Jak vyrobit destilační kolonu - výpočet systémových parametrů

Výška potrubí. Aby byla zajištěna dobrá retenční a separační schopnost, bez ohledu na průměr, měla by být výška destilační kolony od 1 do 1,5 m. Pokud je menší, nebude dostatek místa pro spékané oleje akumulované během provozu, v důsledku toho se začne trup vybírat. Další nevýhodou je, že hlavy nebudou jasně rozděleny na zlomky. Pokud je výška potrubí větší, nevede to k významnému zlepšení separační a zadržovací schopnosti systému, ale zvýší se doba jízdy, jakož i počet „hlav“ a „opěrek hlavy“. Jinými slovy, se zvýšením výšky potrubí se separační kapacita destilační kolony zvyšuje o každý další centimetr. klesající. Účinek zvětšování potrubí z 50 cm na 60 cm je řádově vyšší než od 140 cm do 150 cm.

Objem krychle destilační kolony

Aby se zvýšil výtěžek vysoce kvalitního alkoholu, ale aby nedošlo k přetečení kolony rotoru, je objem (plnění) surového alkoholu v krychli omezen v rozsahu 10–20 objemů trysky. Pro sloupy o výšce 1,5 ma průměru 50 mm - 30-60 l, 40 mm - 17-34 l, 32 mm - 10-20 l, 28 mm - 7-14 l.

S ohledem na plnění kostky na 2/3 objemu je objem 40-80 litrů vhodný pro kolonu s vnitřním průměrem 50 mm, pro 40 mm je to 30-50 litrů, pro 32 mm je to 20-30 litrů a pro 28 mm tlakový vařič.

Při použití krychle s objemem blíže k dolní hranici doporučeného rozsahu můžete bezpečně vyjmout jednu zásuvku a snížit její výšku na 1-1,2 metru. V důsledku toho bude sivuhi pro průlom ve výběru relativně malý, ale objem „opěrek hlavy“ se znatelně sníží.

Zdroj a výkon topného sloupu

Typ desky. Měsíční svit pronásleduje mnoho nováčků, kteří se domnívají, že pokud jste již dříve používali plynový, indukční nebo klasický elektrický sporák pro ohřev měsíčního svitu, můžete tento zdroj nechat pro sloupec.

Proces rektifikace se výrazně liší od destilace, vše je mnohem složitější a oheň nebude fungovat. Je nutné zajistit plynulé nastavení a stabilitu dodávaného topného výkonu..

Elektrická kamna pracující podle termostatu v režimu start-stop se nepoužívají, protože jakmile dojde k krátkodobému výpadku proudu, pára přestane přecházet do kolony a hlen se zhroutí do krychle. V tomto případě budete muset znovu zahájit opravu - s prací sloupce pro sebe a výběrem „cílů“.

Indukční vařič je extrémně hrubý aparát s postupnou změnou výkonu o 100 - 200 wattů a během rektifikace je třeba hladce měnit výkon, doslova 5-10 wattů. Ano, a je nepravděpodobné, že bude možné stabilizovat vytápění bez ohledu na kolísání napětí.

Plynový sporák se 40% surového alkoholu a produktem 96 stupňů nalitým do krychle na výstupu představuje smrtelné nebezpečí, nemluvě o změně teploty ohřevu.

Nejlepší řešení je vložit ohřívač s potřebným výkonem do krychle a použít relé ke stabilizaci výstupního napětí, například PM-2 16A, pro seřízení. Můžete vzít analoga. Hlavní věcí je získání stabilizovaného napětí na výstupu a schopnost plynule změnit teplotu topení o 5-10 W.

Napájení. K zahřátí kostky v přijatelném čase je třeba začít s výkonem 1 kW na 10 litrů surového alkoholu. Pro 50 l krychle naplněné 40 litry je tedy zapotřebí minimálně 4 kW, 40 l - 3 kW, 30 l - 2-2,5 kW, 20 l - 1,5 kW.

Se stejným objemem mohou být kostky nízké a široké, úzké a vysoké. Při výběru vhodného kontejneru je třeba mít na paměti, že kostka se často používá nejen k destilaci, ale také k destilaci, proto je nutné postupovat podle nejnáročnějších podmínek, aby dodaná síla nevedla k prudkému napěnění emisemi stříkající z krychle do parního potrubí..

Experimentálně bylo stanoveno, že s hloubkou umístění PETN asi 40-50 cm dochází k normálnímu varu, pokud je na 1 m 2. cm velkoobjemová zrcátka představují více než 4-5 wattů energie. S poklesem hloubky se přípustný výkon zvyšuje a se zvyšováním se snižuje.

Existují další faktory, které ovlivňují povahu varu: hustota, viskozita a povrchové napětí kapaliny. Stává se, že k emisím dochází na konci destilace rmutu, když se hustota zvyšuje. Proces nápravy na hranici povoleného rozsahu je proto vždy plný problémů.

