Urządzenie i zasada działania kolumny destylacyjnej

Kolumna destylacyjna została opracowana prawie 200 lat temu i przez całą swoją historię regularnie służyła ludziom do otrzymywania oczyszczonych płynów różnego rodzaju.

Głównym celem takiej instalacji jest produkcja przemysłowa (rafinacja ropy naftowej, przemysł chemiczny, petrochemia, browarnictwo itp.).
W życiu codziennym małe urządzenia są aktywnie wykorzystywane przez miłośników bimberu wysokiej jakości. Kupione lub domowe kolumny pozwalają uzyskać prawie czysty alkohol w domu.

Działanie tego urządzenia zostanie szczegółowo omówione w tym artykule..

Zasada działania

Kolumna destylacyjna pozwala w praktyce wdrożyć proces destylacji. Strukturalnie jest to cylinder, w którym znajduje się sześcian, w którym dostarczany jest płyn i gdzie jest ogrzewany, oraz chłodnica zwrotna, w której powstaje ciekły kondensat (flegma).

Ponadto przewidziane są elementy kontaktowe do procesów kondensacji, zbierania cieczy i ponownego odparowywania..

Kolumna destylacyjna działa w następujący sposób:

1. Sześcian jest wypełniony surowcem (około 2/3 objętości) i ogrzewany do temperatury wrzenia cieczy.
2. Parowanie wzrasta, a po spotkaniu ze skraplaczem zwrotnym częściowo skrapla się, przekształcając się w flegmę, która spływa po ściankach cylindra w dół.
3. Proces ten, gdy para podnosi się wzdłuż cylindra kilka razy, najpierw najcięższe frakcje najpierw się kondensują. Najlżejszy ułamek dociera na szczyt kolumny..
4. Podczas pracy instalacji w cylindrze znajdują się jednocześnie opary, temperatura wrzenia, surowiec i oczyszczony produkt końcowy. Pary i flegma tworzą wzajemnie przeciwne przepływy..
5. W początkowym okresie (przed ustabilizowaniem procesu) zaleca się, aby nie wybierać produktu końcowego, który wzbogaca flegmę i przyspiesza osiągnięcie równowagi ciepła i reżimu przenoszenia masy.

Pomoc! Wydajność kolumny można wyrazić liczbą powrotną, tj. stosunek objętości flegmy do ilości gotowego produktu.

Aby zapewnić stabilne działanie instalacji, wskaźnik ten utrzymuje się na poziomie 3, co zapewnia obrót nie więcej niż 25% oczyszczonej cieczy.

Flegma, opadając, ponownie ogrzewa się do wrzenia. Kolejna porcja pary unosi się, rozpoczynając nowy cykl.

Jeśli bimber zostanie oczyszczony, to na samym dole kolumny, od samego początku procesu, osadzają się najcięższe składniki (oleje fuzlowe).

Lżejsze frakcje (alkohol metylowy, etery, aldehydy) są rozprowadzane wzdłuż rury. Stopniowo spływają podczas równoważenia temperatury przez 9-12 minut. Całkowity czas nagrzewania kostki wynosi 25-55 minut.

Różnica między destylacją a destylacją alkoholu

Najczęstsze metody czyszczenia płynów to destylacja i sprostowanie. Technologie te są bardzo podobne pod wieloma względami, co czasami powoduje kombinację pojęć, co jest całkowicie błędne.

• Destylacja Jest to oczyszczanie poprzez ogrzewanie mieszaniny do określonej temperatury, gdy aktywnie odparowują tylko frakcje o niskiej temperaturze wrzenia, a następnie chłodzenie par w celu zapewnienia ich kondensacji. Temperaturę ogrzewania surowca dobiera się tak, aby wrzała tylko określona frakcja, podczas gdy składniki o wysokiej temperaturze wrzenia nie osiągają wrzenia, pozostając w stanie ciekłym. W rzeczywistości bimber jest przykładem gorzelnika.
• Rektyfikacja wymaga podgrzania mieszaniny do wrzenia całej masy, a następnie przeniesienia ciepła i masy strumieni cieczy i pary. Destylacja jest stosowana jako ostatni etap, kiedy lotne pary spalin są przekształcane w ciecz przez kondensację w celu uzyskania gotowego produktu.

