Wydajność kolumny destylacyjnej w zależności od średnicy tulei zaciskowej lub objętości sześcianu

Sercem każdego RK jest car z dyszą i to właśnie jego możliwości w dużej mierze determinują wydajność kolumny jako całości. Do analizy zgadzamy się, że tak, jak powinno być podczas rektyfikacji, car ma wysokość części dyszy 150 cm, a SPN 3,5 x 3,5 x 0,25 mm jest w nim wypełniony, a sześcian jest wypełniony w trzech czwartych 40% surowym alkoholem.

Teoria

Kolumna 1,5 cala może mieć szufladę o średnicy wewnętrznej 35 lub 38 mm, a kolumna 2 cale - 48 lub 50 mm. Dzisiejszy standardowy zestaw możliwych kostek: 20, 30, 37 i 50 litrów.

Maksymalna zdolność separacji kolumny jest osiągana przy mocy wstępnego zadławienia, a także zapewnia maksymalną prędkość próbkowania dla danego współczynnika refluksu. Wiele gorzelni dla początkujących nie do końca słusznie identyfikuje moc przedkurczową z wydajnością kolumny. W rzeczywistości rektyfikacja obejmuje kilka etapów, z których każdy wymaga czasu.

Wybierając średnicę kolumny i objętość sześcianu, ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób ich połączenie wpłynie na złożoność procesu i czas poświęcony na rektyfikację.

Etapy rektyfikacji

1. Przygotowanie sprzętu do pracy. Składanie sprzętu, wlewanie surowego alkoholu do kostki i inne operacje przygotowawcze. Zwykle zajmuje to około 0,5 godziny, T1 = 0,5.

2. Ogrzewanie do wrzenia. Jeśli grzejnik zostanie wybrany prawidłowo, w oparciu o stosunek 1 kW mocy na 10 litrów objętości, wówczas ogrzewanie zajmie około 40 minut lub T2 = 0,7 godziny.

3. Stabilizacja. Ten etap wymaga od 30 minut do 1 godziny. Niech to będzie 45 minut lub T3 = 0,75 godziny.

4. Wybór frakcji głowy. Czas wyboru „celów” (T4) nie zależy od szybkości wyboru. Aby usunąć wszystkie zanieczyszczenia głowy z kostki, konieczne jest, aby każdy litr objętości co najmniej raz odparował i odwiedził kolumnę. Wymaga to 1 kW mocy grzewczej na każdy litr alkoholu absolutnego w kostce.

Moc robocza w watach jest liczbowo równa polu przekroju poprzecznego kolumny (S) w milimetrach kwadratowych.

Ilość alkoholu absolutnego (AS) jest określana na podstawie objętości masy (SS) i jej mocy.

T4 = AC / N (godziny), gdzie:

AC = 0,4 * CC (litr);

N = 3,14 * d2 / 4/1000 (kW);

d to wewnętrzna średnica kolumny (mm).

Stąd otrzymujemy:

T4 = 510 * CC / d2 (godziny), gdzie:

SS - 40% luzem w litrach,

d jest wewnętrzną średnicą kolumny (mm2).

5. Wybór zagłówka. Ten etap jest potrzebny do oczyszczenia dyszy z resztek frakcji głowowej. Liczba zagłówków zależy od pojemności i objętości dyszy. Wydajność SPN 3,5 x 3,5 x 0,25 jest w przybliżeniu równa 150 ml refluksu na 1 litr dyszy. Aby spłukać go jakościowo, musisz wybrać 2-3 objętości, do obliczeń weźmiemy - 2,5.

Aby wziąć tę objętość z prędkością 0,5 l / h, musisz spędzić 2 godziny. Jeśli podniesiesz prędkość do połowy wartości nominalnej, wystarczy 1,2 godziny, niezależnie od średnicy szuflady.

Zbyt niska prędkość zmniejsza skuteczność czyszczenia i jakość alkoholu. Ale teraz nie o to chodzi, w dzisiejszym zadaniu bierzemy czas selekcji maksymalnie: T5 = 2 godziny.

Objętość wyboru w litrach:

Votb = 2,5 * 0,15 * Vn = 0,375 Vn, gdzie:

Vн - objętość dyszy w litrach.

Jeżeli zakłada się, że szybkość próbkowania wynosi 0,5 l / h, to czas próbkowania:

T5 = 0,75 * Vn.

Jeżeli prędkość próbkowania jest równa połowie prędkości nominalnej, to biorąc pod uwagę, że nominalna prędkość próbkowania Wnom w ml / h jest liczbowo równa powierzchni przekroju kolumny w mm2, czas na wybór zagłówków:

T5 = (0,375 * Vn) / (0,5 * S) = 0,75 * Vn / S = 0,75 * L * S / S

T5 = 0,75 * L (godzina), gdzie:

L - wysokość kolumny w metrach.

Przy częstotliwości próbkowania zagłówka równej połowie wartości nominalnej czas próbkowania w godzinach jest liczbowo równy ¾ wysokości kolumny w metrach i nie zależy od średnicy kolumny ani objętości objętości.

