Sloupce disků: koncepce, typy, výběr, výroba pro vlastní potřebu

Kolony destilačních disků mají malou posilující kapacitu a tradičně se používají při výrobě whisky, koňaku a jiných ušlechtilých nápojů. Malý počet desek vám umožňuje zachovat organoleptické vlastnosti surovin s vysokou stabilitou a produktivitou zařízení.

Materiál

Měděné miskovité sloupy s pozorovacími okénky se kvůli své podobnosti nazývají flétny a ty vyrobené ve skleněném pouzdře se nazývají křišťálové sloupy. Je jasné, že tato jména jsou jen marketingovým trikem a nemají nic společného se samotným designem..

Měď není levný materiál, proto je přístup k jejímu zpracování opatrný. Mosazná flétna od předních výrobců je pro ně uměleckým dílem a zdrojem hrdosti. Náklady na produkt mohou být absolutně jakékoli částky, které je kupující ochoten utratit.

Mírně levnější než flétna v pouzdře z nerezové oceli a nejvíce rozpočtová možnost - ve skleněném pouzdře.

Konstrukční prvky a typy sloupců disku

Nejrozšířenější jsou modulární konstrukce sloupů na bázi odboček T nebo válců z borosilikátového skla. Přirozeně se jedná o velké množství zbytečných spojovacích dílů a předražené.

Jednodušší možností jsou hotové bloky pro 5-10 desek. Zde je výběr širší a cena mírnější. Tato možnost se zpravidla vyrábí ve skleněných pouzdrech..

K dispozici jsou také docela rozpočtové možnosti - pouze vložky pro stávající zásuvky.

Mohou být získávány z komponent v libovolném požadovaném množství.

Konstrukce může být odlišná, ale pokud se takové sloupy ve tvaru disku používají s kovovými baňkami, ztrácí se jasnost procesu. Je mnohem obtížnější pochopit, v jakém režimu sloupec pracuje, a pro práci se zásobníky je to velmi důležité..

K utěsnění každé podlahy se používají jednoduché silikonové disky..

Přirozeně je to v modulárním provedení méně spolehlivé než těsnění, ale obecně to funguje dobře..

Alternativně existuje zjednodušený modulární design, kde je každé patro sestaveno z jednoduchých a levných dílů a celá konstrukce je stažena k sobě pomocí čepů..

Výhodou modulárních sloupů je především jejich udržovatelnost a otevřenost pro úpravy. Například je snadné doplnit kolonu na požadované úrovni o mezilehlou vzorkovací jednotku a armaturu pro teploměr. Musíte jen vyměnit desku.

Levnější variantou jsou sloupy sítových tácků. To neznamená, že se kvalita jejich používání bude zhoršovat. Vyžadují však přesnější kontrolu..

Poruchové přihrádky jsou ještě levnější, ale jejich pracovní rozsah je velmi úzký, takže je třeba se připravit na přesnou kontrolu vytápění zdroji stabilizovanými výkonem. V NSC se používají hlavně selhávající činely.

Nejběžnější materiály pro výrobu desek jsou měď, nerezová ocel a fluoroplast. Je možná jakákoli kombinace. Měď a nerezová ocel jsou známé materiály, fluoroplast je jedním z nejvíce inertních materiálů, srovnatelných s platinou. Ale jeho smáčivost je špatná.

Porovnáme-li fluoroplastickou desku s nerezovou, zaplaví se mnohem rychleji..

Počet podnosů v koloně je obvykle omezen na 5 pro získání destilátů o síle 88-92% a 10 pro vyčištěné destiláty s obohacením až 94-95%.

Modulární sloupy vám umožňují vyrobit sadu požadovaného počtu desek z různých materiálů.

Rozdíl mezi zabaleným a zásobníkovým sloupcem

„Mám přeplněný sloup, potřebuji sloupek s talířem?“ - tato otázka dříve či později přichází před každým lihovarníkem. Oba sloupy implementují technologii přenosu tepla a hmoty, ale existují značné rozdíly v jejich provozu..

Počet kroků zesílení

Zabalená kolona pracuje v režimu maximální separace při kapacitě před pohřbem. Nastavením refluxního poměru můžete změnit počet teoretických desek v širokém rozsahu: od nuly do nekonečna (s úplně vypnutým zpětným chladičem a fungující kolonou).

