Победа разума над сараспариллой или бражная колонна непрерывного действия

Я уже приводил расчеты, такая конструкция малоперспективна. Нужна очень большая площадь нагрева.

По совету Игоря я попробовал заэскизировать, что же за идея пришла мне в голову.

Итак, постановка задачи. Необходимо только перегонять брагу на спирт-сырец. Быстро, непрерывно, с минимальными потреями энергии.

Предлагается: 1. Нагреватель устанавливается на трубу в нижней ее части и как следует теплоизолируется. Площадь его по сравнению с кубом мала, теплоизоляцию можно сделать хорошей. Поэтому потери энергии будут минимальны по сравнению с классически вариантом.

2. Труба заполняется нерезанной СПМ.

3. Снизу трубы устанавливается кран. Открывается он только при промывке насадки.

4. Сверху нагревателя устанавливаем трубку слива барды. Обязательно с сифоном, размер колена которого чуть больше экспериментально определяемого сопротивления трубы с насадкой и холодильником. Делается для того, чтобы пар пошел все-таки в холодильник, а отработанная брага - в емкость для сбора.

5. Систему запускаем сначала на воде, заливая ее практически до слива. Затем, когда образовался пар, начинаем подавать брагу, контролируя температуру слива. Дальше барда кипит, испаряется, нагревает брагу, конденсируется и уходит в слив.

Возникает потребность в качественном расходомере, клапане, датчике температуры, но это, я думаю, преодолимо. Брагу, конечно, надо будет фильтровать, но это, как уже писали, проблемой не является.

Преимущество одно - предельная простота системы.  Ну, а теперь кидайте табуретки.

У тебя снова куб с подогревом вонючки получился. В моей сараспариллочке в кубе - чистая вода, а у тебя - барда.

У тебя снова куб с подогревом вонючки получился. В моей сараспариллочке в кубе - чистая вода, а у тебя - барда.
Rudy, 08 Июня 10, 00:57

Это правда, но только частично. Если перечитать мой пост, так я там предлагал стартовать на воде.
Кроме того, время нагрева минимально, ничего не задерживатся, нагрев осуществляется тоже паром.
Согласись, это несколько лучше чем длительное кипячение браги в кубе и ненамного хуже чем прогрев паром.
Кроме того, если будет пригорание, можно увеличить высоту зоны нагрева.

ненамного хуже чем прогрев паромwindfreedom, 08 Июня 10, 01:42

Но все-таки хуже, а конструкция по сложности примерно та же.

Я на сараспарилле провел эксперимент со сливом барды в бак - гораздо вонючее получается, чем при сливе ее наружу.

windfreedom, вопервых, слив барды надо делать ниже нагревателя, иначе, как правильно заметил Руди, получишь "куб с подогревом вонючки".
Вовторых, такая конструкция сифона как у тебя неработоспособна, в верхней точке должен быть разрыватель вакуума.

Михо, с отдельным парогонератором лучше.

Rudy, ты писал:

У меня, при одинаковом диаметре укрепляющей и "отжимающей" частей с одинаковой насадкой, производительность определялась захлебом в укрепляющей части.

Т.е.,как я понимаю, захлёб происходил в верхней укрепляющей части...Мне здесь кое-что не понятно..А как ты это определил?
По моим прикидкам нагрузка на нижнюю часть колонны (мл/час) при крепости браги 10% и флегмовом числе 2 (для узла отбора) превышает нагрузку на укрепляющую часть до 6 раз. Конечно не всё определяется этой нагрузкой. Еще важны условия рапостранения паровой фазы и жидкой фаз. Но всё же? Почему захлёб был в верхней части?

Ну, а теперь кидайте табуретки.windfreedom, 08 Июня 10, 00:45

Пена???

Сейчас уже точно не помню, скорее всего во температурам в колонне.

В общем случае, "нагрузка" колонны (потоки пара и флегмы) максимальна именно в верхней части, там, где максимальная спиртуозность. Но что ты называешь "нагрузкой"?

Но что ты называешь "нагрузкой"?

Количество жидкой и паровой (приведённой к жидкости)фаз, проходящее через сечение колонны в единицу времени, например, в мл/час.