Mamy również artykuł na stronie: jak zrobić bimber zrób to sam

Zasadnicze różnice w mechanizmie procesu prowadzą do tego, że produkt końcowy podczas rektyfikacji ma znacznie głębsze oczyszczenie i wysoką jakość w porównaniu do destylacji.

Faktem jest, że podczas destylacji nawet niewrząca ciecz częściowo odparowuje, co oznacza, w każdym razie, pewną ilość różnych frakcji znajduje się w oczyszczonej cieczy. Aby osiągnąć dobrą jakość, wymagane jest do 6-7 procedur.

Rektyfikacja zapewnia czysty, jednolity produkt w jednym przejściu. Podczas czyszczenia bimberu efekt ten znacząco wpływa na fortecę:

1. Tak więc przy jednej destylacji nie przekracza ona 35–40%, przy dwóch - do 50–55%, trzech - do 70%.
2. Siła 90–95% (alkohol) jest osiągana po co najmniej 5 destylacjach.
3. Kolumna destylacyjna pozwala uzyskać prawie czysty alkohol w jednym cyklu. Ponadto destylacja zachowuje smak i zapach surowca.

Metoda destylacji ma pewne pozytywne aspekty:

• Nawet liczne destylacje zgodne z technologią pozwalają na utratę nie więcej niż 20–22% cieczy.
• Straty w instalacjach destylacyjnych są znacznie wyższe - mogą osiągnąć 32-35%.
• Należy zauważyć i prostotę technologii. Rektyfikacja wymaga znacznie bardziej złożonego i kosztownego sprzętu.

Obejrzyj film, w którym doświadczony bimber porównuje procesy destylacji i rektyfikacji oraz podaje wskazówki dotyczące wyboru aparatu do destylacji bimbru:

Ważne specyfikacje kolumn

Ogólna zasada projektowania nowoczesnych kolumn destylacyjnych pozostaje niezmieniona. Celem ulepszania instalacji jest zwiększenie wydajności, głębokości czyszczenia, wydajności i stabilności jakości produktu końcowego.

Rozwiązanie zadań osiąga się poprzez ruch w kilku kierunkach.

Rozmiary i materiały

Aby spełnić wszystkie warunki technologiczne, ważne jest, aby mieć maksymalną możliwą wysokość cylindra roboczego, a także jego optymalne połączenie ze średnicą.

Rozmiar różni się:

1. przemysłowe,
2. instalacje domowe.

Do warunków domowych potrzebne są miniaturowe urządzenia.

Ich wysokość mieści się w przedziale 1,2-1,6 m. Przy mniejszych rozmiarach wysokiej jakości separacji frakcji niemożliwe jest osiągnięcie. Średnica rury może wynosić od 3-5 cm do 0,3-0,5 m.

Jest ważne! Najlepszy materiał do produkcji kolumn - stopy nierdzewne z pozwoleniem na stosowanie w przemyśle spożywczym. Nie emitują szkodliwych substancji pod żadnym agresywnym wpływem..

System grzewczy

Podczas organizowania ogrzewania kostki z surowcami ważne są 2 czynniki:

• wystarczająca moc,
• możliwość płynnej regulacji.

Trudno jest regulować źródło energii gazowej, dlatego częściej stosuje się elektryczne elementy grzejne (elementy grzejne). Na podstawie tego obliczenia ustawiono normalną moc 4 kW na kostkę o pojemności 50 l.

Wydajność

Jest to bezpośrednio związane z mocą elementów grzejnych i wielkością kolumny. Im szybszy przepływ wzdłuż rury, tym wyższa wydajność.

