Расчет скорости выхода головных примесей из куба при ректификации

примечание модератора: тема выделена из [Ректификационные колонны (самодельные)]

Всем привет!

захотелось мне сделать свою, естественно, самую-самую хорошую колонну, которая бы была малогабаритной, но при этом выдавала очень чистый спирт на выходе.

взял я калькулятор, взял тему [Практическая ректификация на кубовых аппаратах.] "практическая ректификация" и сел считать. если я нигде не ошибся, то результаты получаются крайне странные.

считаем, что у нас в кубе 10л а.с и менее 100мл голов, к кубу подведен нагрев 600вт. значит, из куба испаряется примерно 2л/ч.
допустим, у нас колонна совсем-совсем идеальная и удерживает все попавшие в нее головы, обратно из нее сливается жидкость вообще без голов и идеально перемешивается с содержимым бака. тогда примерно за 5ч всё содержимое испарится по 1 разу (считаем, что парциальная скорость испарения голов примерно равна скорости испарения Этанола), а концентрация голов в баке упадет всего в е=2.7 раз. реальная колонна будет не лучше данного ограничения и за 10ч гоняния на себя/или отбора голов их концентрация в кубе упадет меньше чем в 10 раз.

то есть, получается, что отбор голов лимитируется в том числе (или даже в первую очередь) и испарением голов, которые испаряются не отдельно, а в смеси, чего в большом баке можно ждать очень долго.

 

и удерживает все попавшие в нее головыНикита78, 24 Июля 16, 23:20

параметры колонны ?

которые испаряются не отдельно, а в смесиНикита78, 24 Июля 16, 23:20

это не совсем так....

Никита78, не нужно велик изобретать. Есть проверенные соотношения диаметра - высоты - производительности, от этого не убежать! Малый диаметр - малая высота - мизерная производительность!

параметры колонны ?

ВОблин, это не важно. если они еще не испарились из куба, то их заведомо невозможно удержать в колонне.

и да, испаряется он в смеси. для смеси этанол/вода есть удобные таблицы с температурой и равновесными процентами спирта в паре и в жидкости (по ним можно довольно наглядно рассчитать, что творится на каждой виртуальной тарелке колонны). похожих таблиц для головных примесей я не видел.

я рассуждаю так. если у нас в баке 82 градуса, то значит в баке в растворе 49%мас спирта, а в паре над ним 77%мас спирта. если при этом в баке, например, 0.1% какой-нибудь головной примеси, то сколько ее будет в паре? подозреваю, что 0.1%*К_рект этой примеси, а К_рект можно грубо считать где-то 1-3 и получить мои выкладки выше.

если же у примеси К_рект заметно выше единицы-двойки, то, соответственно, в паре ее будет в К раз больше, и в 10-100 раз ее концентрация упадет не за 10-20 часов(как в примере выше), а заметно быстрее, но всё-таки не за 30-40 минут, за которые мы отбираем головы, а в подголовниках она будет в том числе и потому, что она продолжает испаряться из бака. ну и всё равно, всего в 10 раз понизить концентрацию примесей - это как-то не очень солидно. В смысле, есть смысл думать, как сделать лучше.

еще один скучающий репликант

....  

я вас не понимаю, камрад...

у нас колонна совсем-совсем идеальная и удерживает все попавшие в нее головы
Никита78, 25 Июля 16, 00:59

это не важно. если они еще не испарились из куба, то их заведомо невозможно удержать в колонне.
Никита78, 25 Июля 16, 00:59

еще один скучающий репликантВОблин, 25 Июля 16, 16:09

ну хоть не Великий

сколько ее будет в паре?Никита78, 25 Июля 16, 07:59

вроде 0.1%*Крект * 77 /44

Добавлено через 1мин.:

всё-таки не за 30-40 минутНикита78, 25 Июля 16, 07:59

а эта цифра откуда получилась?

а эта цифра откуда получилась?breee3, 25 Июля 16, 10:44

из исходной темы - [Практическая ректификация на кубовых аппаратах.] .
на себя работаем 30 минут, дальше со скоростью 1/10 (то есть, с ФЧ около 40) отбираем 1-2%.
если оборот в колонне 2 л/ч, а в баке порядка 20л, то за полчаса через колонну пройдет порядка 5% всего спирта.
при отборе 1-2% навалки и фч=40, через колонну пройдет 1-2%*40 - порядка 40-80% всего спирта.
если Крект примеси где-то от 1 до 5, то за это время в баке концентрация примеси упадет всего где-то на порядок.