Тогда нагрузка максимальна именно в верхней части колонны. При равном потоке энергии по высоте колонны, для ее переноса требуется тем большее количество флегмы и объема пара, чем выше концентрация спирта в них.

При равном потоке энергии по высоте колонны, для ее переноса требуется тем большее количество флегмы и объема пара, чем выше концентрация спирта в них. Rudy, 08 Июня 10, 18:16

По жидкости - да, чем выше тем ейе больше. А по пару - нет!
Руди, мы же это уже обжевывали. Молярная тепллоемкость спмрта и воды практически равны, а каждый моль любого вещества в газообразной фазе занимает один и тот-же объем.

То есть, скорость пара (объем, проходящий через поперечное сечение в единицу времени) в колонне не меняется с изменением спиртуозности. Количество флегмы растёт с повщением спиртуозности.

Тут, на самом деле все сложнее, чем мы считали. И от числа тарелок зависит. Если считать одним способом - то да, если другим - то нет, а если третьим - то вообще наоборот по пару получается. Я, честно сказать, и сам уже немного запутался, а времени аккуратно все посчитать - нет.

Да и данные какие-то странные. По викпедии молярная теплоемкость воды - 75.37 Дж/(моль*К), спирта - 1.197Дж/(моль*К). Как это понимать - не знаю.  Удельная теплоемкость воды - 4.3 кДж/(кг*К), спирта - 2,39 кДж/(кг*К). Если пересчитать на молярные (помножить на молекулярный вес) получится, что мол. теплоемкость воды - 4.3*18 = 77.4 кДж/(кмоль*К)=77.4 Дж/(моль*К), а спирта 2.39*46= 109.94 кДж/(кмоль*К)=109.94 Дж/(моль*К). Где-то они, похоже, запятую не там всадили.

Вот данные расчета по колонне из 10 тарелок, в баке 10%об, ФЧ=5
Масса возвращаемой в бак флегмы=0.712, Масса пара из бака в единицу времени=1.000.

N   TconF   TtempF   ParMas   ParCon   ParTemp   FlegMas   FlegCon   FlegTemp
0   0.284   84.863   1.284   0.712   84.863   0.996   0.649   80.527
...
9   0.925   78.457   1.726   0.930   78.457   1.438   0.930   78.457

Масса пара на выходе бака - 1 (10%об=8.01%мас=3.3%мол спирта), на входе в дефлегматор - 1.726 (95.41%об=93%мас=83.87%мол спирта).
Молярная плотность на входе МП0 = 0.967*18+0.033*46=18.924, на выходе МП1=0.033*18+0.96*46=44.754. Объем на входе (без констант) V0=1/МП0=0.0528, на выходе V1=1.726/МП1=0.0386. Т.е., несмотря на рост массы пара, объем пара на выходе даже меньше, чем на входе - 73% от входного. Проверь, может я что-то напутал.

Т.е. поток пара вверху получается даже меньше, чем внизу. Зато флегмы - намного больше - на входе, примерно, 0.723 л, на выходе - 2.13л, т.е. примерно в 2.9 раза больше. И тут становится нельзя считать "напряг" отдельно по флегме и отдельно по пару - поток флегмы меняет пропускную способность насадки по пару. И, в зависимости от свойств насадки и близости к захлебу, могут сложиться самые разные ситуации.

При приближении к захлебу крутизна зависимости перепада давления от потока флегмы резко растет. Если далеко от захлеба - изменение объема флегмы влияет мало - то степень "напряга" не сильно меняется по колонне. А вот если близко к захлебу - то вверху ситуация становится намного хуже, чем внизу. Но все это очень грубо, нужно паро-гидро-динамику считать, я не умею. А нужно еще и увеличение вязкости с ростом крепости и снижением температуры учитывать и т.п. ...

Руди, чего ты считаешь теплоемкости? Ведь у нас фазовые переходы - испарение и конденсация.
Да и Википедия зачем?

Теплота парообразования спирта (АС) - 840 кДж/кг, молярная масса - 46. Значит теплота парообразования 1-го грамм-моля спирта - 38,6 кДж/г-моль.

Теплота парообразования воды - 2256 кДж/кг, молярная масса - 18. Значит теплота парообразования 1-го грамм моля воды - 40,6 кДж/г-моль. Разница составляет 5%. Поэтому можно утверждать, что в спиртовой колонне обмен тепла между водой и спиртом идет "моль на моль".

