Определение флегмового числа

Форум самогонщиков, пивоваров, виноделов Ректификация Получение спирта
1 2 3 1
Игорь Академик - 7356 3290
09 Февр. 08, 07:58
Для определения флегмового числа при ректификации можно произвести несложный расчет. Допустим, мощность, подводимая нами к нагревателю куба, составляет 1 кВт. Это значит, что каждую секунду мы передаём в куб 1000 джоулей тепла. Количество пара, попадающего в дефлегматор при этом без учета потерь составляет 1000Дж/с : 925000Дж/кг : 0,79г/литр = 0,0137 л/секунду, или 4,93 литра спирта в час. Если при этом мы отбираем 1 литр в час, то в куб возвращается 4,93 - 1 = 3,93 литра в час. Флегмовое число при этом составляет 3,93 : 1 = 3,93, то есть близко к общепринятой величине 4 (правильный выбор флегмового числа - тема отдельного разговора).
Метод прост, но в нём есть одна "дырка" - учет потерь. Ведь тепло, переданное кубу, расходуется не только на продуцирование пара, попадающего в дефлегматор, но и нагревает воздух вследствие теплопотерь куба и колонны. Самый простой способ учета этих потерь - введение понижающего коэффициента теплового КПД установки. Но эта цифра обычно берется с потолка, и её достоверность сомнительна.
Есть множество способов определения потерь, и предлагаемый к рассмотрению вариант не претендует ни на оригинальность, ни на высокую точность, однако его простота и доступность делает его привлекательной.

Сначала давайте вспомним, что мощность теплопотерь куба зависит от температуры поверхности куба (или кубовой жидкости), температуры воздуха в помещении и степени теплоизоляции куба. От мощности нагрева мощность потерь не зависит. Единственная зависимость - мощность потерь не может быть больше мощности нагрева.

Для применения этого способа нам понадобится термометр, измеряющий температуру кубовой жидкости, и часы. Для определения потерь куба нам не понадобится ставить отдельный эксперимент - все  необходимые измерения можно выполнить при обычной перегонке или ректификации.

Итак, при прогреве куба незадолго до начала кипения (это важно!) нужно измерить скорость нарастания температуры кубовой жидкости при двух - трёх мощностях нагрева. Величины этих мощностей нужно выбрать в диапазоне от 1/10 до 1/2 от мощности, при которой происходит ректификация. Достаточно измерить прирост температуры за 10 минут нагрева при каждом уровне мощности.

Вторую серию замеров нужно выполнить после окончания перегона или ректификации, сразу после отключения нагревателей и прекращения кипения. Нужно измерить скорость остывания жидкости в кубе - определить, на сколько градусов понижается температура за тот же промежуток времени, что и в первой серии замеров.

Сравнив полученные данные, можно оценить мощность, которую куб передаёт воздуху комнаты.
Например, если при мощности нагрева 500 ватт, куб грелся со скоростью 8 градусов за 10 минут, а при охлаждении остывает на 2 градуса за 10 минут, можно с некоторой погрешностью предположить, что мощность потерь составляет 500 : 8 х 2 = 125 ватт
Аналогичные расчеты с результатами других измерений позволят уточнить это число.

Мощность потерь куба можно определить еще одним - еще более простым - способом. В середине обычного перегона можно плавно снижать мощность нагрева и найти тот момент, когда кипение (и капание из холодильника) прекратится. Мощность нагревателя при этом будет соответствовать мощности потерь куба при данной его температуре.

Вернемся к определению флегмового числа. Пусть определенная нами мощность потерь куба составляет 125 ватт. Тогда расчет и выводы из него примут несколько иной вид.

Количество пара, попадающего в дефлегматор с учетом потерь куба, но без учета потерь колонны составляет (1000- 125)Дж/с : 925000Дж/кг : 0,79г/литр = 0,0120 л/секунду, или 4,31 литра в час. Если при этом мы отбираем 1 литр в час, то в куб возвращается 4,31 - 1 = 3,91 литра в час. Флегмовое число при этом составляет 3,31 : 1 = 3,31, а это уже далеко не 4.