вроде 0.1%*Крект * 77 /44breee3, 25 Июля 16, 10:44

аналогия из классической физики: у нас есть откачиваемый бак, в баке газ. объём бака 1кубометр. производительность насоса 1м3/ч. за час давление в баке упадет ни разу не до нуля, а всего в е раз (а у типовых навалок в 10-40л а.с при потоке флегмы порядка 1л/ч это время будет порядка 10-40ч, если я не напутал, деленных на Крект головной примеси) (производительность насоса - в объёме газа при давлении откачиваемого газа за единицу времени). я пытаюсь применить эту аналогию (а аналогия вроде бы подходяща) к откачке головных примесей колонной, и получаю вывод, что качать надо очень долго, заметно дольше, чем идет отбор тела, и именно недостаточное время приводит к существенной концентрации голов в подголовниках, и именно поэтому уважаемый Серж1 рекомендует назначать подголовниками целых 10-30%, и именно поэтому вторая ректификация на практике будет приводить к улучшению качества Продукта -- мы банально не дали время головам вылететь из куба, чтоб их концентрация в кубовой жидкости упала хотя бы в 100 раз.

можно обсудить применимость аналогии, можно обсудить адекватность численного вывода вот этого вот времени "быстрее которого концентрация голов в баке не упадет в е раз"

Добавлено через 12мин.:

я вас не понимаю, камрад...ВОблин, 25 Июля 16, 09:09

давайте начнем с начала.

в соседнем сообщении я привел аналогию колонны+куб и емкости с газом + вакуумный насос.
аналогия понятна? аналогия верна? тогда верна и оценка динамики концентрации голов в баке. она не сможет падать быстрее чем в е раз за то время, когда через колонну будет пропущен вес пара, равный весу спирта в кубе.

давайте попробуем оценить это время точнее чем "то время, когда через колонну будет пропущен вес пара, равный весу спирта в кубе". как мне кажется, неидеальность колонны мало на это повлияет (и уж точно не в сторону снижения этого времени), а вот реальный учет К_рект голов (причем, при выходе из бака в колонну) может заметно уменьшить эту оценку.

Добавлено через 7мин.:

не нужно велик изобретать. Есть проверенные соотношения диаметра - высоты - производительности, от этого не убежать! Малый диаметр - малая высота - мизерная производительность!gdv2002, 24 Июля 16, 23:57

я не об этом. я хочу разумную матчасть под "сколько времени отбирать головы и что из этого выйдет".
очевидно что нельзя отбирать головы быстрее, чем они попадают в колонну.
очевидно что по мере истощения куба головами, они будут поступать в колонну медленнее.
очевидно что у этого процесса есть "постоянная времени", просто связанная с временем, за которое испарилось бы всё содержимое данного бака с данным нагревом, и за это время концентрация голов в баке падает в Ъ раз. за следующий такой интервал еще в Ъ.

на себя работаем 30 минут, дальше со скоростью 1/10 (то есть, с ФЧ около 40) отбираем 1-2%.Никита78, 25 Июля 16, 23:24

пусть скорость 50 мл/ч, а 2% = 200мл,
тогда уже 4 часа + 30 минут на себя. И это отобраны, в принципе неисправимые головы, которые пускать в оборот сомнительно. Оперировать в уме числом эйлера это круто, но лучше показать реальный расчет. И как бы кому не хотелось, но всё-таки практика мерило истины.

Скорость удаления из куба  ЭАФ зависит только лишь  от вдуваемой в куб мощи и от концентрации спирта в кубовой жидкости. С увеличением мощи и с уменьшением концентрации спирта скорость удаления возрастает. Сама колонна на скорость удаления ЭАФ из куба не влияет никак.

не влияет никак100ХВВЖ, 26 Июля 16, 00:29

никак это перебор, она же мешает им выходить из куба, в какой-то степени.

Никита78, что происходит внизу колонны?

Честно говоря не понял сути этого поста. Пока впечатления такие : затеян новый велосипед и разыскивается ответ на вопрос - сколько угольные колеса должны быть.
Никита поставь диоптр внизу колонны и понаблюдайте как и что там происходит. Так же представ мысленно как работает колонна, как в ней идет разделение на фракции. Такое впечатление, что не весь процесс осознан. А может я и не прав в суждении.

Добавлено через 8мин.:

По Баку с газом и насосом, пример конечно не Айс. Темнеменее, давай в баке будет два газа поровну, один очень тяжелый, другой очень легкий при чем газы у нас гипотетические с равным давлением в одинаковом обьеме, весь эксперимент проведем на космическом теле с очень сильной гравитацией. Вакумм насос подключил сверху резервуара с газами и будем откачивать до тех пор пока давление не упадет ровно на половину. Что останется в резервуаре?

Скорость удаления ЭАФ из куба можно значительно повысить, заставив СС в работающей РК дополнительно, принудительно кипеть от продувки паром, отбираемого из верхней части куба и подавая его в куб через подобие барботера (только много- и мелкодырчатого).

В верхнюю часть куба (незатопленную паровую зону) вварена трубка.
На дне куба лежит подобие барботера, только с мелкими множественными отверстиями.
Снаружи куба стоИт насос, который качает пар из воздушного колпака в кубе в барботер.
Получается эффект, как от быстрой продувки голов, только уже на работающей РК.
Пузырьки пара будут собирать на себя ЭАФ, выводя его в паровую зону куба, а оттуда головным проще уйти в царгу.
Схематично - так.

Bill, интересная идея .
Насос нужен особенный, есть идеи какой?

Вроде по смыслу должен быть компрессор, держащий температуру.

Bill, это понятно, еще и утепленный чтобы уменьшить конденсации в паропроводе.

А какой нибудь миксерочек интересно даст эффект?

Добавлено через 2мин.:

Колпак над тэном типа воронки, и пар сверху пойдет ли вниз в барботер.( никогда такого не пробовал просто)

Тут вся метода на этом насосе. Надо оглядеться, мож что-то попадется в тему.
Типа рыбьего камня, только нагорячую. либо насос выводить наружу.

Скорость удаления ЭАФ из куба можно значительно повысить,Bill, 25 Июля 16, 18:29

так чтоб концентрация в паре этого ЭАФ стала выше равновесной (для данной спиртуозности и концентрации ЭАФ)? сомневаюсь.

Честно говоря не понял сути этого поста. Пока впечатления такие : затеян новый велосипедSedoY, 25 Июля 16, 18:06

суть поста - у каждого набора из куб+колонна+навалка+мощность получается свой период "полувыведения" ЭАФ, за это время, как ни исхитряйся в кубе останется половина голов, и это время соизмеримо или даже больше типового времени отбора голов. то есть, головы будут лезть в тело тупо потому, что их концентрация в кубе падает не лучше чем по экспоненте с довольно большим периодом "уполовинивания".

По Баку с газом и насосом, пример конечно не Айс.SedoY, 25 Июля 16, 18:06

можно рассмотреть другую аналогию. в баке спирт+вода, никаких хвостов и голов. в баке смесь кипит, мы отбираем все пары, но всю воду потом возвращаем обратно. тогда очевидно что со временем в потоке пара будет падать концентрация спирта. причем, падать будет плавно и не будет никакого такого момента, когда в баке ровно ноль спирта. так вот, по аналогии, если в баке 3 фракции (головы, спирт, хвосты), мы отбираем одну (головы) а возвращаем две, то концентрация отбираемой фракции будет падать именно также.

ps: кстати, получается что головы лучше гнать старт-стопом - пока их много в кубе их много попадает в колонну, их можно отбирать быстрее. когда их в кубе мало, их меньше попадает в колонну и отбирать можно медленнее, и задача отбора всех голов (при не непрерывной ректификации), по идее, должна занять столько же времени как и задача отжима всего спирта из хвостов. при этом спирт в хвостах нас волнует мало, а головы в спирте волную сильно.

pps: а редокс-потенциал голов кто-нибудь измерял? электропроводность пробовали, но при некислой браге электропроводность ничего полезного не показывает, а головы концентрированнее.

кстати, получается что головы лучше гнать старт-стопом - пока их много в кубе их много попадает в колонну, их можно отбирать быстрее. когда их в кубе мало, их меньше попадает в колонну и отбирать можно медленнееНикита78, 25 Июля 16, 22:15

Разумно!

И извини, про малогабаритных не осознал сразу, по моему это утопия, физика однако . длинна нужна как ни крути.

И извини, про малогабаритных не осознал сразу, по моему это утопия, физика однако . длинна нужна как ни крути.SedoY, 25 Июля 16, 19:24

имхо, в толстой трубе (если верить разным высказываниям этого форума) высота тарелки примерно равна диаметру трубы. то есть, тонкую трубу можно сделать ниже, а из тонких труб связать пачку, примерно как ядра в видеокарте. правда, каждой придется делать отдельную регулировку отбора или перераспределение флегмы ниже дефлегматора.

самое мелкое, что я видел в литературе (Железняк, Левин), это примерно 8-13мм высота ТТ на колонках диаметром 16мм. то есть, выходит высота насадки с 50ТТ около 50см и рабочая мощность около 30вт при выходе порядка поллитра в сутки. если из этого навязать десятиголового горыныча, то будут параметры почти как у типовой, судя по форуму, трубы 30-40мм х 2м.

Ну про испытания подобного леса можно и на форуме почитать годика так три четыре назад или попробовать)))
Там в согласовании режима грабли.