Ponadto zwiększa się dzięki zastosowaniu ciągłej technologii, która zapewnia specjalne urządzenia do dostarczania surowców i terminowego usuwania gotowego produktu.

Jakość czyszczenia

Zależy to od liczby jednocześnie zachodzących procesów kondensacji w jednym przejściu cylindra, co jest określone przez liczbę odpowiednich elementów stykowych.

W w dobrych instalacjach instalowanych jest co najmniej 7-8 takich stref.

Kontrola procesu

Aby zapewnić niezbędną kontrolę, termometry są instalowane we wszystkich strefach. Aby utrzymać tryb stabilny, zamontowany jest system automatyczny.

Ciśnienie

Proces destylacji będzie przebiegał normalnie, utrzymując stabilne ciśnienie wewnętrzne w zakresie 725–785 mm Hg..

Jednocześnie zwiększone ciśnienie jest zapewnione w dolnej części, gdzie gromadzą się ciężkie frakcje, a minimalnej - u góry, gdzie kierowana jest lekka para.

W instalacjach przemysłowych generalnie można wytworzyć próżnię na szczycie kolumny, ale najbardziej racjonalne jest utrzymanie normalnego ciśnienia atmosferycznego.

Podczas eksploatacji kolumn destylacyjnych należy wziąć pod uwagę, że proces przebiega najaktywniej, gdy warunki są ustabilizowane, a temperatury nadchodzących przepływów są równe.

Szybkość stabilizacji reżimu jest uważana za jeden z najważniejszych wskaźników wysokiej jakości, nowoczesnej instalacji.

Urządzenia kontaktowe (płytki i dysze)

Elementy kontaktowe w kolumnie destylacyjnej biorą udział w tworzeniu bilansu cieczy i pary, a także w stężeniu pary.

Każdy taki element ogranicza pewną strefę, w której ma miejsce specyficzny cykl destylacji - odparowanie, a następnie kondensacja pojedynczej frakcji, często para przekracza tę granicę i przesuwa się w górę, angażując lotne składniki w swoim przepływie.

W każdej takiej strefie ustanawia się pewną równowagę..

Pomoc! Główny efekt zapewnia zwiększenie powierzchni styków fazowych, która aktywuje wymianę ciepła i masy.

Głównymi są następujące elementy kontaktowe:

1. Płyta teoretyczna. W rzeczywistości jest to uformowana strefa równowagi bez instalowania dodatkowych części. Aby uzyskać dobrze oczyszczony napój alkoholowy, organizuje się od 24 do 32 takich stref.
2. Płyta fizyczna. To jest prawdziwa część w kształcie naczynia, w której gromadzi się warstwa cieczy. Para przepływa przez nią, co objawia się licznymi bąbelkami. Ta opcja zapewnia wystarczająco dużą powierzchnię styku. Aby uzyskać pełny, czysty alkohol w kolumnie, musisz zainstalować do 45-55 fizycznych płytek.
3. Dysze. Te elementy kontaktowe są głównie zaprojektowane do wspomagania procesu kondensacji pary. Są znacznie mniejsze niż płyty, odporne na przepływ pary. Kolumny można stosować w kilku odmianach - pierścień, siatka, spirala. W samodzielnie wykonanych urządzeniach często umieszcza się „sito” - dysk z licznymi otworami. Jednym z najlepszych materiałów na dysze jest miedź. Można stosować stopy miedzi lub aluminium..

Płytowe elementy stykowe są montowane głównie w kolumnach przemysłowych o dużej wysokości i wystarczającej średnicy do ich montażu..

W urządzeniach gospodarstwa domowego (zakupionych i domowych) pierwszeństwo mają dysze, które można przymocować w rurze o średnicy 4-5 cm.

Jak osiągnąć najlepszy wynik?

Podczas obsługi kolumny destylacyjnej należy podjąć pewne środki, aby osiągnąć normalny tryb działania i uzyskać produkt końcowy wysokiej jakości.

