Вакуумное брожение

Зачем отдельную схему городить? )))ed_vacuum, 30 Авг. 23, 18:22

Чтобы отгонять нужный спирт из браги в промежуточную технологическую жижу. Ее для повышенного качества может быть даже нельзя брать грязной питьевой водопроводной водой случайного качества.

При этом раствор спирта в технологической воде может заодно работать рабочим телом в водоструйном насосе для отгонки из браги при пониженом давлении.

Вакуума в эжекторе хватит что бы создать небольшой вакуум в емкости для сбраживания,ed_vacuum, 30 Авг. 23, 18:22

Там происходит образование еще углекислого газа вроде в количестве около половины от веса сахара на сбраживание - это приличные объемы на откачку в газовом состоянии. А чтобы отгонять с повышеной скоростью вроде предполагается рабочее давление откачки около 0.1..0.05 бар. Это уже в весовом количестве существенно больше половины газов из оболочки с брагой.

Производительность по откачке водоструйных насосов среднего качества на достаточно низком давлении рабочей воды (около 3 бар) примерно равна расходу рабочей воды. В типовой квартире имхо месячный расход воды водопровода под нужным давлением порядка 10 куб м. Итого за месяц даже при полной сработке воды в водоструйном насосе можно откачать всего около 10 куб м газов. Сколько литров будет углекислого газа из килограма сахара (если весь откачивать без выпуска самоходом при достижении атмосферного давления) тут где-то может уже считали. Давление откачки будет меняться от начального до давления отгонки - потому объем откачиваемого углекислого газа будет больше объема при атмосферном давлении.

Чтобы отгонять нужный спирт из браги в промежуточную технологическую жижуVac500, 30 Авг. 23, 19:36

Я понял Вашу задумку.
Вы считаете, что в выделяющемся газе при брожении будет спирт, а я думаю, что там кроме углекислого газа не будет ничего.
Для испарения спирта температура маловата как мне кажется. Не будет там такого вакуума, что бы при температуре около 30 спирт испарялся.

Для испарения спирта температура маловата как мне кажется.ed_vacuum, 30 Авг. 23, 19:49

Все вещества испаряются при температурах выше 0 кельвинов. Просто для части веществ давление насыщеных паров при бытовых температурах достаточно мало и количество испаренного вещества за бытовое время мало меняет форму и вес предметов. Испарение физически основано на распределении скоростей атомов или молекул на поверхности раздела веществ - т.к. атомов много, то часть имеет скорости достаточные для преодоления сил сцепления в веществе и улетания далеко. При улетании молекула уносит часть энергии куска вещества и оно чуть остывает. Если источник подогрева компенсирует падение температуры - тогда через какое-то время еще одна молекула набирает нужную скорость и тоже улетает. Порога полного прекращения испарения нету и для твердых веществ по температурам (выше 0 кельвинов скорее). В справочниках физических величин просто перестают указывать давление насыщеного пара вещества при каком-то достаточно низком значении (или когда уже нету возможности относительно дешево и быстро измерить). У вольфрама давление насыщеного пара при комнатной температуре просто поменьше давления насыщеного пара этилового спирта - но вольфрам тоже испаряется и при той температуре.
Для спирта при комнатной температуре с испарением уже все достаточно хорошо даже при давлении 100 кПа - можно налить чуть спирта на плоскость и посмотреть с какой скоростью испарится (высохнет лужа). При понижении давления скорость испарения (в массе с единицы площади) еще больше.

в выделяющемся газе при брожении будет спиртed_vacuum, 30 Авг. 23, 19:49

Тут еще часть формулы изобретения - в рециркуляции осушеных в холодильнике неконденсируемых (и слабо растворяемых) газов брожения через брагу для выноса дополнительных количеств конденсируемого и растворяемого в выходной жиже пара спирта. Чтобы увеличивать количество газа-носителя пара спирта при отгонке более чем его выделяется только при брожении.