С потерями куба вроде разобрались. Осталось разобраться с потерями колонны.
Думаем и экспериментируем дальше.
Витальич Студент N.vtym 30 4
Отв.1  30 Марта 08, 14:06
Добрый день! Помогите о  советом по получении качественного спирта. Приобрел РУМ 035 Б, сделал самогон. Потом, при ректификации, из 3 литров СС отобрал "Головы" - 115м/л, и основной спирт - 270 мл  крепостью 80%. Испугался низкого % спирта и закончил процесс. Теоритически из 3 л. СС должен был получить около 900 мл. спирта, реально почти в 5 раз меньше. Что я делал не так, ведь все предписания я соблюдал?
Al58 Специалист Мундыбаш 115 15
Отв.2  09 Нояб. 08, 18:28
Добрый день! Помогите о  советом по получении качественного спирта. Приобрел РУМ 035 Б, сделал самогон. Потом, при ректификации, из 3 литров СС отобрал "Головы" - 115м/л, и основной спирт - 270 мл  крепостью 80%. Испугался низкого % спирта и закончил процесс. Теоритически из 3 л. СС должен был получить около 900 мл. спирта, реально почти в 5 раз меньше. Что я делал не так, ведь все предписания я соблюдал?
Витальич, 30 Марта 08, 14:06
Витальич, трудно сказать, что не так, но что-то не так. Скорее всего большая скорость отбора. При соблюдении технологии РУМ-035 выдает вполне сносный спирт 95-96%. Я эксплуатировал РУМ-035 где-то полгода, сделал литров 20 спирта, все получалось неплохо. Хотелось бы знать как конкрентно ты производил ректификация, какой(ие) ТЭН(ы) применял.
Да и вопрос не в теме, есть тема "Ректификационные колонны производства "Прагматехник"
[Ректификационные колонны производства НЕНАЗВАННОЙ ФИРМЫ]
Altair Научный сотрудник Омск 336 68
Отв.3  17 Дек. 08, 09:24
Игорь, помогай. Вчера гонял колонну на воде, снимал логи. Можешь определить какая фактически мощность подается в куб, и какие теплопотери у колонны? (Лог во вложении)

В кубе было 5 л. воды. В результате эксперементов на отбор, к выключению осталось примерно 4 л.
Мощность нагревателя паспортная - 1200 Вт.

По отбору получилось так:
Мощность нагревателя - 100% (1200Вт по паспорту)
Производительность - 465 мл за 30 минут

Мощность нагревателя уменьшена до 80%
Производительность - 355 мл за 30 минут

Отбор был максимальный - т.е. колонна работала в режме простого перегонника. Ну за минусом дикой флегмы.

Желательно всю математику поподробнее... :-)

Не выдержал, начал считать сам. Рассуждал так. Теория:

"Удельная теплоемкость вещества показывает количество энергии, которую необходимо сообщить/отобрать, для того, чтобы увеличить/уменьшить температуру одного килограмма вещества на один градус Кельвина.

То есть в других словах, если например удельная теплоемкость воды равняется 4,2 кДж/(кг*К) - это значит, что для того, чтобы нагреть один кг воды на один градус, необходимо передать этому кг воды 4,2 кДж энергии.
"


А Джоуль - это Ватт в секунду.

Значит в моем случае: Есть 5 кг воды. Значит уд.тепл.емк этого объекта буде в 5 раз больше. Т.е. 21000Дж/(кг*К).
Значит если этот объект нагревается на 1 градус за 30 секунд, то что бы узнать мощность, надо эту теплоемкость поделить на это время. Ну и с усреднением конечная формула получилась так:

Мощность подаваемая в куб (Вт) = (Т нач. - Т кон.)* количество в-ва (кг) * теплоемкость в-ва (Дж/(кг*К))/время нагрева от Т нач. до Т кон. (сек).

Итого у меня вышло что раз для нагрева 5 кг воды от 20 до 100 градусов потребовалось 39 мин 54 сек (2394сек), то мощность подаваемая в куб = 701,7 Вт. Супротив 1200 нарисованных на плитке... Хотя может там только 1000?
 Уточню.


Ну и считая тем же способом, раз куб с 4 кг воды без нагрева остывает на 10 (со 100 до 90) градусов за 25м 47с (1547с), то мощность теплопотерь - 108,6 Вт

В диапазоне от 90 до 70 остывание происходит за 3702 сек. Значит теплопотери 90,8 Вт. Что вполне логично.


Испарение.