Na szczególną uwagę zasługują wydarzenia w następujących obszarach.

Wyjątek „zalania” instalacji

Ta „choroba” wiąże się ze spowolnieniem i ustaniem spływu flegmy, co prowadzi do jej gromadzenia się w cylindrze i blokowania przepływu pary. W wyniku „zalania” ciśnienie wzrasta wewnątrz kolumny, pojawiają się głośne bulgotanie i hałas.

Zjawisko to można wywołać z następujących powodów:

1. Przekroczenie dopuszczalnej prędkości przepływu pary, co może być spowodowane nadmiernym ogrzewaniem cieczy w kostce;
2. Nadmierne wypełnienie sześcianu surowcem lub zablokowanie w dolnej strefie rury;
3. Zbyt niskie ciśnienie w dolnej części kolumny, co jest typowe dla wysokich gór;
4. Wzrost napięcia w sieci zasilającej, co powoduje nieplanowany wzrost mocy elementu grzejnego;
5. Naruszenia projektowe lub technologiczne.

Instalacja automatycznego sterowania i regulacji procesu pomaga uniknąć tego nieprzyjemnego zjawiska. Szczególną uwagę zwraca się na podgrzewanie surowców i wypełnianie kostki.

Terminowe usuwanie gotowego produktu i osadzanie ciężkich frakcji

W pierwszym przypadku technika jest prosta - na początkowym etapie (do ustabilizowania się temperatury i ciśnienia) tylko jedna czwarta lotnych par skrapla się z produktem końcowym i jest wydalana, a następnie przydzielana jest jej maksymalna objętość.

Pojawienie się osadu z ciężkich frakcji jest trudniejsze do wykrycia. Nacisk kładziony jest na zapach i kolor płynu na samym dole kolumny.

Prawidłowe przygotowanie instalacji do uruchomienia

Przed rozpoczęciem rektyfikacji należy sprawdzić stan aparatu, przede wszystkim szczelność kolumny. Aby to sprawdzić, wyjście gotowego produktu jest zablokowane i pompowana jest zimna woda..

Dopiero po upewnieniu się, że instalacja jest szczelna, możesz zacząć wlewać surowce i podgrzewać kostkę.

Nie należy oczekiwać cudów od sprzętu gospodarstwa domowego i zastąpić go jeszcze księżycowym blaskiem. Minimalna moc źródłowej cieczy musi wynosić co najmniej 30%, w przeciwnym razie produkcja nie wytworzy produktu o sile zbliżonej do czystego alkoholu.

Jest ważne! Nie wlewaj zacieru do kostki, która nie została poddana pierwotnej destylacji.

Podczas produkcji instalacji własnymi rękami nie można dopuścić do utraty energii cieplnej przez korpus kolumny. Szczególnie ważna jest ochrona dna, tj. strefa do pierwszego skraplacza zwrotnego.

Jako izolację termiczną zaleca się stosowanie:

• polistyren,
• penoizol,
• nowoczesna izolacja foliowa.

Kolumny destylacyjne pozwalają na głębokie oczyszczenie cieczy lub podkreślenie lekkiej frakcji. W warunkach przemysłowych znajdują zastosowanie w wielu branżach, w tym z ich pomocą zapewnia się rafinację ropy naftowej, wytwarza się wysokiej jakości alkohol.

W domu takie rośliny nadają się do produkcji bardzo mocnych, wysokiej jakości napojów alkoholowych z bimbru.. Prawidłowo stosowane są całkowicie bezpieczne i skuteczne..

Recenzja wideo

W destylacji rola kolumny destylacyjnej jest świetna - za jej pomocą można uzyskać czysty, wysokiej jakości i bezpieczny alkohol. Niestety to urządzenie jest dość skomplikowane.

Aby poradzić sobie z konstrukcją i zasadą działania aparatu do destylacji bimbru, pomoże wideo: