczna moc grzewcza spadnie. Jeśli przepływ wody jest większy, zbiornik z przepływem bezpośrednim ma nieefektywną konstrukcję.
Kolumnę destylacyjną można wykorzystać jako napar. Sprzęt do parzenia kolumn ma swoją własną charakterystykę, ale druga destylacja różni się głównie technologią. Jest więcej funkcji dla pierwszej destylacji i poszczególne węzły mogą nie mieć zastosowania, ale jest to temat na kolejną dyskusję..
Na podstawie rzeczywistych potrzeb gospodarstw domowych i istniejącego asortymentu rur obliczymy typowe opcje dla kolumny destylacyjnej przy użyciu powyższej metodologii.
P.S. Wyrażamy naszą wdzięczność za usystematyzowanie materiału i pomoc w przygotowaniu artykułu dla użytkownika naszego forum Igor Gor.