Patrová kolona je charakterizována strukturně daným počtem separačních stupňů. Jedna fyzická deska má účinnost 40 až 70%. Jinými slovy, dvě fyzické desky poskytují jeden separační stupeň (výztuž, teoretická deska). V závislosti na provozním režimu se účinnost nemění natolik, aby významně ovlivnila počet kroků.

Schopnost držet

Plněná kolona s nízkou retenční kapacitou umožňuje dobře vyčistit destilát z frakce hlavy a nějak zadržet ocas.

Sloupec na tácku má řádově větší retenční kapacitu. To jí brání v tak drsném čištění „hlav“, ale umožňuje jí to dokonale omezit její ocasy. To znamená sladit chemické složení destilátu. V tomto případě platí, že čím více potřebujete destilát vyčistit od nečistot, tím více talířů musíte dát. Jednoduchý úkol, který lze vyřešit v praxi. Jakmile jsem pro sebe našel optimální počet desek a už na to nemyslím.

Citlivost na kontrolní vlivy

Plněná kolona je velmi citlivá na pokles tlaku vody ve zpětném chladiči nebo na změnu topného výkonu. Mírná změna v nich vede ke změně v počtu kroků zesílení někdy nebo dokonce desítkykrát..

Účinnost desek se může změnit maximálně 1,5krát, a to i při velmi velké a cílené změně těchto parametrů. Lze předpokládat, že vyladěný sloupový podnos z hlediska separační kapacity prakticky nebude reagovat na obyčejný malý tlak vody nebo pokles napětí..

Výkon

Výkon zabalené struny závisí hlavně na jejím průměru. Optimální průměr pro moderní trysky je 40-50 mm; s dalším zvětšením průměru se stabilita procesů snižuje. Začnou se projevovat parietální účinky a tvorba kanálu. Sloupce disků takovými slabostmi netrpí. Jejich průměr a kapacitu lze zvýšit na libovolnou požadovanou hodnotu. Jen pokud je dostatek topného výkonu.

Technologické vlastnosti získávání aromatických destilátů

Když používáme ucpané sloupy k omezení stupně vyztužení, jsme nuceni použít kratší boční ramena a větší ucpávku. V opačném případě estery, které dávají hlavní chuť destilátu, vytvoří azeotropy s příměsí hlavové frakce, poté rychle vyletí z krychle. Krátce vybereme „hlavy“, „tělo“ - zvýšenou rychlostí. Pokud jde o „ocasy“, malé množství trysky a krátká boční lišta neumožňují úplně zadržet trup. Je nutné přepnout na výběr frakcí ocasu dříve nebo pracovat s malými dny.

Sloupec disku má relativně vysokou retenční kapacitu, proto nejsou žádné otázky ohledně zadržení trupu. Pro výběr „hlav“ a „těla“ dává 5-10 fyzických desek 3–5 kroků posilování. To umožňuje destilaci provádět podle pravidel běžné destilace. Klidně, bez rizika zbavení destilátu aroma, odnímání „hlav“ a při sběru „těla“ nemyslete na předčasný přístup „ocasů“. Zamlžení dolních desek na konci výběru jasně ukáže, že je třeba nádobu vyměnit. Stupeň čištění lze nastavit změnou počtu talířů.

Pět nebo deset talířů nestačí k přiblížení se alkoholu, pokud jde o stupeň čištění, ale je opravdu možné dostat se do požadavků GOST na destilát.

Použití diskových kolon pro destilaci ovocných nebo obilných surovin, zejména pro další stárnutí v sudech, výrazně zjednodušuje životnost lihovaru.

Základy výběru konstrukčních rozměrů zásobníků pro sloup

Zvažte návrhy nejběžnějších desek pro domácí účely..

Poruchová deska

Ve svém jádru je to jen deska s otvory, které mohou být kulaté, obdélníkové atd..

Reflux proudí do relativně velkých otvorů směrem k páře, což určuje hlavní nevýhodu vadných desek - nutnost přesné regulace přednastaveného režimu.

Mírný pokles topného výkonu vede ke skutečnosti, že veškerý hlen spadá do krychle a zvýšení výkonu zablokuje hlen na desce a vede k zaplavení. Tyto zásobníky mohou uspokojivě fungovat v relativně úzkém rozsahu zatížení, kde jsou docela konkurenceschopné..

