Гидроселекция при периодической (кубовой) ректификации

Гидроселекция, как эффективный способ отбора головных фракций, обсуждалась ранее (с подачи Котищще и др.) в теоретическом разделе. Из того, что я читал в литературе, гидроселекция рассматривалась применительно к непрерывному процессу получения спирта. Заключается она в подаче воды в брагоректификационную колонну выше точки ввода браги (или СС) и отборе из верхней части колонны сконцентрированных голов. Мне показалось интересеным сделать что-то похожее для домашних условий, т.е. для кубовой ректификации.

Соображения были такие. При обычной ректификации значительное время уходит на то, чтобы головы, сконцентрировались в верхней части колонны (работа колонны на себя). Последующий отбор голов делается очень медленно, чтобы не нарушить полученное распределение фракций. Нарушить же его легко, т.к. вся верхняя половина колонны заполнена фактически азеотропом, температурный и концентрационный градиенты по высоте очень малы. Поперечное сечение колонны на любой высоте почти одинаково легко преодолевают как головные фракции, так и спирт (многократно испаряясь из флегмы и снова конденсируясь из пара). Если же в разогнанную колонну подавать сверху воду, то она будет создавать вверху холодную зону-"пробку" разбавленного спирта, которую трудно будет преодолеть летящему спирту, воде и тяжелым фракциям, и только головы имеют возможность проскочить через нее. Другими словами, будет искусственно создан достаточно большой градиент температур и концентраций, способствующий концентрированию и отделению голов.

Была взята стандартная колонна (Рис.1) L=1400 мм, D=40 мм, насадка СПН 3х3 мм, с рубашечным дефлегматором, в котором предусмотрен специальный патрубок (на рисунке он не показан, располагается рядом с верхним термометром). Визуально за потоком флегмы и воды можно было наблюдать через оптический диоптр. Без него, кстати говоря, регулировать процесс было бы довольно затруднительно.
В куб я залил 4,5 литра 40% СС (рожь). После закипания СС дал колонне поработать на себя 5-10 минут, после чего включил подачу воды. Выглядело это так: в диоптре стали видны две струйки, одна - флегмы, вторая - воды. Поток воды я установил примерно равный потоку флегмы, даже немного больше. Интересно, что увеличивая поток воды, можно добиться того, что поток флегмы заметно уменьшится. Однако, если с этим переборщить, то возникает захлеб.

Температура на верхнем термометре начала несколько болтаться в пределах 0,3-0,4 С, то повышаясь, то снижаясь, но в целом можно сказать - осталась прежней.

Дав системе устаканиться минут 10, я включил капельный отбор предполагаемых голов. Действительно, в отборе СРАЗУ был сильный запах головной фракции, и еще едкий запах и вкус, который я раньше наблюдал при эпюрации ("чесночный", как его описывал Запал). За час с небольшим отобрал около 200 мл (85% по ареометру), причем запах голов вроде бы уменьшился или даже исчез, но чесночная едкость отчетливо сохранялась. Поскольку по расчету головы должны были уже закончиться, я решил, что едкость эту дают какие-то фракции, которые при стандартном процессе в условиях азеотропа шли как промежуточные или хвостовые. А в условиях гидроселекции, когда спирт в верхней части колонны сильно разбавлен водой, коэффициенты ректификации для этих примесей имеют другое значение, и они выходят вместе с головами, давая им специфический вкус и запах. Логично предположить, что как только я перестану лить воду, в колонне установится обычное распределение фракций, и эти примеси снова стану хвостовыми.

После того, как я сделал такое умозаключение, я выключил подачу воды, закрыл отбор, дал системе придти в себя в течение 20 минут, и снова начал отбор. Спирт в отборе пах товарным спиртом, чесночного запаха/вкуса не стало, запаха голов тоже. Отобрал около 1 литра спирта.

Итак, этот наспех сделанный опыт показал, что при кубовой ректификации подача воды в верхнюю часть колонны приводит к интересным эффектам, и в целом метод достаточно перспективен в смысле ускоренного отбора голов. Я бы сказал, что ничем не хуже и не сложнее эпюрации, а может быть кому-то покажется и проще.

Литокс, очень интересный эксперимент!
Но всё же, применять гидроселекцию для перегонки кубовым методом...
какой то внутренний протест вызывает.
Куды эта прорва воды заливаемой в дефлегматор будет деваться?
Емкость куба же не беспредельная...

