Микроконтроллерная автоматизация процессов перегонки и ректификации

Все доброго времени суток.
Прочитав много разнообразных тем на форуме решил открыть свою по автоматизации процессов перегонки и ректификации так как я придумал несколько методик управления как перегонкой так и ректификацией отличных от тех что предлагаются в других темах.

Но обовсем постепенно.

Сейчас у меня как и у многих стоит брага как подкармливать дрожжей и поддержание температуры описано много тысяч раз и ничего нового я тут ПОКА не придумал, а вот по остальным этапам есть некоторые идеи.

Еще хочу сказать что перегонять свою бражку я буду наверное через недельку, за это время буду подробно описывать как будет совершенствоваться моя автоматика процесса перегонки, так сказать в лайв режиме;)
Поэтому начнем именно с простой перегонки браги в спирт сырец.

Итак, на форуме по этому поводу вроде как все есть... но я ненащел одной небольшой мелочи которая у меня решена, а именно, когда останавливать процесс перегонки браги
Все что советуется это в общих чертах при температуре в кубе порядка 95-98 градусов.
Но если например у меня сегодня атмосферное давление 750 и я гоню до 98 градусов, а через неделю 710 например, а я по "старинке" тоже до 98 градусов в кубе выгоняю бражку...
Тут сразу видно невооруженным глазом что есть некая коллизия в "рекомендациях" которые в основном есть на форуме.

Также много советов по поводу того что чтобы этого избежать надо перед перегонкой посмотреть на барометр (если есть конечно) потом по таблице вычислить что-то, и потом гнать.

Вот мое первое предложение и сводится к тому чтобы АВТОМАТИЗИРОВАТЬ этот процесс.
Начнем с того что доля спирта уходящая из куба в процессе перегонки браги меняется, вначале она пусть порядка 50% по объему пара, потом этот процент падает.
Так вот, ТЕМПЕРАТУРА КУБА МЕНЯЕТСЯ НЕ ЛИНЕЙНО а по некому логарифмическому закону.
Иными словами, на начальном этапе перегонки температура куба, скажем за 10 минут, подымется на 2 градуса, а в конце перегонки за теже 10 минут тока лиш на пол градуса... что собственно и говорит что там уже почти нету спирта.

Так вот по этой дельте я и предлагаю останавливать процесс перегонки.

Для этого необходимо в микроконтроллере держать несколько параметров:
1) температуру начала кипения (ну это просто)
2) собственно максимальную производную от температуры в процессе перегонки

Потом берем максимальную производную множим на некий "поправочный коэффициент" и получаем значение производной когда необходимо прекращать перегонку - некое значение за время дельтаT за которое изменение температуры браги будет меньше вычисленного.

В итоге получаем что при ЛЮБОМ атмосферном давлении (мы даже практически НЕ пренебрегаем его изменением в процессе перегонки, ибо оно не фиксируется нами на неком этапе перегонки а фиксируем тока значение производной) процесс перегонки будет остановлен при заданном количестве спирта в браге (например 1%).

Что интересно в предложенном методе, нам ненужно знать точной температуры, да нам ее ВОБЩЕ ЗНАТЬ НЕ НУЖНО, пусть хоть в попугаях она меряется.

Нам нужно ее ИЗМЕНЕНИЕ, иными словами подходят недорогие терморезисторы.

И что САМОЕ ГЛАВНОЕ
Данная методика применима как для кубов с ТЭНами, так и для кубов на газу и НЕЗАВИСИТ от подводимой мощьности.

Если есть вопросы задавайте.

Крутизна зависимости температуры от времени зависит! от подводимой мощности.Чем больше мощность, тем круче характеристика. Значит первая производная не является показателем спиртуозности в браге.
А вот температура кипения является. Изменение атмосферного давления влияет на температуру кипения, вопрос на сколько?
sfinexer, посчитай Ткип при 740 и при 780, а потом уже думай, стоит или нет огород городить.

sfinexer, в принципе мысли правильные, но...

1) температуру начала кипения (ну это просто)sfinexer, 18 Апр. 11, 02:40

к сожалению совсем не просто это, готов выслушать возражения/предложения.

sfinexer, посчитай Ткип при 740 и при 780Селянин, 18 Апр. 11, 07:39

для воды (под конец перегонки в кубе практически спирта нет)- 740 - 99.24 С; 780 - 100.73 С - полтора градуса
ЗЫ
в нашем регионе давление редко изменяется больше чем на 20 мм.рт.ст., отбираем хвосты немного с запасом и выливаем в следующую партию браги, по спирту ничего не теряем, немного времени и эл. энергии. Итого мое имхо - я бы забил

Для этого необходимо в микроконтроллере держать несколько параметров:
1) температуру начала кипения (ну это просто)
2) собственно максимальную производную от температуры в процессе перегонкиsfinexer, 18 Апр. 11, 00:40

И ещё температуру и скорость её изменения в помещении,напряжение с скачки в сети и т.д. и т.п.