Jednoduchost konstrukce a vysoký výkon poruchových desek spolu s obvyklým ohřevem při domácí destilaci topnými tělesy se zdrojem napětí stabilizovaným napětím vedly k jejich širokému použití pro kontinuální kašovité kolony (NBK), které v kombinaci s Díky pouzdru z borosilikátového nebo křemenného skla je sloupek jednoduchý a intuitivní.

Pro výpočet počtu a průměru otvorů jsou brány v úvahu podmínky pro zajištění probublávání. Experimentálně bylo stanoveno, že celková plocha otvorů by měla být rovna 15-30% plochy desky (část trubky). Obecně platí, že pro BK periodického působení vám průměr základní díry řádově 9-10% průměru sloupu umožňuje dostat se do pracovní zóny.

Průměr otvorů ponorných desek pro NSC je vybrán na základě vlastností suroviny. Pokud je při destilaci cukrové kaše a vína dostatek otvorů o průměru 5-6 mm, pak je při destilaci moučné kaše vhodnější průměr otvoru 7-8 mm. Zásobníky pro NSC však mají své vlastní konstrukční vlastnosti, protože hustota par podél výšky sloupu se významně mění, rozměry je nutné vypočítat pro každý zásobník zvlášť, jinak nebude jejich provoz zdaleka optimální..

Sítová deska s přepadem

Pokud jsou průměry otvorů vadné desky menší než 3 mm, pak i při relativně nízkém výkonu bude reflux na desce zajištěn a bez dalších přepadových zařízení bude zaplaven. Ale sítová deska vybavená takovým zařízení výrazně rozšiřuje jeho pracovní rozsah.

S pomocí přetokových zařízení na těchto zásobnících je nastavena maximální úroveň zpětného toku, což vám umožní vyhnout se předčasnému zaplavení a spolehlivěji pracovat s vysokou zátěží páry..

Ve zjednodušeném výpočtu takových zásobníků se berou v úvahu následující vztahy:

• celková plocha otvorů je 7-15% plochy průřezu trubky;
• poměr mezi průměry otvorů a roztečí mezi nimi je asi 3,5;
• průměr odtokových trubek je asi 20% průměru vany.

Aby se zabránilo průniku páry, musí být v odtokových otvorech instalovány vodní uzávěry. Síta musí být instalována přísně vodorovně, aby umožnila průchod páry všemi otvory a zabránila průniku hlenu..

Zásobníky na bublinkové čepice

Pokud místo otvorů v deskách vyrobíme parní potrubí výše než odtokové potrubí a zakryjeme je štěrbinovými uzávěry, získáme zcela novou kvalitu. Tyto zásobníky nevypouští hlen při vypnutí topení. Frakční reflux zůstane na podnosech. Chcete-li tedy pokračovat v práci, stačí zapnout vytápění.

Kromě toho mají takové zásobníky strukturně fixovanou refluxní vrstvu na povrchu, fungují v širším rozsahu topných výkonů (zatížení párou) a změn poměru refluxu (od úplné nepřítomnosti po úplný návrat zpětného toku).

Je také důležité, aby žlaby s víčky s bublinkami měly relativně vysokou účinnost - asi 0,6 až 0,7. To vše spolu s estetikou procesu určuje popularitu žlabů s víčky s bublinkami..

Při výpočtu konstruktu vycházejí z následujících proporcí:

• plocha parních potrubí je řádově 10% části kolony;
• plocha štěrbin je 70-80% plochy parních potrubí;
• odtoková plocha je 1/3 celkové plochy parních trubek (průměr je přibližně 18-20% průměru trubkové části);
• spodní přihrádky jsou navrženy s vysokou úrovní zpětného toku a velkým průřezem štěrbin tak, aby fungovaly jako přídržné;
• horní podnosy jsou vyrobeny s nižší úrovní zpětného toku a průřezem štěrbin, takže fungují jako oddělovací.

Na základě grafů poskytnutých Stabnikovem vidíme, že při refluxní vrstvě 12 mm (křivka 2) je maximální účinnosti dosaženo při rychlosti páry asi 0,3-0,4 m / s.

U 2 ”sloupu s vnitřním průměrem 48 mm je požadovaný užitečný topný výkon:

N = V * S / 750-

Kde:

• V je rychlost páry v m / s;
• N - výkon v kW, S - plocha průřezu sloupu v mm².