Kotische, зачем прорва? Я за час с лишним залил около 2-2,5 л воды. Ну, разбавил несколько СС в кубе, ну и что? В следующий раз буду заливать в куб не 40%, а 55% или 60%, только и всего

Прочитал всё и выскажу мнение: вода которая подаётся в колонну скорее всего специально не подготовлена, а значит обладает всеми "грязными свойствами" воды из крана. Предположу, что таким образом ты сместил градиент температуры в нижнюю часть и путём охлаждения верха как бы закрыл доступ фракциям с температурой кипения выше определённой установившейся в колонне. Наверное способ был бы приемлем, если знать что вода подаваемая в колонну например дистиллированная и что спиртуозность в кубе не снижается принудительно путём разбавления водой.

85% по ареометруЛитокс, 29 Апр. 11, 16:42

Чето меня эта цифра смущает(

Вопрос второй - если не прекращать подачу воды и далее - что получим на выходе, в смысле запаха? И как долго? И не от воды ли это...упс, пока писал - уже озвучена версия)))

Kotische, зачем прорва? Я за час с лишним залил около 2-2,5 л воды.Литокс, 29 Апр. 11, 17:00

Как это соотносится с:

Поток воды я установил примерно равный потоку флегмы, даже немного больше.Литокс, 29 Апр. 11, 16:42

какая мощность нагрева куба использовалась?

игорь223,
1. Не от воды 100%. При эпюрации та же фигня.
2. Если не прекращать подачу воды, то будет пахнуть до тех пор, пока вся эта фракция не выйдет. Возможно, это будет долго.
3. 85% это нормально. Укрепляющей части колонны над местом ввода воды нет. Поэтому спиртуозность соответствует концентрации спирта на верхней "тарелке" с учетом его разбавления водой

Kotische, мощность сначала попробовал 1200 Вт, после того как захлебнул, решил работать на 800 Вт. Скорость подачи регулировал на глаз.

игорь223, я в отличие от Запала и тебя, при эпюрации СС не грел и подавал его тоже в самый верх колонны. Поток холодного СС можно мысленно разделить на поток спирта и поток холодной воды, правда? Так что между такой эпюрацией и такой гидроселекцией очень много общего. Вот и результат я наблюдаю похожий.

Допустим мощность нагрева 1 кВт,
спиритуозность отбора 85%, это означат что на верхней тарелке спиритуозность порядка 40%
При этих параметрах поток массы необходимой для переноса мощности порядка 2 л/ч.
При спиритуозности флегмы порядка 80% поток массы будет порядка 3 л/ч.
поскольку ты подавал примерно столько же воды, сколько было собственной флегмы,
вроде цифири сошлись.

А воду какой температуры подавал?

Комнатной

Было бы очень недурно, если бы Руди зарядил этот режим в свою математическую модельку колонны и посчитал хотя бы примерно температуры и спиртуозности на разных высотах в зависимости от скорости подачи воды, ее температуры, подводимой к кубу мощности и т.д. Хотя, стационарного состояния тут не будет из-за постепенного разбавления СС в кубе. Но, может быть, это разбавление не слишком сильно повлияет на результат?

Практически во всех эпюрационных колоннах используют гидроселекцию и говорят, что это сильно улучшает отбор голов, глянь Стабникова. А вот в ректификационных, почему-то, реже.

Мне кажется, что гидроселекцию стоит использовать как раз при эпюрации, тогда и разбавление не сильно помешает.

Сейчас я могу посчитать что будет в ректификационной колонне при гидроселекции, а вот в эпюрашке - пока не могу, но, если дойдут руки, то сделаю.

Но что именно считать, тут очень хорошо подумать нужно. Я тут посчитал примеси для эпюрашки, результаты крайне интересные, но не до конца понятные. Будет время - поиграюсь еще.

Да, кстати, у меня получается, что результаты эпюрации 10% СС гораздо лучше, чем 40%. Так что разбавление пойдет только на пользу.

А вот в ректификационных, почему-то, реже.Rudy, 29 Апр. 11, 22:39

Думаю, что как раз из-за отмеченных кульбитов с коэффициентами ректификации, вследствие чего к традиционным головам подмешиваются хвостовые примеси. Мы-то можем вести процесс в 2 стадии, волевым образом заканчивая отбор голов и переходя к обычной кубовой ректификации. А в промышленных непрерывных установках такого не сделаешь

