Теория и практика ректификации спирта от MEKKAOD

5.3 ЗАДЕРЖКА ПРИ ОТБОРЕ, НАКОПЛЕНИЕ И ВЫВЕДЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ (добавим эфиры)
прочитав мой предыдущий пост вы поймёте, что при работе на себя из-за насыщения примесями верха колонны изъять уксусный альдегид из куба не возможно.
но он там не один, кроме него существуют другие примеси - эфиры, и их в браге куда больше, до 500 мг/литр.
часть из них ведут себя как головные примеси.
и если провести расчеты по эфирам, аналогичные расчетам по альдегидам, то картина станет ещё страшнее.

скажу по другому, чтобы было понятнее.
если уксусный альдегид сползает в трубе на 5 тарелок вниз а дальше концентрация равна кубовой,
то уксуснометиловый эфир на 8 тарелок, а уксусноэтиловый на 14 тарелок.

вывод:
копить неправильно надо примеси ВЫВОДИТЬ.
например выводя на 1 кВт 24 мл/час
альдегид накапливается только на двух, метиловый эфир на 3, а этиловый на 5 верхних тарелках, в основном.

и всё казалось бы стало более или менее, если бы не пара зловредных эфиров:
изовалерианоэтиловый и изомасляноэтиловый .
отбирай их не отбирай - они концентрируются на второй и шестой ТТ снизу, и в отбор практически не идут.

и только уменьшив флегмовое число отбирая тело мы начинаем вымывать их из места накопления вверх по колонне, т.е. в отбор.
и чем длиннее ректификационная труба, тем хуже и дольше они вылазят.

именно этот фактор и побудил меня сказать, что "для выведения примесей рект колонна не очень то и подходит", и разработать технологию режима паровой гидроселекции РПГ, для ректификационной кубовой колонны, который я тут повторю позднее.

да, забыл успокоить начинающих ректификаторов, в бражке этих зловредных эфиров не так и много, иначе кубовая ректификация потеряла бы всякий смысл.

если уксусный альдегид сползает в трубе на 5 тарелок вниз а дальше концентрация равна кубовой,
то уксуснометиловый эфир на 8 тарелок, а уксусноэтиловый на 14 тарелок.mekkaod, 19 Февр. 20, 13:14

значит ли это что для не сползания уксусноэтилового эфира достаточно иметь более 14 тарелок ? а как это связано с удерживающей способностью насадки ?

Добавлено через 2мин.:

тбирай их не отбирай - они концентрируются на второй и шестой ТТ снизу, и в отбор практически не идут.mekkaod, 19 Февр. 20, 13:14

они концентриуются и не уходят в отбор пока не закончится удерживающая способность насадки, только после накопления концентрации х12 от куба х удерживающую способность 6 ТТ они начинаю идти в отбор, вполне вероятна ситуация когда спирт в кубе к этому моменту уже закончился и отбирать нечего

Добавлено через 3мин.:

если бы не пара зловредных эфиров:mekkaod, 19 Февр. 20, 13:14

все, что пересекает линию "1" с верху в низ + с лева на право может накапливаться в колонне, см с 13 по 21

для не сползания уксусноэтилового эфира достаточно иметь более 14 тарелокdee, 19 Февр. 20, 14:03

проблема не в том на сколько тарелок сползает, а в том, что при отборе этих фракций мы берём только с верхней тарелки, а то что ниже - так и сидит в этот момент нетронутым.
наша задача обеспечить место для накопления как можно большего количества примеси, чтобы из этого места отбирать.
ну вот как если бы ты ходил по комнате и каждую соринку в совок сгребал, или всё смести в угол, и зараз на совок погрузить.

они концентриуются и не уходят в отбор пока не закончится удерживающая способность насадки, только после накопления концентрации х12 от куба х удерживающую способность 6 ТТ они начинаю идти в отбор,dee, 19 Февр. 20, 14:03

нет, так ведут себя верхние промежуточные спирты, а промежуточные эфиры накапливаются в нижней части рект колонны и при этом лезут в отбор понемногу весь погон.
это и ответ на третий пункт

так ведут себя верхние промежуточные спирты, а промежуточные эфиры накапливаются в нижней части рект колонны и при этом лезут в отбор понемногу весь погон.mekkaod, 19 Февр. 20, 17:04

да ладно .. вот график распределения примесей по колонне

и в чем отличие эфиров от сивухи ??

вопрос верхние/промежуточные/нижние только в типе колонны поэтому я написал слово "могут" перед "накапливаться"

и в чем отличие эфиров от сивухи ??dee, 19 Февр. 20, 17:16

ты серьёзно? сам отличия не видишь?