Для испарения 1 кг стоградуснонагретой воды потребуется 2260000 Дж. По формуле Lи=(25-0,024t)*10^5 Дж/кг, где t-температура испаряемой воды. Значит для испарения 930 мл за час (смотри выше данные о измеренной производительности), потребуется 2260000*0,93=2101800 Дж. Значит за секунду - 2101800/3600 = 583,8 Дж/с. А Дж/с - это Ватт.


Т.е. исходя из производительности по конденсату - на испарение расходуется 583 Ватта.
Исходя из измерений кубовой температуры - в куб подается 701,7 Ватт. Теплопотери куба - 108,6 Ватт. Итого - разность подаваемой и теплопотерянной мощщей - 593,1 Ватта.
По испарению - 583 Ватта, по температурам/времени/разницы в кубе - 593,1 Ватта.Почти сходится!!!

Вопрос - нафига все это нужно? А для того что бы понять какая именно мощность подается в куб. Что бы понимать производительность. Что бы понимать объемы циркулирующие в колонне, а соответственно определять отбор и флегмовое число. Исходя из мощности 593 Ватта (ее считаю более правильной, т.к. использовались более точные измерительные средства), я на своей колонне, при фегмовом 3, могу иметь производительность 687 мл/час (по "Калькулятору самогонщика"Подмигивающий. Во как.
20081216 Выход на режим 2.PNG
1023x677 100Кб
20081216_rectification_log.zip (250Кб - загружено 247 раз)
Приходько Специалист Москва 105 42
Отв.4  17 Дек. 08, 10:20, через 57 мин
мощность подаваемая в куб = 701,7 Вт. Супротив 1200 нарисованных на плитке...
Altair, 17 Дек. 08, 09:24

Мощность нагревателя не только подается в куб, но и расходуется на прогрев самой конфорки плюс рассеивается в окружающем воздухе.
Altair Научный сотрудник Омск 336 68
Отв.5  17 Дек. 08, 10:29, через 10 мин
Ну так и хотелось узнать А СКОЛЬКО ЖЕ В КУБ?? :-)) Пол под плиткой у меня очень неслабо прогревается.
Селянин Научный сотрудник с под красноярска 2121 865
Отв.6  17 Дек. 08, 11:48
Вопрос - нафига все это нужно?
Ответ-это тебе нафиг не нужно!
Altair Научный сотрудник Омск 336 68
Отв.7  17 Дек. 08, 12:03, через 16 мин
2Селянин.
Гы, с такими твоими мыслЯми понятно, почему непрерывной ректификации у тебя нет и не будет никогда. :-)
Игорь Академик - 7356 3290
Отв.8  17 Дек. 08, 21:05
Altair, я считаю по своему, сравним результаты.
1. Нагрев.
для нагрева 5 кг воды от 20 до 100 градусов потребовалось 39 мин 54 сек (2394сек)
Количество теплоты, которое привело к нагреву 5 кг воды на 80 градусов :
Q = C x M x dT = 4200 х 5 х 80 = 1680000 джоулей.
Нагрев произошел за 2394 секунд, значит скорость поступления тепла составила
1680000 : 2394 = 701,8 дж/с или ватт. Совпадает с твоим результатом.

2. Остывание № 1
куб с 4 кг воды без нагрева остывает на 10 (со 100 до 90) градусов за 25м 47с (1547с)
Q = 4200 х 4 х 10 = 168000 джоулей.
Скорость отдачи тепла 168000 : 1547 = 108.6 ватт. Совпадает с твоим результатом.

2. Остывание № 2
В диапазоне от 90 до 70 остывание происходит за 3702 сек. Значит теплопотери 90,8 Вт
Q = 4200 х 4 х 20 = 336000 джоулей.
Скорость отдачи тепла 336000 : 3702 = 90.8 ватт. Совпадает с твоим результатом.
----------------------------------
Тут я бы сделал лирическое отступление.
Интенсивность теплообмена прямо пропорциональна перепаду температур.
В нашей ситуации тепло отдаёт куб, а принимает воздух.
Предположим, что температура воздуха при обоих остываниях была 20 градусов.
Перепад температур в первом случает составлял 75 градусов, а мощность теплопередачи  - 108,6 ватт. А во втором - 55 и 90.8 соответственно.
 Значит удельная мощность теплопотерь твоего куба при первом эксперименте составила  1,49 ватта на градус разницы температур Куб-Воздух, а во втором - 1,51 ватт/град.
Весьма показательное совпадение.
Теперь мощность теплопотерь можно считать по температуре куба - дельту множить на полтора.