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

Možná si myslíte, že 0,72 kW určuje malý výkon. Možná, vzhledem k dostupné kapacitě, stojí za to zvětšit průměr sloupu? Pravděpodobně je to správně. Běžné průměry křemenných skel pro dioptrie jsou 80, 108 mm. Vezměte 80 mm s tloušťkou stěny 4 mm, vnitřním průměrem 72 mm, plochou průřezu 4069 mm². Přepočítáme výkon - dostaneme 1,62 kW. Už je to lepší, vhodné pro domácí plynový sporák.

Po výběru průměru kolony a vypočítaného výkonu určíme výšku přepadové trubky a vzdálenost mezi zásobníky. K tomu použijeme následující rovnici:

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

Kde:

• H je vzdálenost mezi deskami;
• Z - výška přepadové trubice (tj. Tloušťka refluxní vrstvy na desce).

Rychlost páry 0,3 m / s, výška desky by neměla být menší než její průměr. U spodních zásobníků je výška vrstvy hlenu vyšší. Pro menší vrcholy.

Počítáme nejbližší varianty kombinací výšek desek a přetečení, mm: 90-11-100-14-110-18-120-21. Vzhledem k tomu, že standardní sklo je vysoké 100 mm, zvolíme pro modulární design dvojici 100-14 mm. Přirozeně je to jen naše volba. Můžete si vzít více, pak bude ochrana proti stříkající vodě s rostoucí silou lepší.

Pokud není design modulární, je zde více prostoru pro kreativitu. Je možné vyrobit spodní zásobníky s vyšší retenční kapacitou 100-14 a horní s větší separací - 90-11.

Kšiltovky vybíráme ze standardních a dostupných velikostí. Například zátky pro měděné potrubí 28 mm, parní potrubí - potrubí 22 mm. Výška parního potrubí musí být větší než výška přepadového potrubí, například 17 mm. Mezery pro průchod páry mezi uzávěrem a parním potrubím musí mít větší průřezovou plochu než parní potrubí.

Štěrbiny pro průchod páry v každém víčku jsou vyžadovány s plochou průřezu řádově 0,75 plochy parní trubky. Tvar drážek nehraje zvláštní roli, ale je lepší je co nejužší, aby se pára rozpadla na menší bubliny. Tím se zvyšuje oblast kontaktu mezi fázemi. Zvýšení počtu čepic také prospívá procesu..

Provozní režimy sloupcového typu

Libovolné sloupce bublin mohou pracovat v několika režimech. Při nízkých rychlostech páry (nízký topný výkon) nastává bublinový režim. Pára ve formě bublin se pohybuje skrz refluxní vrstvu. Kontaktní povrch fází je minimální. Se zvýšením rychlosti páry (topný výkon) se jednotlivé bubliny na výstupu ze štěrbin spojují do kontinuálního paprsku a po krátkých vzdálenostech se paprsek kvůli odporu probublávající vrstvy rozpadá na mnoho malých bublin. Vytvoří se bohatá pěnová vrstva. Kontaktní plocha je maximální. Toto je režim pěny.

Pokud budete i nadále zvyšovat rychlost přívodu páry, délka parních trysek se zvětší a ty budou vystupovat na povrch bublající vrstvy, aniž by se zhroutily a vytvořily velké množství rozstřiků. Kontaktní plocha se zmenšuje, účinnost zásobníku klesá. Toto je inkoustový nebo injekční režim.

Přechod z jednoho režimu do druhého nemá žádné jasné hranice. Proto se i při výpočtu průmyslových kolon určují pouze rychlosti páry podle dolní a horní meze provozu. V tomto rozsahu se jednoduše zvolí provozní rychlost (topný výkon). U domovních sloupů se provádí zjednodušený výpočet pro určitý průměrný topný výkon, takže během provozu existuje příležitost k úpravám..

Ti, kteří si přejí provést přesnější výpočty, mohou doporučit knihu od A.G. Kasatkina "Základní procesy a zařízení chemického průmyslu".

P.S. Výše uvedené není plnohodnotnou metodikou, která vám umožňuje vypočítat optimální rozměry každého zásobníku ve vztahu k určitému konkrétnímu případu a nepředstírá, že je přesný nebo vědecký. Ale přesto to stačí k vytvoření sloupce pracovního disku vlastníma rukama nebo k pochopení výhod a nevýhod sloupců nabízených na trhu..

Autor článku - IgorGor.