Скорость пара зависит от объема, а объем моля газа или пара при НУ - константа. Поэтому и скорость пара в колонне неизменно с точностью до единиц процента.

Кстати, если учесть снижение температуры снизу вверх, влияние изменения теплоты парообразования на скорость потока пара нивелируется.

Руди, чего ты считаешь теплоемкости? Ведь у нас фазовые переходы - испарение и конденсацияИгорь, 08 Июня 10, 23:42

Это я просто хотел одну идейку проверить, но напоровшись на кучу несообразий не стал. Про оценку теплопереноса именно паром и жидкостью, без фазовых переходов.

А все фазовые переходы моя прога сама считает, причем честно.

На самом деле тут много интересного, но как-то недосуг с этим разбираться, да и практического результата не будет.

 Rudy

При равном потоке энергии по высоте колонны,

, как я понимаю, в сараспарилле (бражной колонне непрерывного действия) это условие приблизительно выполняется только, если бражка будет подогрета до температуры испарения смеси. А это условие, как я понял, выполняется не всегда. Следовательно часть энергии будет теряться на нагрев бражки до температуры испарения и выше. За счёт этого образуется дополнительная флегма за счёт конденсации пара. Вместе с тем, поток флегмы за счёт стекающей бражки превосходит в разы поток флегмы, поступающий сверху, до точки ввода (при небольшом флегмовом числе). Отсюда напрашивается вывод, что если сечение колонны будет одинаково по всей длине, то вероятность захлёба в сараспарилле д.б. высокой именно в нижней части колонны, а уж потом в верхней.   

Не понял, о чем ты пишешь, но захлеб наступает (при разных условиях работы) ЛИБО под дефлегматором (избыток подаваемой энергии от ПГ), ЛИБО в точке ввода браги в колонну (избыток поступления браги).
Пока не приловчишься - систему клинит то там, то там. Когда поймаешь оптимум между нагревом, подачей браги и ФЧ - сарсапарила работает крайне устойчиво.
Только речь выше шла, вроде, не о том...

игорь223, я хочу понять, каково должно быть сесение колонны для сараспарилы для достижения максимальной эффективности: одинаковым по всей длине колонны или нет. А для этого важно понять процессы, происходящие внутри. В частности, интересно, где узкие места. То, что захлёб может происходить сразу после дефлегматора - этт момент описан у Креля. Там приведена модель колонны на стр.45. Но в непрерывной бражной колонне процессы сложней..и захлеб может возникнуть одновременно и внизу и сверху.. или я выдумываю?

Вопрос в том - что считать максимальной эффективностью этой штуковины? ))))
Если скорость перегонки - то обычный прямоточник круче.
Если качество СС - то вакуумная установка эффективней.
Если компромиссный оптимум по этим показателям - сарсапарилла подходит - но только упрощенный вариант ее. То что описано в начале этой ветки - но без укрепляющей части.

Смотри -
1.мы берем кусок трубы с реденькой насадкой (для улучшения тепломассообмена, но недопущения большого времени протекания барды - раз, и засерания - два)
2. ввод браги делаем на несколько сантиметров ниже колена, к которому прикручен прямоточник. Выше ввода насадки нет - только паропровод и конденсатор.
3. выводим нашу штуковину на режим номинальной мощности.
4. начинаем подавать брагу. При этом контролируем два параметра - температуру вытекающей барды и захлеб в точке ввода. Тут возможно два варианта

а. Тбарды падает ниже 98С. Тогда нужно повышать нагрев или фиксировать подачу. Или увеличивать высоту трубы, но это уже частности.

б. Начинается захлеб. Тогда нужно фиксировать подачу или увеличивать диаметр трубы.

В любом случае, сначала нужно ставить ТЗ, а потом его уже обсуждать. А общие слова про эффективность - это общие слова.

П.С. Не стоит заморачиваться с разным диаметром...

Температура подаваемой браги влияет не сильно - нагрев холодной браги потребует увеличения потока пара примерно на 5% - это несущественно.

Делать сараспариллу без верха - бессмысленно. Наоборот, нужно обязательно делать верх и второй узел отбора (или отбор по паровой фазе) для отбора голов.