6. Wybór komercyjnego alkoholu. Początkowa częstotliwość próbkowania w ml / godzinę jest liczbowo równa powierzchni przekroju kolumny (S) w mm. Pod koniec selekcji, w celu zwiększenia współczynnika refluksu i zwiększenia zdolności separacji, zmniejszamy szybkość selekcji 2,5 razy. Średnia szybkość selekcji „ciała” będzie około półtora raza niższa niż wartość nominalna.

Ilość sprzedawanego alkoholu wynosi około 80% AS w masie.

Stąd czas wyboru „ciała”:

T6 = 0,8 * 0,4 * CC / (S / (1000 * 1,5)) = 480 * CC / S;

T6 = 611 * CC / d2, gdzie:

SS - ilość 40% surowego alkoholu (l);

d to średnica szuflady (mm).

7. Wybór „ogonów”. Liczba „ogonów” jest w przybliżeniu równa 10% głośności głośników w kostce. Częstotliwość próbkowania jest w przybliżeniu równa połowie wartości nominalnej.

T7 = 0,1 * 0,4 * CC / (S / (1000 * 2)) = 80 * CC / S;

T7 = 102 * CC / d2.

8. Przemieszczenie zanieczyszczeń z kolumny. Ta operacja trwa pół godziny, T8 = 0,5.

9. Demontaż sprzętu i czyszczenie pomieszczeń. Najmniej przyjemny etap, zwykle zajmuje do 1 godziny, T9 = 1.

Całkowity czas na rektyfikację

Całkowity czas wymagany na jeden cykl sprostowania:

T = T1 + T2 + T3 + T4 + T5 + T6 + T7 + T8 + T9;

0,5 + 0,7 + 0,75 + 510 * CC / d2 + 2 + 611 * CC / d2 + 102 * CC / d2 + 0,5 + 1.

Uprość i uzyskaj:

T = 5,45 + 1223 SS / d2.

Objętość alkoholu (Vc) uzyskana w tym czasie jest w przybliżeniu równa 0,8 AU w sześcianie, straty z powodu niemożliwych do odzyskania „głów”, a pozostała część w sześcianie jest zaniedbywana.

Vc = 0,8 * 0,4 * CC.

Wydajność, z jaką możemy uzyskać alkohol na godzinę pracy z kolumną, można obliczyć według wzoru:

Pr = Vc / T.

Praktyczne aspekty rektyfikacji

W oparciu o uzyskany model postaramy się odpowiedzieć na ekscytujące pytania.

1. Rzeczywista wydajność kolumny, w zależności od jej średnicy i objętości objętościowej (l / h).

Początkowa prędkość wyboru „bryły” jest znacznie wyższa niż faktyczna wydajność kolumny. Aby pomyśleć, że przy nominalnej pojemności 2-calowej kolumny przy 1800 ml / h destylację 40 litrów surowego spirytusu o mocy 40% można zakończyć naiwnie w ciągu 9 godzin.

Biorąc pod uwagę wszystkie niezbędne operacje, rzeczywista wydajność będzie prawie 3 razy mniejsza. Różnica w wydajności kolumn 35 mm i 48 mm w rzeczywistości nie wynosi 800 ml / godzinę, jak się wydaje na pierwszy rzut oka, ale tylko 250 ml / godzinę. A to dużo, ponieważ proces trwa ponad godzinę.

2. Czas cyklu pracy (godziny).

Wykres pokazuje wpływ objętości sześciennych (oś X) na całkowity czas rektyfikacji (oś Y) dla różnych średnic kolumn. Standardowy luz - trzy czwarte objętości kostki. Staje się oczywiste, że niektóre opcje konfiguracji są nieuzasadnione. Aby ocenić, jak wygodne będzie korzystanie z jednej lub drugiej opcji, rozważamy czas trwania głównych operacji.

3. Kluczowe punkty pracy wymagające interwencji operatora.

3.1 Czas od początku procesu do końca wyboru „celów” lub pierwsze podejście do kostki do zmiany kontenerów.

3.2 Następnie wybieramy zagłówki na 2 godziny z połową prędkości przelotowej (nominalna). Zbliżamy się do kolumny i zmieniamy pojemnik, przechodząc do wyboru „ciała”.

3.3 Wybór ciała dobiegnie końca i będziesz musiał przejść do kolumny, aby zmienić naczynia.

3.4 Nastąpi wybór „ogonów”.

3.5 Następnie zbliżamy się do kolumny i kończymy pracę, co zajmuje 1,5 godziny.

Wnioski

1. Im większa masa kostki, tym wyższa rzeczywista wydajność. Ale ciągłe podnoszenie go nie zadziała. Gdy temperatura w sześcianie osiągnie 90-92 stopni, drób i inne pośrednie zanieczyszczenia zaczynają masowo opuszczać sześcian i gromadzić się w dyszy. Jeśli objętość jest zbyt duża, wówczas po zgromadzeniu w dolnej części kolumny zanieczyszczenia zaczną rosnąć wyżej i rozpadną się na selekcję. Musimy wcześniej przejść do „ogonów”. Dla normalnej wydajności masa powinna wynosić więcej niż 10 objętości dyszy, ale mniej niż 20 - aby nie przegapić „ogonów”.

2. Optymalna objętość objętościowa 40% SS podczas rektyfikacji wynosi 15 objętości opakowania.