отбираем хвосты немного с запасом и выливаем в следующую партию браги, по спирту ничего не теряем, немного времени и эл. энергии. Итого мое имхо - я бы забилKD, 18 Апр. 11, 06:54

Полностью согласен.
sfinexer, забей оно того не стоит.

Крутизна зависимости температуры от времени зависит! от подводимой мощности

А никто это и не говорил, говорилось лиш об ОТНОШЕНИИ этой крутизны в начале перегонки и в конце.
Само собой чем больше мощность тем она круче, но нам нужно отношение этих величин а не их значение.

По другим замечаниям:

к сожалению совсем не просто это, готов выслушать возражения/предложения.

Скорость роста температуры браги если брать инкримерт измерений при разогреве браги 2 минуты при разогреве, допустим составит 2 градуса за 2 минуты (предположим), при начале кипении температура за 2 минуты изменится долеко не на 2 градуса даже с учетом того что в процессе перегонки ее температура будет расти.

отбираем хвосты немного с запасом и выливаем в следующую партию браги

Пока говорим лиш о простой перегонки, я хочу всеже постепенно подобраться к ректификации, а там и к плавному регулированию отбора (сделать на коленки проще простого, а то многие используют клапана для этих целей... а "дергать" колонну плохо, у меня для этого в данный момент используется сгоревший флоппи дисковод).

И ещё температуру и скорость её изменения в помещении,напряжение с скачки в сети и т.д. и т.п.

Температура в помещении НЕ зависит на температуру кипения жидкости.

Я бы не стал забивать - человеку интересно сделать, а мне интересно посмотреть на реализацию.
Кстати говоря, Селянин совершенно прав - для корректной работы по первой производной нужно иметь стабильную мощность нагрева, да и Тпомещения. Если этого нет, то вместо Датмосферы появляется иной дестабилизирующий фактор...

Хотя с ходу могу предложить два способа простой коррекции Токончания по Датмосферы )))
1. Смотришь на барометр, и корректируешь по таблице
2. Кипятишь воду в чайнике непосредственно перед гонкой, и смотришь на Ткипения. Отнимаешь градус, и получаешь Тостанова.
На изменение давления в процессе - забиваешь.

Есть еще один вариант - контроль обьема конденсируемой жидкости. С падением спиртуозности падает выход по обьему - достаточно придумать датчик потока)))

Есть еще вариант - измерять крепость СС на выходе, и останов делать по этой величине. Это, кстати, самый правильный вариант)))
К примеру, делаем маленькую приемную емкость с переливом (постоянный обьем жидкости в ней). Ставим эту емкость на весы (тензодатчик)
С падением спиртуозности растет плотность СС (его вес).
По достижению веса ХХ грамм - останов

Если напрячься - можно еще пару вариантов предложить....
)))

может реализовать на МК контроль температуры кипения спирта с поправкой на атмосферное давление? изменение атм давления на 1 мм рт ст изменяет Т кип азеотропа на прмерно 0,03 гр С. это для ректификации, а для перегонки я думаю достаточно по температуре задавать окончание.
кстати нигде не встречал на форуме практического применения контроля Т в зависимости от давления (в автомате)все смотрят дельту Т деф и 2/3 колонны,
а если делать автоматизацию полной? т.е пришел, поставил, нажал кнопку и через время забрал готовый продукт думаю необходим точный контроль температуры со всеми поправками

Не торопись, почитай форум.
Дельта избавляет от зависимости - раз.
С помощью термометрии окончание отбора голов не определишь - два.
Полный автомат не нужен вообще то - три
)))

Конечно, с одной стороны не хотелось бы рубить на корню
творческие начинания, но с другой- зачем искать проблемы, там, где их нет?
Найти, и героически преодолевать, тратя время и деньги на микроконтроллеры, датчики и пр....
Ведь существует простой способ определения конца перегонки - спиртометр.
Накапал 100 мл в мензурку- макнул ареометр- и решай-гнать дальше или нет.
А если сделать простейший паррот, то вообще всё будет он-лайн.....

Я бы не стал забивать - человеку интересно сделать, а мне интересно посмотреть на реализациюигорь223, 18 Апр. 11, 11:05

Конечно, с одной стороны не хотелось бы рубить на корнюmjStorm, 18 Апр. 11, 13:08

ок, не будем.
Покажу грабли про которые мне уже известно и про которые сказал борбос:
1. Поставили гнать после обеда. К концу перегонки (вечер) соседи пришли домой и включили плиты, кондиционеры, стиралки. Напряжение упало, дельта стала меньше, система посчитала что перегон закончен, выключила раньше времени. Возможен и обратный вариант.
2. Пришла жена, возмутилась "чем это тут воняет", открыла форточку:
   2.1. Потери куба больше, дельта меньше.
   2.2. Потери больше => испарения пара меньше, + обдув паропровода появился - стало больше укрепление, температура стала ниже (дельта вообще отрицательна (правда это справедливо если мерять Т пара)
3. Изменение давления в процессе дистилляции (ректификации) дельтой вообще не учесть.

