Актуальные вопросы работы узла отбора по пару

Идея отбора по пару поражает своей простотой и эффективностью. С практической реализацией идей обычно дело обстоит не так просто. Зачастую есть нюансы, имеющие если не решающее, то значительное влияние на конечный результат и ставящие иногда под вопрос целесообразность нововведений. Взвесив найденные на форумах аргументы за и против и имея на руках созданную по рецептам незабвенного Кулинара с Houmedistiller полутораметровую, 35мм., киловатную колонну, которая безупречно работает уже лет 7, собрал узел отбора по пару и стал ждать от благодатного источника вечной стабильности. 7% голов отобрал по жидкости со скоростью 150мл./ч., 20% оборотного спирта (подголовников) на скорости 10мл/ч. с отбором по пару прошли на ура. Работает!!! Счастью моему не было предела. Красота! Пою осанну чудесной идее и славлю её изобретателей. Купил свежую Times, зажёг гаванскую сигару, наслаждаюсь светской беседой, а дальше, дальше получив ещё 1литр продукта, моя парная остановилась, совсем, а в 30 литровом кубе остановилось ещё литров 8 АС. Блин. Газету на/в сторону. Сигару в урну. Светская беседа плавно перетекла в непереводимую игру слов. Пришлось вращать игольчатый кран и возвращаться к старым баранам отбора по жидкости.

Разумные мысли в голову обычно приходят лишь, когда куда нибудь уже «влез», ну или узел отбора новый соорудил. Раньше на это пустое занятие времени нет.

И всё же интересно, почему это произошло? Да ладно бы с кем то, это мы к примеру ещё переживём, но произошло это досадное событие именно со мной!!!

Пытаемся разобраться.

Движение пара по колонне вверх обеспечивают следующие силы:

1. Положительное давление в кубе.
2. Разница плотности разогретого пара и холодного воздуха, создаваемое при этом давление развивает максимальную величину на отрезке колонны от отвода доохладителя (вследствие сообщения полости доохладителя с атмосферой) до точки полной конденсации пара в охладителе или отверстия сообщения охладителя с атмосферой (если охладитель не работает)
3. Работа охладителя, т.к. конденсация пара создаёт разрежение.

Потоку пара в колонне противодействуют:

1. Ограничения по сечению колонны, в т.ч. встречный ток жидкости.
2. Ограничения по эффективности охладителя, т.к. если образно себе представить крайнюю степень его неэффективности в виде полной остановки, то в герметичной колонне произойдёт выравнивание давления по всему её объёму и остановка тока пара.
3. В некоторых случаях (например неэффективная работа охладителя) сообщение верхней части колонны с атмосферой.

Движение пара в доохладитель обеспечивает положительное давление пара в колонне на уровне отвода в этот самый дооладитель и конденсация пара в нём.

Движению пара в доохладитель противодействуют:

1. Разница плотности разогретого пара и холодного воздуха. Создаваемое при этом давление имеет вектор встречный вектору полезного направления потока пара в доохладитель т.к. последний направлен вниз, а горячий газ самостоятельно течь в низ без внешних на то воздействий категорически отказывается.
2. Уравнение Бернулли. Движение потока газа в колонне согласно уравнению Бернулли создаёт отрицательное давление в отводе доохладителя. Это давление имеет один вектор с основным потоком пара, но встречный направлению полезного потока пара в доохладитель и имеет прямую зависимость от скорости основного потока газа в колонне.
3. Работа охладителя которая умножает на ноль присутствие пара в колонне, соответственно и связанное с ним положительное давление.
4. Кроме того, кратное различие площади сечения колонны и доохладителя создают кратное ограничение объёма поступающего в доохладитель пара.

Следует отдельно отметить, что стабильную работу доохладителя при отборе по пару нарушает отсутствие на его выходе прямого сообщения с атмосферой, при этом скапливающийся, а затем стремительно стекающий конденсат за короткий промежуток времени значительно изменяет скорость потока входящего пара.

Т.о. в идеальных условиях, при эффективной работе охладителя и отсутствии сужений диаметра колонны перед ним, положительное давление в колонне  на отрезке выше насадки будет стремиться к нулю (или вообще к отрицательным значениям) и следовательно к исчезновению сил заставляющих горячий пар опускаться для отбора вниз в доохладитель, но это безусловно в идеальных условиях. На практике сопротивление движению пара в любом случае присутствует. Тот же Бокакоб создаёт сужение больше половины диаметра. А избыточная подача энергии повышением образования пара компенсирует работу охладителя, но до определённой степени, когда вследствие ограничения подачи энергии (ограничение мощности ТЭНа или диаметра колонны и она захлёбывается) количества избыточного пара для направления в доохладитель на отбор становится недостаточным, отбор останавливается и колонна начинает работать сама на себя.

Несмотря на кажущуюся эффективность теории отбора продукта по пару, в эту теорию не включены существенные факторы по практической реализации данной идеи, без учёта которых она не способна работать с хорошим КПД.

В определённой степени компенсировать конструктивные ошибки обсуждаемой схемы колонны возможно двумя способами:

1. Создать выше отвода доохладителя соответствующих размеров ограничение диаметра колонны, с целью увеличения и стабилизации градиента давления пара направленного в доохладитель. Цена: необходимость точно рассчитать и опытным путём проверить требуемый диаметр сужения.
2. Увеличить мощность при котором охладитель будет работать на пределе возможности или близко к этому и часть пара по остаточному принципу будет направлена в доохладитель. Цена: неоправданно высокое флегмовое число с неумеренными энергетическими тратами.
3. Комбинация 1 и 2 варианта.

