Размышления про насадку

Сам я приверженец безнасадочной колонны, но раздумья над процессами и явлениями в моей новой спиральной колонне из нержавеющей гофротрубы привели меня к умозаключениям и по поводу насадочных колонн, в частности, по поводу насадки.

Итак, рассуждения следующие:
Состав пара и флегмы по длине колонны изменяются. В нижней части колонны пар и флегма с низкой спиртуозностью, ближе к воде, в верхней части колонны практически спирт.
Спирт имеет более высокую, чем вода, смачиваемость и малое поверхностное натяжение. Вода имеет более низкую, по сравнению со спиртом, смачивающую способность, но и более высокое поверхностное натяжение.

Идея же состоит в следующем:
Если засыпать колонну насадкой, которая на определенном участке колонны соответствует по параметрам смачиваемости флегмы на этом участке, производительность и разделительная способность должны возрасти, а режим захлебывания отодвинуться к более высоким мощностям нагрева.

То же самое простыми словами: в низу колонны насадка должна быть крупнее и из толстой проволоки, вверху колонны насадка должна быть мельче и из тонкой проволоки.

Проверить эти умозаключения мне просто не на чем, но не поделиться ими я не мог.

CoBell, У меня так и есть,я тоже пришел к такому заключению.У меня низ 40мм колонны засыпана насадка стекло трубка 10х10х10 примерно 15см по высоте,дальше СПН 4мм.,была бы 3 мм засыпал бы самый верх на 40-50 см.

У меня так и есть,я тоже пришел к такому заключению.У меня низ 40мм колонны засыпана насадка стекло трубка 10х10х10 примерно 15см по высоте,дальше СПН 4мм.,была бы 3 мм засыпал бы самый верх на 40-50 см.Михаил0501, 19 Нояб. 10, 05:55

15см стеклотрубки СС40°укрепляют до 96°?
Или у тебя СС более крепкий?

В нижней части колонны пар и флегма с низкой спиртуозностью, ближе к воде, в верхней части колонны практически спирт.
CoBell, 19 Нояб. 10, 05:25

Возможно именно по этому верхняя часть насадочной колонны, по рекомендации классиков, подлежит секционированию.

CoBell, ты поразмышлял о качестве флегмы и пара, но забыл поразмышлять о количестве.
Количество пара не изменяется по высоте колонны. А количество флегмы изменяется. Максимальная разница наблюдается в самом конце ректификации, когда количество флегмы под дефлегматором и над кубом соотносится как 4,2 к 2,4. Это соотношение приводит к тому, что колонна имеет тенденцию к верхнему захлебу, а не к нижнему.
Поэтому польза применения более проходимой насадки в нижней части колонны и более "густой" вверху весьма сомнительна. Всё наоборот.

Чтобы выровнять по высоте режим работы колонны, есть смысл в нижней части колонны применять насадку с большим флегмоудержанием, а в верхней - с меньшим.

Задавшись подобными вопросами, я ставил эксперимент - менял местами две одинаковые царги, одна была с насадкой - тройкой, вторая - с четверкой.
Разделение при изменении положения царг практически не меняется (оно очень ненамного выше при тройке внизу), но по захлебывающему давлению разница заметна. Если при тройке вверху колонна захлебывалась при 260 мм.в.ст, то при тройке внизу захлеб происходил при 330 мм.ю При этом разделение в предзахлебе было малоотличимым.

Игорь, за тобой не угонишься. Я только додумался, а ты уже проверил.
Я когда крутил спиральную колонну

, нижние витки сделал более пологими. К верху расстояние между витками увеличивается. Сделал я это в предположении, что и у тебя, что флегмы вверху больше, чем внизу. И получил нижний захлеб, ограничивающий производительноть моей колонны. При захлебе слышно, как флегмовая пробка постепенно поднимается паром вверх, доходя до дефлегматора. Поэтому для себя я сделал вывод - нужно обеспечить более интенсивный сток флегмы в куб, увеличив расстояние между нижними витками. Отсюда и выводы про насадку. 

Игорь, я вспоминаю что читал или слышал об этом на форуме,но как то не придал этому значения.Возможно что ты прав я просто не уверен,здесь нужно считать.Понимаешь откуда у меня сомнения.Соотношения 4.2 к 2.4 это по спирту.А где вода которой большинство в паре и которая отделяется в самом начале колонны(я имею в виду конец ректификации).Она здесь учтена? Чтобы в этом разобраться нужно считать,нужны знания,а их у меня к сожалению нет.

Соотношения 4.2 к 2.4 это по спирту.А где водаМихаил0501, 19 Нояб. 10, 09:39

Это соотношение характеристик воды и пара. Но я существенно ошибся, был под абсом . Разница гораздо больше. 840 к 2256.

Для лучшего понимания изложу это по-русски.

Если греть колонну мощностью 1 кВт, и в самом конце ректификации отключить отбор и дать так поработать некоторое время, то поток флегмы под самым дефлегматором составит 1,5 мл/сек, а над кубом - 0,44 мл/сек.

таким образом, в самом конце ректификации в верхней части колонны поток флегмы в 3.4 раза больше, чем в нижней.

Игорь, я все же не понимаю, как ты к этому пришел... Я не считал, конечно, но всегда думал, что тепломассообмен между паром и флегмой находится в состоянии определенного баланса (то есть флегма не пересыхает, а пар не конденсируется полностью). Почему то сомневаюсь, что поток флегмы мельчает к низу колонны в 3,4 раза. По крайней мере у меня захлеб уверенно нижний.