ты серьёзно? сам отличия не видишь?mekkaod, 19 Февр. 20, 17:43

в накоплении по тарелкам - не вижу, в распределении ниже/выше точки ввода - да, есть, в УС колонны тоже есть. но это частности.
какая разница для Кректа какое вещество, раз есть пересечение с "1" (чуть ниже) значит есть накопление, номер ТТ следует из концентрации

dee, мне кажется что мы о разном говорим, ты о накоплении, а я о выведении примесей.
зоны накопления у эфиров и верхних спиртов одинаковые, но спирты можно удержать свободным объёмом или контролируемым отбором в зоне накопления, а эфиры нельзя , потому, что независимо от накопления они движутся наверх и портят продукт.
на твоей картинке это как раз и нарисовано.

но спирты можно удержать свободным объёмомmekkaod, 19 Февр. 20, 17:56

накопление любой примеси в колонне упирается в УС насадки, не ? их переход от накопление к проскакиванию зависит от количества в кубе, которое переходит в насадку а потом с задержкой в отбор.

dee, конечно зависит от удерживающей способности насадки(колонны) и от гидродинамического режима тоже и от общего количества в навалке.
но "проскакивание" эфиров от этого не зависит, они проскакивают при любом раскладе.

У эфиров и сивухи офигенно разная крутизна падения Крект после точки азеотропа. Посему эфиры имеют шанс пролезать в отбор всегда. А сивуха при ослаблении позиций спирта. Основной фактор. А накопление вспомогательный.

5.4 ЗАДЕРЖКА ПРИ ОТБОРЕ, НАКОПЛЕНИЕ И ВЫВЕДЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ (добавим сивушные фракции)
основную долю примесей в бражке составляют сивушные спирты, в целом она доходит до 0,4% от АС.
в основном это:
изоамиловые 60-90%
изобутиловый 2-27%
н-пропиловый 3-20%
все они образуются при брожении и у всех у них коэффициент ректификации, при крепости браги от 0 и до 20%, больше единицы, как на картинке:

это определяет их лёгкий вывод из бражки при дистилляции.
именно это явление и заставляет большую часть ректификаторов, использовать при перегонки браги укрепляющие колонны.
ведь достаточно укрепить спирт хотя бы до 80% и все сивушные спирты в отбор не попадут.
только вот этот процесс требует минимум трёх теоретических тарелок в трубе и регулирования флегмового числа, от 2,5, при навалке 8%об. в кубе, до 20 при 1%об. в кубе ( с киловатта получается от 1000 г/час вначале до 162 г/час в конце).
а это как вы понимаете огромный перерасход энергии.
причем по факту эта энергия не тратится ни на что кроме как на УДЕРЖАНИЕ сивушных примесей в кубе.
вывод:
укрепление спирта при перегонке браги, с целью удержания сивушных фракций, не рационально.

5.5 ЗАДЕРЖКА ПРИ ОТБОРЕ, НАКОПЛЕНИЕ И ВЫВЕДЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ (добавим уксусную кислоту)
существует ряд примесей, которые сами по себе не так уж и страшны, но обладают рядом свойств, которые нельзя обойти вниманием.

рассмотрим три из них:

метанол,
фурфурол
и уксусную кислоту.

метанол(метиловый спирт) не смотря на свою опасность для организма, часто преувеличенную, редко встречается в нашем производстве, так как мы не используем сырьё при обработке и подготовке которого образуется метанол в значимом количестве.
метанол является типичной концевой примесью, переменным коэффициентом ректификации и точкой перехода в районе 50 %об.
это не даёт ему возможности активно испаряться на слабой навалке, что приводит к его удержанию в кубе при дистилляции.
тот метанол, что проходит в дистиллят, за время отбора голов в кубовом процессе частично уходит с головами, а его остаток - незначителен.
однако существуют методы его принудительного выведения которые будут рассмотрены позже.

фурфурол является типичной хвостовой примесью и при холодных способах приготовления браги его количество незначительно.
если же вы , как я собираетесь инвертировать сахар, перед брожением - не грейте более 70 градусов, ждать нужно больше, но фурфурола получится не много.

а вот теперь специально для alexeyT, про уксусную кислоту.
кроме уксусной в бражке ещё накапливается муравьинная, пропионовая, масляная, валериановая кислота.
некоторые от дрожжей некоторые из за грязи, и потому таки надо мыть.

существуют мнения о том, что при попадании уксусной кислоты в куб с сырьём для ректификации, её взаимодействие со спиртом приводит к образованию эфиров.
и эти эфиры , образующиеся по мере выведения товарного спирта из колонны (после отбора голов) портят нам продукт.
к сожалению мне не приходилось с этим сталкиваться самому и я не видел цифровых подтверждений сколько либо весомого вклада этих эфиров в итоговых хромотограммах, но отметать теорию этерификации вовсе я не готов.