Варианты обхода грабель:
1. датчик давления
2. контрольная емкость с кипящей водой
3. измерение крепости
 3.1. ареометром/пикнометром
 3.2. по температуре охлаждаемого сухопарника
Что еще пропустил?

а вообще до микроконтроллеров я в порядке бреда думал про сугубо механико-электрическую систему (это про контрольную емкость):
внутри куба врезана маленькая колба с паропроводом в холодильник, внутрь колбы наливаем СС той крепости которую хотим получить. Как температура куба будет равна Т кипения этого СС попрет пар и термоконтакт на паропроводе отключит систему
1. Термоконтакт
2. колба с контрольным спиртом
3. холодильник
4. паропроводы
5. куб

тратя время и деньги на микроконтроллеры, датчики и пр....mjStorm, 18 Апр. 11, 11:08

75-150р микроконтроллер (Atmega48) с 6 аналоговыми входами (тоесть до 6 датчиков) + 20р один датчик, итого для всего что надо (это температура в кубе, давление в кубе, температура на 2/3, температура в дефлегматоре, температура охлаждающей жидкости) порядка 200р. Ну и все что есть сломанное/ненужное в доме.
Тут многие тратят тысячи рублей, подключают все к компьютеру, еще недайбох отрубят свет или еще чегонибудь произойдет.
А я предлагаю 200р и полная автоматизация включая управление ТЕНами, останов/пуск/изменение расхода охлаждающей воды и плавное регулирование отбора.

Собственно поэтому и начал постепенно рассказывать о всем процессе начиная с перегонки браги и методе вычисления точки остановки перегонки а не все в кучу, да и на вопросы отвечать так проще, + буду выкладывать фотографии и измеренные зависимости.

+ 20р один датчикsfinexer, 18 Апр. 11, 13:44

позволь поинтересоваться типом датчикасорри, не увидел, терморезистор. А ТКС у него какой? и разрядность в Меге48 - 10 бит, отловишь изменение 0,5 град за 10 мин?

включая управление ТЕНамиsfinexer, 18 Апр. 11, 13:44

силовых ключей в перечне не увидел
sfinexer, ты только не воспринимай в штыки, начинание твое заслуживает похвалы. А мы по доброму критикуем

Скорость роста температуры браги если брать инкримерт измерений при разогреве браги 2 минуты при разогреве, допустим составит 2 градуса за 2 минуты (предположим), при начале кипении температура за 2 минуты изменится долеко не на 2 градуса даже с учетом того что в процессе перегонки ее температура будет расти.sfinexer, 18 Апр. 11, 11:00

очень много будет зависеть от исполнения датчика (его инерционности) объема браги и подводимой мощности. На моих 10 литрах, 2 кВт и датчике в 2-х гильзах пролететь можно очень здорово (минут на 5 и градуса на 3) с определением момента закипания.
Да и зачем тебе ловить начало кипения? возьми дельту в диапазоне (например) 93-95, от нее и отталкивайся.

тут подумалось вот что:
если отбирать хвосты "глубоко" то вполне пригоден "старый" способ прекращения процесса по температуре, а вот если мы не хотим собирать всю гадость (хотим прекратить процесс пораньше) то лучше воспользоваться способом предложенным sfinexer

Пускай терморезистор, нам нужно изменение величины а не сама величина.
Точность, ну возьми наш диапазон и раздели на 1024, с учетом всяких шумов получим 0,1 градус + если это перегонка, можно не 10 минут а больше, ведь шаг измерения зависит от подводимой мощности (которую можно стабилизировать в принципе) и объема жидкости в кубе.

Силовые ключи - можно взять от любой ненужной бытовой техники, например обогреватель который морально и физически устарел.

По поводу измерений, контроллер имеет встроенный генератор порядка 8 мегагерц (точность +-10% это не кварц, но нам сойдет, а есть и 128 килогерц частота у него, можно выбрать одну из них). Я к тому что можно снимать показания хоть каждую секунду, а вот для анализа процессов заносить в память некоторые основные переменные, так например производную я предлагаю брать по 10 минутной дельте, но проверять что именно ЭТА производная наиболее крутая, или иные ее параметры можно раз в секунду.

ЗЫ: я никомем образом не воспринимаю это в штыки, идет нормальный рабочий процесс обсуждения.

http://www.homedistiller.ru/118.htm
тут даже графики ненужно приводить, вот все давно приведено, что собственно и подтверждает верность данного метода и независимость от атмосферного давления.
При одинаковом объеме куба и двух случаях, первый подводим много тепла, а второй мало, зависимость температуры куба от времени похожи, что говорит о корректности предложенного мною метода.