---------------------------------------------------

Перейдем к испарению.
Производительность - 465 мл за 30 минут
Для испарения 1 килограмма воды, доведенной до температуры кипения, нужно 2256000 джоулей тепла.
Ты испарил 0,456 кг, значит тепло, энергия, затраченная на испарение воды, составила
2256000 х 0,456 = 1028736 джоулей.
Это энергия пришла за 1800 секунд, значит скорость её поступления (мощность) составила
1028736 : 1800 = 571,5 ватт

При уменьшении нагрева получили 2256000 х 355 : 1800 = 444,9 ватта.

Незначительные расхождения с твоими результатами - последствие разных величин удельной теплоты парообразования воды. Это не принципиально.
-----------------------------------------------------
Итак, с расчетами у тебя все нормально, экспериментальные данные обработаны корректно. Но в выводах ты немного промахнулся. С знаком.Улыбающийся

Исходя из измерений кубовой температуры - в куб подается 701,7 Ватт. Теплопотери куба - 108,6 Ватт. Итого - разность подаваемой и теплопотерянной мощщей - 593,1 Ватта.
Смотри, нагреватель отдал 1200(или 1000?) ватт. Из них куб получил 701,8 ПЛЮС 108,6 ватт, а остальное до куба не дошло - грелся воздух от плитки.

Только цифру 108,6 нужно уточнить Это потери куба при 95 градусах. При 100 - больше. (помнишь 1,5 ватта на градус перепада?) (100-80)х1,5=120

Итак, плитка взяла из розетки 1000 (или 1200) ватт, из них (округляю) 702+120 = 822 ватта получил куб. 120 ватт от отдал помещению, а 702 передал кубовой жидкости., а через неё - колонне.

Колонна получила от куба 702 ватта тепла, часть его отдала окружающей среде, а часть донесла в дефлегматор. В дефлегматор попало 572 ватта, значит теплопотери колонны составили
702 - 572 = 130 ватт.

Итак, Altair, из полученных от энегросбыта 1200 (или всё-таки 1000?) ватт, в куб пришло 822, в колонну - 702, а в дефлегматор - 572 ватта.
Если полезным действием считать ректификацию, КПД на уровне 50%. Куда смотрит инспекция по энергосбережению? Улыбающийся
Altair Научный сотрудник Омск 336 68
Отв.9  17 Дек. 08, 21:56, через 52 мин
на плитке все таки 1200 вт написано.
Дмытрусь Бакалавр Донбасс 58 11
Отв.10  17 Дек. 08, 22:20, через 24 мин
Altair, а с какой проги скринНепонимающий Если не трудно, поделись.
Altair Научный сотрудник Омск 336 68
Отв.11  18 Дек. 08, 04:44
Игорь, спасибо! То что надо!

Только цифру 108,6 нужно уточнить Это потери куба при 95 градусах. При 100 - больше. (помнишь 1,5 ватта на градус перепада?) (100-80)х1,5=120
Игорь, 17 Дек. 08, 21:05

Здесь нет ошибки?

Итого: все таки если считать что ректификация происходит при ВОЗВРАТЕ флегмы в куб, то все таки для определения флегмового нужно взять мощность доходящюю до дефлегматора. Т.е. рассчетная величина для определения производительности колонны по способности испарять вещество - все таки 573 Ватта.

2 Дмытрусь. Прога самописная. Работает только в паре с самодельной системой сбора данных на контроллере. Поделиться могу всем, но проблема в том что еще "муть не осела". Пока еще постоянно что то модифицируется. Я к тому же еще и программист не особо опытный. Это моя первая "настоящая" программа для компа, так что я пока не уверен в стабильности.