Běžné válcové kostky mají průměr 26, 32, 40 cm. Na základě přípustného výkonu na povrchu krychlového zrcátka 26 cm bude normálně pracovat s topným výkonem do 2,5 kW, pro 30 cm - 3,5 kW, 40 cm - 5 kW.

Třetím faktorem, který určuje topnou sílu, je použití jednoho ze sloupků kleštiny bez trysky jako sukhoparnik pro boj s blatníky. K tomu je nutné, aby rychlost páry v potrubí nepřekročila 1 m / s, při 2-3 m / s ochranný účinek oslabil a při velkých hodnotách páry vytlačí hlen do potrubí a hodí do výběru.

Vzorec pro výpočet rychlosti páry:

V = N * 750 / S (m / s),

kde:

• N - výkon, kW;
• 750 - odpařování (kubický cm / sek. KW);
• S je průřezová plocha sloupce (čtvereční Mm).

Trubka o průměru 50 mm se při zahřátí na 4 kW, 40–42 mm - do 3 kW, 38 - do 2 kW, 32 - do 1,5 kW vyrovná se stříkací tryskou.

Na základě výše uvedených úvah volíme objem, velikost krychle, sílu ohřevu a destilaci. Všechny tyto parametry odpovídají průměru a výšce sloupce..

Výpočet parametrů zpětného kondenzátoru destilační kolony

Kapacita zpětného kondenzátoru se stanoví v závislosti na typu destilační kolony. Pokud stavíme kolonu se vzorkem kapaliny nebo párou pod zpětným chladičem, pak by požadovaný výkon neměl být menší než jmenovitý výkon kolony. V těchto případech se obvykle jako kondenzátor používá lednička Dimroth s regenerační kapacitou 4 až 5 wattů na metr čtvereční. vidět povrch.

Pokud je sloupec s výběrem páru nad zpětným chladičem, pak je jmenovitý výkon 2/3 jmenovitého výkonu. V takovém případě můžete použít Dimroth nebo „košili“. Využitelnost trička je nižší než kapacita dimrotu a je asi 2 watty na centimetr čtvereční.

Dále je vše jednoduché: rozdělíme jmenovitý výkon na recyklační. Například pro sloupec s vnitřním průměrem 50 mm: 1950/5 = 390 metrů čtverečních. cm plochy Dimroth nebo 975 metrů čtverečních. podívejte se na košile. Chladničku Dimroth lze tedy vyrobit z trubice 6x1 mm o délce 487 / (0,6 * 3,14) = 2,58 cm pro první variantu, přičemž se bere v úvahu bezpečnostní faktor 3 metry. Pro druhou možnost vynásobíme dvě třetiny: 258 * 2/3 = 172 cm, s přihlédnutím k bezpečnostnímu faktoru 2 metry.

Košile pro sloupec 52 x 1 je 975 / 5,2 / 3,14 = 59 cm * 2/3 = 39 cm. To je ale pro místnosti s vysokými stropy.

Přímý výpočet chladničky

Pokud se nádrž s přímým průtokem používá jako chladič v destilační koloně s kapalnou destilací, vybere se nejmenší a nejkompaktnější verze. Dostatečný výkon 30-40% jmenovité kapacity kolony.

Chladnička s přímým průtokem je vyrobena bez spirály v mezeře mezi pláštěm a vnitřní trubkou, poté je zahájen výběr do pláště a chladicí voda je přiváděna centrální trubkou. V tomto případě je košile přivařena k potrubí přívodu vody do zpětného kondenzátoru. Jedná se o malou „tužku“ asi 30 cm dlouhou.

Pokud se však jeden a tentýž zdroj přímého toku použije jak v destilaci, tak v destilaci, která je univerzální jednotkou, nevychází z potřeb Kazašské republiky, ale z maximálního topného výkonu během destilace..

Vytvoření turbulentního proudění páry v lednici, umožňující zajistit rychlost přenosu tepla alespoň 10 W / sq. cm, je nutné zajistit rychlost páry asi 10-20 m / s.

Rozsah možných průměrů je dostatečně široký. Minimální průměr je stanoven z podmínek nevytváření velkého přetlaku v krychli (ne více než 50 mm kolonové vody), ale maxima vypočtením Reynoldsova čísla na základě minimální rychlosti a maximálního kinematického koeficientu viskozity páry.

Abychom nepřišli do zbytečných podrobností, uvádíme nejběžnější definici: „Abychom udrželi turbulentní režim pohybu páry v potrubí, stačí, aby vnitřní průměr (v milimetrech) nebyl větší než šestinásobek topné energie (v kilowattech).“.

Doporučené průměry parních trubek

Aby se zabránilo větrání vodního pláště, je nutné udržovat lineární rychlost vody alespoň 11 cm / s, ale nadměrné zvýšení rychlosti bude vyžadovat velký tlak v přívodu vody. Proto je optimální rozsah od 12 do 20 cm / s.