Любую новую технологию для выявления ошибок и недостатков оптимально проверять на предельных режимах. В моём случае предельным режимом оказался низкий расход энергии в 1кв.ч., при этом выявился невысокий КПД технологии отбора по пару в её настоящем виде.

Далее приведу краткую таблицу нескучного случая процесса ректификации, вначале по пару, затем по жидкости. Замечу, что вследствие более высокой плотности эфироальдегидных фракций относительно этилового спирта, начальная часть голов при хорошо работающей колонне должна иметь плотность соответствующую не выше 95об.%, оптимально 94об%. Плотность измеряю «найденным» ещё в советские времена лабораторным ареометром со встроенным термометром. Об.% затем сверяю по таблице. Для контроля ректификата невероятно удобная штука. Следует уточнить, что в моём ареометре шкала 0,750 – 0,830г/л.. Встроенный термометр крайне важен, т.к. 2 градуса С⁰ имеют погрешность не менее сотой г/л.. Нормального спиртометра у меня нет, есть обычный за 50р. купленный по случаю на рынке, но с разбавлением спирта он справляется на зависть. Рекламируемый на каждом углу СП3 позиционируется как профессиональный прибор, но он не имеет встроенного термометра и в таком случае является в большей степени предметом народного творчества. Рефратометр интересная штука, только работает до 80об.%. и для контроля крепости ректификата не годится.

 
<table width=”665″>
<tbody>
<tr>
<td width=”108″> </td>
<td width=”91″>Объём мл.</td>
<td width=”91″>Скорость

мл./ч</td>
<td width=”91″>Скорость

мл./мин.</td>
<td width=”91″>+15 С⁰</td>
<td width=”91″>+20 С⁰</td>
<td width=”102″>Отбор</td>
</tr>
<tr>
<td width=”108″>Головы10%</td>
<td width=”91″>1500^*

 </td>
<td width=”91″>150</td>
<td width=”91″>2,5</td>
<td width=”91″>8170^**</td>
<td width=”91″>8130^**</td>
<td width=”102″>жидкость</td>
</tr>
<tr>
<td width=”108″>Оборотный 20%</td>
<td width=”91″>3000</td>
<td width=”91″>600</td>
<td width=”91″>10</td>
<td width=”91″>8110</td>
<td width=”91″>8075</td>
<td width=”102″>пар</td>
</tr>
<tr>
<td width=”108″>Тело 60%:</td>
<td width=”91″>(9000)</td>
<td width=”91″> </td>
<td width=”91″> </td>
<td width=”91″> </td>
<td width=”91″> </td>
<td width=”102″> </td>
</tr>
<tr>
<td width=”108″>1 20%</td>
<td width=”91″>3000</td>
<td width=”91″>900</td>
<td width=”91″>15</td>
<td width=”91″>8105</td>
<td width=”91″>8065</td>
<td width=”102″>Пар – жидкость</td>
</tr>
<tr>
<td width=”108″>2 20%</td>
<td width=”91″>3000</td>
<td width=”91″>900</td>
<td width=”91″>15</td>
<td width=”91″>8115</td>
<td width=”91″>8075</td>
<td width=”102″>жидкость</td>
</tr>
<tr>
<td width=”108″>3 20%</td>
<td width=”91″>3000</td>
<td width=”91″>600</td>
<td width=”91″>10</td>
<td width=”91″>8100</td>
<td width=”91″>8070</td>
<td width=”102″>жидкость</td>
</tr>
<tr>
<td width=”108″>Хвосты 5%</td>
<td width=”91″>600</td>
<td width=”91″>600</td>
<td width=”91″>10</td>
<td width=”91″>8150</td>
<td width=”91″>8110</td>
<td width=”102″>жидкость</td>
</tr>
<tr>
<td width=”108″> </td>
<td width=”91″>14100</td>
<td width=”91″> </td>
<td width=”91″> </td>
<td width=”91″> </td>
<td width=”91″> </td>
<td width=”102″> </td>
</tr>
</tbody>
</table>
*  400мл отобрано обычной дистилляцией, т.к. ранее головы не отбирались.

**Плотность эфироальдегидных фракций выше спирта, а температура кипения выше.

Из таблицы следует сделать вывод, что идея отбора по пару в настоящем виде «сырая». Возможно я, что -либо не понял или не учёл. Тем не менее, негативный вывод оправдан лишь в отношении моей колонны, т.к. в моём случае родной доохладитель конденсата (для пара трубка диаметром 1,5мм не годится) изначально был встроен в полость «рубашки» охладителя сделанного из термоса (Димрот в нём также присутствует), эффективно, но слишком перемудрёно. При создании колонны решил, что в ней ничего лишнего не должно выступать и болтаться. Но если бы мне её пришлось собирать сегодня, то сделал бы точную копию «Примы», т.к. из явных достоинств «Примы» следует отметить: доохладитель эффективен и главное очень жёстко крепится к корпусу, поворачивается под любым удобным углом, быстрый монтаж, возможность выбора отбора по жидкости или по пару.

Для удобства и наглядности дополнительно привожу таблицу крепости/плотности водно-спиртовой смеси

 
<table>
<tbody>
<tr>
<td width=”205″>Об%</td>
<td width=”213″>+15 С⁰</td>
<td width=”206″>+20 С⁰</td>
</tr>
<tr>
<td width=”205″>96%</td>
<td width=”213″>0,812 г/л</td>
<td width=”206″>0,807 г/л</td>
</tr>
<tr>
<td width=”205″>94%</td>
<td width=”213″>0,820 г/л</td>
<td width=”206″>0,815 г/л</td>
</tr>
</tbody>
</table>