Из реально интересных технологических вопросов для улучшения автоматизации процесса - чем бы измерять остаточный процент спирта в браге для окончания очередного цикла отгонки без излишнего выпаривания воды из браги. Т.е. в более автоматизированой системе запуск насоса циркуляции должен происходить по периодическому таймеру - а вот остановка желательна по датчику падения процента спирта в браге ниже какого-то удобного значения. Или если датчик дает процент спирта в браге безпрерывно - запуск по набору верхнего уровня и остановка по достижению нижнего. Может что-то между 2 и 5% например.

Может быть даже пробовать замерять процент спирта в газовой фазе над брагой на входе в откачную систему - может быть смогут работать как-то терпимо газовые датчики окисляемых газов ? Но они может быть ориентированы на малую примесь тестового газа в 20% кислороде и могут работать на просто каталитическом подогреве датчика. А тута кислорода на окисление очень мало. Потому может какие оптические есть - типа на поглощении какой-то линии спектра паром этилового спирта (или как там работают датчики замера углекислого газа в атмосферном воздухе оптические на уровни от сотен долей на милион) ?

Тогда система будет работать автоколебательно старт-стопно в зависимости от хода процесса брожения и пока в браге производится спирт. Удобно. И меньше потерь энергии на лишние запуски насоса циркуляции.

Из простых полупроводниковых датчиков видно например TGS2620 от Figaro - на этанол и другие органические растворители до 5000 ppm должен реагировать. Но тесты на воздухе с кислородом. Нету указаний нужен ему еще и кислород для работы или нет. Также реагирует на окисляемые вещества в кислороде - подозрительно.

Может быть даже пробовать замерять процент спирта в газовой фазе над брагойVac500, 30 Авг. 23, 22:32

Думаю, мерить надо "в струе" - и, зная температуры, вычислять спирт в браге. Все прочее представляется слишком сложным.
Чем мерить? А вот, есть такая хрень как рефрактометр Предполагаю, что существуют такие, что выдают на выходе сразу цифирь; но не ошибусь, если предположу, что стОят они ниипических денег. А если взять китайский, с Озона - предполагаю, что "оцифровать" его не очень сложно.

спирта при комнатной температуре с испарением уже все достаточно хорошоVac500, 30 Авг. 23, 22:32

Кстати да.
Но тут у меня два соображения.
Все-таки водоструйным насосом не достичь достаточно высокого вакуума, тут надо считать оптимальную конструкцию. И второе, скорее всего нужно будет что бы рабочая жидкость, циркулирующая в системе была спиртом. Так будет эффективнее. Сразу и дегазация и абсорбция.

водоструйным насосом не достичь достаточно высокого вакуума,ed_vacuum, 31 Авг. 23, 07:33

Водоструйник на годной скорости струи (давлении на входе) откачивает до давления закипания рабочей жижи. Для воды со льдом это около 0.01 бар. Тут чтобы брага при 30+ градусов не закипала без толку водой уже - достаточно около 0.05 бар. Может быть и при 0.1 бар испарение нужных компонентов с бульбулированием будет уже годным по скорости. Там и воды из браги будет лететь тоже приличное количество. Чтобы воды летело поменьше - может быть даже рециркулируемый газ полезно отдельно мочить водяным паром в отдельном смачивателе. Так будет поменьше забирать энергию из емкости с брагой на испарение воды.

скорее всего нужно будет что бы рабочая жидкость, циркулирующая в системе была спиртом.ed_vacuum, 31 Авг. 23, 07:33

На показаной схеме так и сделано. По давлению закипания раствора сирта в воде - при количестве спирта до 10..20% свойства раствора все еще достаточно близки к свойствам воды. И 10% крепости в отогнаном растворе скорее уже вполне годны для следующей стадии очистки или укрепления.