При использовании СС в качестве кубовой жидкости,что и подтверждает твой эксперимент,мы убеждаемся что в качестве кубовой жидкости совсем не обязательно использовать воду или чистый спирт.
Просто заливаем в куб часть,я заливаю 1/3 всего обьема,очищаемового СС.В колонну подается СС на эпюрацию,в процессе эпюрации примеси находящиеся в кубе будут,в результате небольшого обьема,отобраны полностью и мы имеем экономию времени на эпюрации,так как задействованно 2/3 всего обьема. Избавляемся от подаваемой не очищенной воды (если она кого то смущает).
Я тоже при эпюрации замечал,что присутствует какой то не характерный запах головных фракций.Если в твоем эксперименте этот запах присутствует то можно предположить что это часть промежуточных или хвостовых фракций из за изменения температурного баланса превращается в головные.В принципе это легко можно проверить.
Литокс,обрати внимание что чем концентрированнее головы находящиеся в дефлегматоре,тем лучше очищение спирта.Отсюда следует вывод,что не следует увлекаться увеличенным постоянным отбором,что и подчеркивал Запал,лучше периодический отбор,если нет возможности постоянно контролировать концентрацию.

(85% по ареометру)Литокс, 29 Апр. 11, 16:42

Литокс, я тоже заметил,что концентрированные головы имеют около 80-85%.

Вчера и сегодня занимался тем, что выполнял ректификацию с гидроселекцией (см. первое сообщение) по отношению к спиртовым растворам, обогащенным головами. Взял литра полтора спирта, добавил головы с 3 или 4 предыдущих перегонок. Потом подумал - зачем нам полумеры? И долил чистого (технического) ацетона миллилитров 60. Разбавил впополам водой. Полученная смесь сильно пахла ацетоном, больше пожалуй ничем. Вкус тоже был соответствующим.

Кипение началось при температуре в кубе около 75 С, в дефлегматоре было примерно 55 С. Флегмы было очень много, я уменьшил нагрев как мог (регулировка на инд. плитке ступенчатая). Включил подачу воды в верхнюю часть колонны. Чтобы не было захлеба, отбирал вначале почти всю флегму. Температура в дефлегматоре плавно и довольно быстро поднялась до 74-75 С, к тому моменту отобралось примерно 200-250 мл голов, воняющих ацетоном. Почему-то мутных.

После этого количество флегмы уменьшилось, стало возможным установить капельный отбор голов, при том что вода и возвратная флегма текли струйкой. Головы интенсивно пахли ацетоном и еще чем-то непонятным. Постепенно запах ацетона уменьшался. После суммарного отбора ок. 350-400 мл я прекратил подачу в колонну воды, перекрыл отбор и дал колонне поработать на себя в течение 20 мин. Затем минут 20 по каплям отбирал спирт с посторонними запахами. После этого пошел спирт, который условно можно назвать товарным. Условно - потому что у меня сезонная аллергия и с обонянием не всё в порядке. И, во-вторых, силиконовый шланг, внутренности крана и т.д. провоняли-таки химией. Такого "товарного" спирта получилось миллилитров 600-650.

Когда в колонне полезла вверх температура и начали выходить хвосты, первые несколько минут в отборе был запах химии, наподобие бензина или уайт-спирита или чего-то такого. Я думаю, это пошли примеси из ацетона. Ну, а дальше уже обычные хвосты (спирт этот у меня был подпорченым, "хвостатым").

Ну что, я думаю - можно, как вариант, рекомендовать гидроселекцию для выжимания спирта из ректификационных "голов".

...Флегмы было очень много, я уменьшил нагрев как могЛитокс, 02 Мая 11, 15:21

...Почему-то мутныхЛитокс, 02 Мая 11, 15:21

Очень знакомая картина. Как-то на работе накопилось много грязной спирто-бензиновой смеси для промывки плат. Решил почистить простой дистилляцией. Симптомы - те же, очень большой поток, при стандартной мощности дефлегматор не справлялся, пришлось мощность задавить. И первая (головная) часть была очень мутной, потом пошел чистый дистиллят.

Я тут немного посчитал, с гидроселекцией все довольно плохо. Единственное, что она делает хорошо - не пропускает наверх метанол. С другими примесями - влияет слабо. Эпюрация оказывается в десяток раз эффективнее. Немного почищу и, попозже, выложу результаты. Да, если знаешь, скажи какие примеси наиболее важны, выложи списочек. Если известны зависимости Крект от крепости, могу посчитать.
Сейчас у меня забиты (довольно грубо)
Изопропанол
Укс. альдегид
Метанол
Изобутанол
Пропанол
Укс. кислота
Изоамилол
Акролеин
Крот. альдегид

Я бы еще добавил этилацетат, метилацетат, этилформиат, изо-масляную и изо-валериановую кислоты, фенил-этиловый спирт