Можно поступить так. Я подготовлю весь пакет (Soft+Firm+Hard), но AS IS. А там, если какие модернизации буддут - буду перекладывать.
Дмытрусь Бакалавр Донбасс 58 11
Отв.12  18 Дек. 08, 12:15
Спасибо. Я так и понял, что самодел. Инет прошарил, ничего похожего не видел. Произведение класс!
Insane Студент Москва 30
Отв.13  07 Марта 09, 01:29

Можно поступить так. Я подготовлю весь пакет (Soft+Firm+Hard), но AS IS. А там, если какие модернизации буддут - буду перекладывать.
Altair, 18 Дек. 08, 04:44

И где же обещанная программка? Улыбающийся
tsyba Бакалавр Канада 66 10
Отв.14  24 Нояб. 09, 04:01
Не совсем согласен с:
 "Для определения флегмового числа при ректификации можно произвести несложный расчет. Допустим, мощность, подводимая нами к нагревателю куба, составляет 1 кВт. Это значит, что каждую секунду мы передаём в куб 1000 джоулей тепла. Количество пара, попадающего в дефлегматор при этом без учета потерь составляет 1000Дж/с : 925000Дж/кг : 0,79г/литр = 0,0137 л/секунду, или 4,93 литра спирта в час."

Это так, если кипятим чистый спирт. А как-же вода?

1 кВ выдаёт вообще-то водно-спиртовую смесь пара и выход спирта зависит от концентрации его в браге. Выход спирта на различных стадиях перегонки колеблется между 30 мл/мин и 89 мл/мин.
Если отбирать спирт полагаясь на флегмовое число первого варианта, то можно легко нарушить баланс и получить просто крепкий самогон вместо ректификата. Моё ИМХО...
Михаил0501 Научный сотрудник Иркутск 3490 699
Отв.15  24 Нояб. 09, 04:20, через 19 мин
Я не понимаю что непонятно с флегмовым числом.Колонна ясно говорит температурой если ей не хватает флегмы.А у тебя инструмент для исправления,отбор.ИМХО.Уменьши отбор,пусть наберется полная труба спиртового азеотропа,получишь классный спирт.Увеличь отбор подними азеотроп к дефлегматору получишь плохой спирт.Поставь автоматику,завяжи с температурой .Какие непонятки.  Непонимающий
Rudy Академик Питер 5752 954
Отв.16  24 Нояб. 09, 15:53
А вода (пар) отдает свою энергию спирту в тарелках, конденсируется и возвращается обратно в бак. Энергия паров воды переходит к спирту.
Игорь Академик - 7356 3290
Отв.17  25 Нояб. 09, 02:19
Не совсем согласен....
Это так, если кипятим чистый спирт. А как-же вода?
tsyba, 24 Нояб. 09, 04:01
Кипятим мы смесь, но ведь до дефлегматора доходит и отдаёт дефлегматору тепло, полученное от ТЭНов, именно спирт, а не вода.
tsyba, мы ведь говорим о ректификации, то есть о процессе, при котором в дефлегматор приходит спирт с концентрацией 96-97%. То, что происходит между ТЭНами и дефлегматором - обменные процессы, тепло  там не потребляется и не производится. Да, из куба вода испаряется, но и туда-же возвращается. С той-же температурой, что вышла и в том-же количестве (за минусом 3%, которые сидят в 97%-ном спирте). Только она возвращается в жидком , а не в парообразном состоянии, передавая разницу энергии поднимающемуся вверх спирту. То есть вода  фактически играет роль теплоносителя, промежуточного звена. Поэтому расчеты по спирту правильны.
tsyba Бакалавр Канада 66 10
Отв.18  25 Нояб. 09, 20:10
Игорь,

Согласен с твоими доводами. Спасибо за разяснения. Это учебники написанные местными профессорами и непререкаемыми авторитетами сбили меня с толку. Такие как "The Compleat Distiller" by Nixon & McCaw. Кстати этот учебник являетьса библией для местных ректификаторов и homedistiller.org постоянно ссылаеться на него. Будет время попробую связаться с авторами и задать пару вопросов.
сообщение удалено
ВПГ Бакалавр Харьков 59 16
Отв.19  19 Февр. 11, 11:09
Некоторые непонятки с номиналами ( у меня на ТЭНе клеймо 1500 ватт, а ток составляет 5,2А 5,2 х 220 в = 1144 ватт) заставили провести эксперимент. Я зарядил брагу, и колонну пустил , как дистиллятор. Думаю, что при этом узел отбора был пуст. Т. е. флегма в колонну не возвращалась. Замерял производительность. Получил 2350 – 2050 мл/час в зависимости от температуры в кубе. ФЧ считаю: 2350-2350/2350=0.
Делаю вывод: что бы получить хороший спирт (ФЧ закладываю 4) я должен отбирать 400 мл/час.( 2000-400/400).
Думаю что– то недопонимаю. Подскажите что? Спасибо!