CoBell, Давай с конца, а то потом забудется.
Ты о колонне, или о спирали? Если нижний захлеб в спирали - ничего удивительного. Там флегма стекает ручьём вниз, практически не встречая противодействия пара, но в месте любого возмущения потока происходит сдувание флемы вверх, ведь скорость пара достаточно велика. Кроме того, в спирали сложно пронаблюдать разницу в количестве флегмы, так как укрепление в ней невелико и ситуация когда вверху спирт, а внизу вода в ней невозможна.

По поводу того как я к этому пришел.
Давай рассмотрим ситуацию. Колонна работает на воде "на себя". В кубе спирта нет. Теперь прямо в эту колонну вливаем стакан спирта. Спирт до куба не дотечет, а будет циркулировать вверху колонны, и полностью вытеснит оттуда воду.
Эта ситуация соответствует конечной фазе ректификации, когда спирта в кубе уже нет, а в колонне еще есть.

Теперь смотрим, думаем и считаем.
В колонну тепло приходит из куба и уходит в дефлегматор. Других приходов и уходов тепла колонна не имеет. Поэтому она играет роль передаточного звена - сколько тепла она получает от куба, столько-же и передает в дефлегматор.

В нашей ситуации в этой передаче участвуют два теплоносителя - вода и спирт.
Цепочка передачи тепла такова. ТЭНы в кубе отдают в секунду воде 1000 джоулей тепла. Образуется пар, который несет эти 1000 джоулей тепла в колонну. В колонне водяной пар встречается с жидким спиртом и передает ему 1000 джоулей тепла. При этом 0,44 грамма воды конденсируются и стекают в куб, а 1,2 грамма спира (1,5 мл) испаряются и поднимаются в дефлегматор. Там спиртовой пар отдает 1000 джоулей тепла воде, нагревает её, а сам конденсируется и спускается в колонну. 1.5 миллилитра каждую секунду.
Итак, из дефлегматора вытекает 1,5 мл спирта в секунду, а в колонну втекает 0,44 мл воды в секунду. Поток флегмы при проходе сверху вниз уменьшается по мере снижения содержания в ней спирта.
Я не учитывал то, что в дефлегматор приходит(и выходит их него) не 100%-ный спирт, а 97.2%-ный, а в флегма, стекающая в куб, всегда имеет немного спирта. Но это не меняет сути - вверху флегмы всегда больше, чем внизу.

Сразу отмечу еще один момент. Так случайно оказалось, что объемы спиртового и водяного пара, испаряемого одним количеством тепла, практически равны (разница в несколько процентов). Это говорит о том, что поток пара по колонне не меняется.

Думаю, такая табличка не повредит.

Уточнил данные, изменил вложенный файл.

    Как я понял, масса водяного пара, меньше, чем масса спиртового пара в 2,73 раза несет такое же количество энергии. Да собственно это я наблюдаю на аппаратуре с термостатом: водяной пар образуется и нагревает датчик до температуры отключения ТЭНов, но вот в отбор он уже не попадает, возвращается флегмой в колонну.

    А насчет спиральной колонны ты ошибаешься. Физические процессы одинаковы в разных колоннах. Я третий день нахожусь в эйфории - получил крепость 93% об. Правда мерил бытовым спиртометром, однако раньше таких результатов никогда не получал. Может это еще не спирт, но уже далеко не самогон. Мазнул на язык, почему то придумалось название "сладкий спирт".
Через дней 10 созреет брага, с нетерпением жду чтобы ее перегнать на новой колонне и посмотреть что получится.

Разница только в количестве ступеней разделения. Если 93 градуса ты получаешь из 10%-ной браги, или из 40%-ного самогона, то количество ступеней разделения составляет 4-5. На такой системе можно неплохо укрепить спирт и грубо отделить примеси. О серьёзной очистке говорить не приходится.
В полутораметровой колонне с СПН число ступеней разделения при медленном отборе при отделении хвостов и голов составляет 50-70, а при отборе спирта на "крейсерской скорости" - порядка 20-30. Этого достаточно чтобы качественно отделить примеси и укрепить спирт до 96.7-97%.

Игорь, сейчас мне рано еще говорить точно про разделительную способность, брага покажет. Про производительность пока могу сказать: в предыдущей версии спирали с воздушным дефлегматором производительность была низкой из-за малой производительности этого дефлегматора. В новой спирали противоточный дефлегматор в состоянии съесть полностью 2,5 кВт мощности ТЭНов, но при этом колонну бъет кашель захлеба, поэтому производительность на предзахлебных режимах тоже не велика, порядка 330...400 мл в час 93% об.

Спирт имеет более высокую, чем вода, смачиваемость и малое поверхностное натяжение. Вода имеет более низкую, по сравнению со спиртом, смачивающую способность, но и более высокое поверхностное натяжение.CoBell, 19 Нояб. 10, 05:25

Но спирт имеет заметно большую вязкость, что сильно мешает его стеканию, особенно в тонких пленках.

Поток пара, действительно почти постоянен по высоте колонны (где-то график рисовал), а поток флегмы вверху примерно вдвое больше чем внизу (где-то приводил цифры, кому интересно - найдут). И в сараспарилле производительность определялась именно верхней, укрепляющей частью. Поэтому согласен с Игорем - более крупную насадку, как ни странно, нужно ставить в верхнюю часть.

Rudy, Ты прав.

Динамический коэффициент вязкости, мПа*с (сП)
   
Вещество       .  60°С   80°С   100°С
Вода           .   0,469   0,357   0,284
Спирт, 100 %   0,591   0,435   0,326
Спирт,  80 %   0,790   0,570   0,520
Спирт,   60 %   0,900   0,600   0,450   
Спирт,  40 %   0,890   0,600   0,440
Спирт,   20 %  0,740   0,510   0,380