мерить надо "в струе"stanilav-l, 31 Авг. 23, 00:39

В рабочем растворе системы количество спирта только медленно повышается. Для остановки очередного цикла откачки надо ловить достаточную скорость падения первой производной от количества (крепости). Это сложно и дорого (требует может быть даже контроллера цифрового).

В парах над брагой количество спирта скорее меняется от верхнего допустимого до минимально принятого для остановки откачки - это можно ловить просто компаратором аналогового сигнала. Без цифровых систем лишних. Выходной сигнал может быть даже коротким импульсом для разрыва цепи катушки контактора питания насоса циркуляции. Остальное само отключится (по падению давления рабочей жидкости перед водоструйным насосом реле давления закроет клапан тракта откачки).

Идея с датчиками горючих веществ дешевыми может быть тоже как-то применима - даже с организацией смесителя паров от браги с чуть кислородом чтобы каталитический датчик годно показывал разницу наличия спирта. Т.к. датчики обычно меряют очень малые ppm примесей в воздухе - а при испарении из рабочей браги там могут быть уже много тыс ppm то датчику скорее даже полезен разбавленный воздухом контрольный пар. Тут интересная разница в свойствах паров - только пары спирта окисляемы и похожи на горючее вещество. А пары воды не дают сигнала датчика горючих веществ - значит при выкачке спирта до годно малого значения датчик горючих веществ покажет нужное падение концентрации и можно останавливать откачку чтобы не забирать пар воды без толку.

Т.к. в емкости с брагой давление часто ниже атмосферного - можно устроить камеру еще одного эжекторного смешения воздуха с контрольным паром над брагой. Типа коробки с тремя дырками и вставленным у выхлопа датчиком. Дросселируемый входным соплом поток воздуха будет подсасывать и растворять пар из над брагой и смесь на выходе камеры смешения уже будет работать с дешевым электрокаталитическим датчиком горючих веществ и выбрасываться обратно в пар над брагой. Но такое будет работать только в режиме давления над брагой ниже атмосферного - без выпуска излишков углекислого самоходом через самоуправляемый клапан сброса. Значит весь углекислый газ надо будет тоже откачивать. Или ставить два комплекта таких датчиков - еще один на выходе клапана самосброса излишков углекислого газа в атмосферу из емкости с брагой.

Идея с датчиками горючих веществVac500, 31 Авг. 23, 11:56

Коллега!
Это уже тянет на кандидатскую диссертацию! Отличная идея.

Надо подумать где брать или чем делать мелкие жиклеры натекания воздуха на смеситель к датчику горючих веществ. Т.к. датчику хватает весьма мало газа для работы и чтобы меньше перегружать откачную систему лишним воздухом там скорее нужен атмосферный жиклер с дыркой (сильно) меньше 0.1 мм. Чем такие делают надо изучать. Может мембрана из тонкой фольги и дырка пробитая острием иголки. Или пробовать подбирать жиклеры от пропановых горелок мелких под полное давление жидкого пропана (начиная от карандашных горелок и далее к мелким газовым плиткам типа туристических). Или попробовать позаказывать жиклеров мелких через алиекспресс - но там ждать заказа надо. Пока есть еще время до зимы со льдом и снегом можно померить размеры натекания через мелкие жиклеры наличных горелок пропановых и сделать версию смесителя для установки датчиков горючих газов. Тестировать можно на пиве порядка 4..5 обормотов спирту. Хотя бы при вентиляции полбутылки пива воздухом - воткнуть датчик вместо пробки и померить будет отличать пиво от чистой воды. При натуральной диффузии газов внутрях бутылки.

Местами прямо указано про полезность теста датчика горючих газов ватой с 40% спиртом (типа даже от газа из зажигалки есть опасность отравления катализатора датчика примесями) - хватает натуральных испарений при комнатной температуре и атмосферном давлении. Главное чтобы катализатор датчика поменьше отравляло возможными другими веществами из браги. Но там вроде нету особо грязных примесей и только легкие горючие углеводы.