Aby se kondenzovala pára a ochladil kondenzát na přijatelnou teplotu, musíte dodávat vodu při 20 ° C v objemu asi 4,8 kubických cm / s (17 litrů za hodinu) pro každý kilowatt vstupního výkonu. V tomto případě se voda zahřeje až na 50 stupňů - až na 70 ° C. V zimě bude přirozeně potřeba méně vody a při použití autonomních chladicích systémů asi jeden a půlkrát více.

Na základě předchozích údajů můžete vypočítat plochu průřezu prstencové mezery a vnitřní průměr košile. Je nutné zohlednit dostupný sortiment trubek. Výpočty a praxe ukázaly, že mezera 1-1,5 mm je dostatečná pro splnění všech nezbytných podmínek. To odpovídá dvojici trubek: 10x1 - 14x1, 12x1 - 16x1, 14x1 - 18x1, 16x1 - 20x1 a 20x1 - 25x1,5, které pokrývají celou škálu kapacit používaných doma.

Existuje další důležitý detail nátrubku - spirála navinutá na parním potrubí. Taková spirála je vyrobena z drátu o průměru, který poskytuje mezeru 0,2-0,3 mm k vnitřnímu povrchu košile. Navíjí se krokem rovnajícím se 2-3 průměry parního potrubí. Hlavním účelem je vystředit parní potrubí, ve kterém je během provozu teplota vyšší než v košili. To znamená, že v důsledku tepelné roztažnosti se parní trubka prodlužuje a ohýbá, opírající se o košili, existují mrtvé zóny, které se neumývají chladicí vodou, v důsledku toho prudce klesá účinnost chladničky. Dalšími výhodami spirálového vinutí jsou delší dráhy a vytváření turbulence v proudu chladicí vody..

Dobře navržená dopředná nádrž může využívat až 15 wattů / sq. cm plochy přenosu tepla, což je experimentálně potvrzeno. K určení délky chlazené části nátrubku používáme jmenovitý výkon 10 W / sq. cm (100 čtverečních cm / kW).

Požadovaná plocha pro přenos tepla se rovná tepelné energii v kilowattech vynásobené 100:

S = P * 100 (sq. Cm).

Délka vnějšího obvodu parního potrubí:

Lokr = 3,14 * D.

Výška chladicí košile:

H = S / L.

Obecný výpočetní vzorec:

H = 3183 * P / D (výkon v kW, výška a vnější průměr parního potrubí v milimetrech).

Příklad výpočtu dopředného toku

Topný výkon - 2 kW.

Možná použití potrubí 12x1 a 14x1.

Průřezové plochy - 78,5 a 113 metrů čtverečních. mm.

Objem páry je 750 x 2 = 1500 metrů krychlových. cm / s.

Rychlosti páry v potrubí: 19,1 a 13,2 m / s.

Trubka 14x1 vypadá lépe, protože vám umožňuje mít výkonovou rezervu, která zůstává v doporučeném rozsahu rychlosti páry.

Spárovaná trubka pro košili - 18x1, prstencová mezera bude 1 mm.

Průtok vody: 4,8 * 2 = 9,6 cm3 / s.

Plocha prstencové mezery je 3,14 / 4 * (16 * 16 - 14 * 14) = 47,1 čtverečních. mm = 0,471 sq. vidět.

Lineární rychlost - 9,6 / 0,471 = 20 cm / s - hodnota zůstává v doporučených mezích.

Pokud prstencová mezera byla 1,5 mm - 13 cm / s. Pokud 2 mm, pak by lineární rychlost klesla na 9,6 cm / sa musela by dodávat vodu nad jmenovitý objem, pouze tak, aby lednička nebyla vzdušná - plýtvání penězi.

Výška košile - 3183 * 2/14 = 454 mm nebo 45 cm. Bezpečnostní faktor není nutný, vše se bere v úvahu.

Výsledek: 14x1-18x1 s výškou chlazené části 45 cm, jmenovitým průtokem vody - 9,6 kubických metrů. cm / s nebo 34,5 litru za hodinu.

Při jmenovitém výkonu vytápění 2 kW vyprodukuje chladnička 4 litry alkoholu za hodinu s dobrým zásobováním.

Účinné a vyvážené průtokové komory během destilace by měly mít poměr vzorkovací rychlosti k topné energii a spotřebě chladicí vody 1 litr / hodina - 0,5 kW - 10 litrů / hod. Pokud je výkon vyšší, dojde k velkým tepelným ztrátám, malý - užitečný topný výkon se sníží. Pokud je průtok vody vyšší, má nádrž s přímým průtokem neefektivní konstrukci.

Jako vařič lze použít destilační kolonu. Zařízení pro varné kolony má své vlastní vlastnosti, ale druhá destilace se liší hlavně technologií. Pro první destilaci existuje více funkcí a jednotlivé uzly nemusí být použitelné, ale toto je téma pro další diskusi..

Na základě skutečných potřeb domácnosti a stávajícího sortimentu trubek vypočítáme typické možnosti pro destilační kolonu pomocí výše uvedené metodiky..

P.S. Vyjadřujeme vděčnost za systematizaci materiálu a pomoc při přípravě článku uživateli našeho fóra Igor Gor.