Сегодня полностью продумаю алгоритмическую логику процесса перегонки, и с комментариями выложу ее в данной ветки.

Сегодня полностью продумаю алгоритмическую логику процесса перегонки, и с комментариями выложу ее в данной ветки.sfinexer, 18 Апр. 11, 13:29

Продуманных логик к сожалению гораздо больше чем реализованных. Пока не увидил хотя бы план железа. В спорах понятно что истина рождается,но в данном случае истина не стоит затраченного времени на спор.

Как температура куба будет равна Т кипения этого СС попрет пар и термоконтакт на паропроводе отключит системуKD, 18 Апр. 11, 11:42

А что ты думаешь Николай,при меньшей температуре, при небольшом испарении температура не поднимется? Тут наверно надо ставить датчик (бурного кипения) крылчатку-заслонку-пропеллер. Или какого нибудь пенообразователя добавить, чтоб пена попёрла.
Конструкция мне понравилась, только внутреннюю ёмкость побольше надо, например наружный куб 30л внутренний 20, поднялась температура во внутреннем до Т кип пока спиртуозность в нём не сравняется с  содержимым наружного, из наружного кипеть не будет. А если кубов как матрёшёк 3-4-5. Можно сутки гнать, и на выходе получать свои стабильные 40%
Только вот для чего это применить не соображу, внук у друга родился. Завидую, уже второй литр завидую.

А что ты думаешь Николай,при меньшей температуре, при небольшом испарении температура не поднимется?Селянин, 18 Апр. 11, 16:30

поднимется, но очень мало, ведь паропровод комнатным воздухом обдувается.
не будем оффтопить, это лишь мой бред.

Продуманных логик к сожалению гораздо больше чем реализованных. Пока не увидил хотя бы план железаСелянин, 18 Апр. 11, 16:30

могу потестировать на ардуине на ближайшей браге, вопрос только как оценить эффективность алгоритма? У меня даже спиртометра меньше 40% нет

Продуманных логик к сожалению гораздо больше чем реализованных. Пока не увидил хотя бы план железа. В спорах понятно что истина рождается,но в данном случае истина не стоит затраченного времени на спор.Селянин, 18 Апр. 11, 14:30

К твоему сожалению я то какраз занимаюсь железом, а то что я предлагаю возможно просто нарушает стереотипы мышления которые построены лиш на давлении в атмосфере, както измеренном давлении в кубе, напряжению в сети и собственно подведенной мощьностью к кубу.

Так вот что я хочу сказать, эти величины СВЯЗАНЫ!!! и говорить о одной из них упоминая например только мощьность ТЕНов просто глупо.
Так например литр браги при подведении к нему 1 киловатта мощности нагреется за 5 минут, а если подвести 500 ватт то за 10 минут (+ потери), потери также разные в случае если подводить 1 и 0,5 киловатта, вот я и говорю, что корректно говорить лиш об ОТНОШЕНИИ этих величин а не о их величинах.

Алгоритм не может быть четко сформулирован НИКОГДА, в случае если он четко сформулирован то человек либо также НИКОГДА не работал с железом, либо вобще не представляет что он собирается делать.

План для автоматики самогонного аппарата также не может быть ЕДИН так как аппараты у всех разные, начиная от обычного змеевика и кончая бражной колонной. Поэтому нельзя для них всех применять некие температуры когда останавливать процесс перегонки в одних и техже единицах.

Если о плане то пока он такой
1) Пока напрашивается единый для всего процесса перегонки и неизменный в процессе источник подвода тепла, мощьность источника вычисляется по формуле Р=(Сколько литров в баке*5)/(время до начала кипения)  полученное значение равно подводимой мощьности в киловатах.
Время до начала кипения вычисляется из учета времени начала процесса нагрева (вычисляется контроллером) до момента уменьшения значении производной по температуре.
В этом пункте мы получили подводимую мощьность с учетом потерь.
2) Полученное значение температуры кипения фиксируем в памяти контроллера, исходя из вычесленной на первом шаге мощьности вычисляем относительную подводимую мощьность она равна Ротн=Р/(начальное количество воды в баке).
3) Вычисляем интервал снятия производной оно равно Tminut=2/Ротн
4) в процессе перегонки раз в Tminut/10 секунд или чаще проверяется условие чтобы значение Tminut(t)-Tminut(t-1)  (тоесть текущее значение котрое есть минус то значение которое было на Tminut времени раньше) Если это значение больше некой переменной то переменной присваивается данное расчитанное значение.
5) Перегонка прекращается когда вычисляемое значение по формуле Tminut(t)-Tminut(t-1) будет меньше максимального полученного в процессе перегонки деленного на 15.