Т.к. в рабочей браге тоже предполагается постоянное выделение углекислого газа и в ощутимом количестве то добавочное натекание воздуха через систему датчика на скорости существенно меньше выработки углекислого газа мало помешает. Скорость выделения углекислого газа в браге вроде оценивали в сотни литров в час (при давлении около 0.03 бар ?).

Добавление: Более правильный датчик на этанол - MQ-3 . Для работы надо минимум 2% кислорода. Показывать должен в диапазоне минимум 0.05..10 мг в литре. В теории должен работать от 0. Заказал несколько шт с алиекспресса - там они где-то от 80р с безплатной доставкой. Как приедут можно будет дальше тестить. Их похоже только в пластиковом корпусе делают. Еще есть MQ303B - но там похоже диапазон измерений годный намного меньше.

Здесь это, в общем, на грани оффтопика, ибо к вакууму отношения не имеет Ну, как руки дойдут до решающего эксперимента - м.б. отдельную тему откроем
Поставил бродить яблочки. Брожение где-то в самом начале, но СО2 в нос уже шибает. А с крышки, когда открываешь, конденсат капает. Зацепил я его пипеткой, и на рефрактометр - 7%, однако!
Короче, в ближайшее время хочу засунуть в бочку сборник конденсата, с отводом его наружу. И посмотреть что получится количественно. Что принципиально работать будет - в этом сомнений нет, вопрос лишь в рентабельности такого техпроцесса.

Добавлено через 4дн. 2ч. 30мин.:

Провел эксперимент по холодной отгонке при атмосферном давлении; результат не впечатлающ, но и не безнадежен : [Низкотемпературная отгонка во время брожения - эксперимент] .

Тут наконец-то получил при попытке поделать сгущеное молоко оценку производительности при откачке конденсируемых веществ. По откачке 8..10л в минуту и температуре около 60ц по водяному пару ожидалось очень унылое около 50гр в час. Реально по конденсируемой воде вышло около 28 гр в минуту при полной мощности горелки на плите. Температура на крышке скороварки около 51ц. Давление около 0.15 бар. Больше нету мощности плиты. Итого выходит производительность при откачке паров конденсируемых (или и растворяемых) веществ в десятки раз выше производительности по кислороду и азоту. Значит можно пробовать работать с более хилыми питательными насосами циркуляции при отгонке спирта с конденсацией в рабочей воде.

Но трубы надо толстые для таких потоков пара при низком давлении - тут в крышку скороварки врезал штуцер ду15 и подавал до насоса через метра 1.5 гофру нерж ду15.

При около 51ц плотность насыщеного пара воды около 90 гр в 1000л - при отгонке 28 гр в минуту выходит производительность по пару воды около 310 л в мин - примерно в 35 раз больше производительности по азоту и кислороду. По спирту должно быть что-то близкое с учетом близких параметров с водой. По математике через трубу ду15 скорость пара при 5000 куб см в секунду выходит около 28 м/с - ну примерно раза в 1.5 больше скорости струи воды. Вроде как-то физически похоже.

нужен атмосферный жиклер с дыркой (сильно) меньше 0.1 мм. Чем такие делают надо изучать.Vac500, 31 Авг. 23, 15:55

Сделать такой жиклер самому - задача для ученика ученика 4-г класса средней школы. Мне приходилось перегонять капризные жидкости, которые требовали именно такого жиклера. После небольшой тренировки я научился делать их. Нужно взять стеклянную трубку, диаметром (точно не помню) около 6 мм. Разогреть середину трубки в пламени спиртовки до необходимой степени размягчения стекла и вытянуть капилляр. Любой химик должен уметь делать такие капилляры. Я из пучка полученных таким образом капилляров выбирал самый тонкий, не толще человеческого волоса и откусывал буквально по 0.5 мм до такой длины, чтобы он не упирался в дно колбы, но и был не дальше чем 0,5 мм от дна колбы. Успех перегонки был обеспечен.