мой метод борьбы с кислотой прост.
я использую мрамор для её нейтрализации и при этом расход мрамора не так уж велик, порядка 200 гр на 50 кг сахара, что легко окупается экономией электроэнергии на попытки борьбы с кислотой другими методами.
а чтобы побороть уксусную кислоту при кубовой дистилляции, необходимо обеспечить в трубе не менее 6 теоретических тарелок и поддерживать флегмовое число в начале процесса (брага 8%об.) не менее 2,75, а в конце (брага 1%об.) не менее 25.

тем, кто готов тратить время и деньги на выведение кислот и сивушной фракции в процессе дистилляции советую придерживаться выше указанных параметров.

для упрощения самого процесса по этим критериям я бы советовал использовать устройство с плёночной тарелкой,некоторые зовут её мультитрубной колонной.
её способность без внешнего вмешательства регулировать флегмовое число весьма полезное свойство.

2.5 ДИСТИЛЛЯЦИЯ С ОТБОРОМ ГОЛОВ + гидроселекция.
отвлечение на тему примесей временно приостановим и вернёмся к дистилляции.
метод описанный тут:[сообщение #13651411]
и подкреплённый рисунком

названный dee, пастеризационной колонной имеет недостаток.
нет, как пастеризация он таки работает, но...
у всякой пастеризации есть минус.
в каждый момент времени в отборе присутствуют примеси поступающие из низа колонны и их количество меньше, чем поступает всего только на один коэффициент испарения, то есть альдегидов в 5-6 раз меньше, эфиров доходит до 10 раз.
это неплохой показатель, но не абсолютный.
и потому пастеризация не панацея, нужна эпюрация.
а для проведения эпюрации необходимо, чтобы поток пара с примесями попадал в колонну выше точки отбора(необходимое условие).
это легко осуществить с помощью насосика качающего догретую до кипения брагу, но это сложный метод в реализации.
я предложил и с помощью форумчан испытал метод эпюрации браги который назвал:
РЕЖИМОМ ПАРОВОЙ ГИДРОСЕЛЕКЦИИ, сокращенно РПГ.
на картинке изменения по сравнению с предыдущей

заключается в наличии паропровода соединяющего куб и дефлегматор колонны, снабженный запорным вентилем.
идея в том, чтобы отправить пар с примесями не снизу в трубу, а напрямую в дефлегматор, где он сконденсируется с примесями и в виде флегмы потечет вниз в отбор.
в этой конструкции поток примесей делится на два один, меньший поступает из куба в трубу а из неё уменьшенный на Кисп.пр. (в 6 раз) в отбор
второй - больший поступает из куба в дефлегматор а от туда уменьшенный на К исп.пр. в степени N т.т. ( в 6^3=216 раз) в отбор.
при условии, что по паропроводу в дефлегматор идёт пара в трое больше чем снизу по трубе, общее количество примесей(на примере уксусного альдегида) идущее в отбор, будет в 22 раза меньше, чем при обычной дистилляции и это всего навсего при трёх ТТ в трубе.
цифры приведены грубо , для понимания, на самом деле они ещё выгоднее.
кроме того, если ограничиться именно 3 теоретическими тарелками в трубе, устройство будет не менее эффективно в выведении простых и сложных эфиров, да и некоторых верхних сивушных спиртов.

в качестве подтверждения приложу результаты экспериментов alexeyT, которые опубликованы на форуме.
в них Лёша при помощи аналогичной конструкции очищал от головных примесей разбавленные "головы" от ректификации.
в исходном материале у него было спирта 96,2% об., 1260 мг/литр альдегидов и 3110 мг/литр эфиров.
как видно из хроматограммы:

он разбавил исходник до бражной крепости и перегнал
в результате был получен дистиллят с крепостью 34,9% об., 3 мг/литр альдегидов и 17 мг/литр эфиров!

если теперь пересчитать степень очистки соотносительно крепости исходника и результата, то получится, что
устройство позволяет снизить альдегиды в 150 раз, а эфиры в 66 раз, без лишних затрат времени и энергии.
цыфры сильно отличаются от тех что посчитаны выше(22 раза) и этому есть объяснение.
дело в том что по мере истощения кубовой навалки эффект производимый РПГб неуклонно возрастает, так как гидроселекционные свойства увеличиваются с увеличением количества воды в паре по обводной трубке.

mekkaod, 3/4 пара по обводной у тебя имеют укрепление 1ТТ как пар из куба и 1/4 пара имеет укрепление на 4ТТ (3ТТ колонна + 1ТТ куб) в дефе это перемешали и забрали в отбор 0,75 * 1 + 0,25 * 4 = 1,75ТТ. по сравнению с концентрированием примесей на 4ТТ это имеет очень хреновое отношение

Добавлено через 1мин.:

p/s и гидроселекция это все таки дополнительный ввод воды в середину колонны, не путал бы людей

и 1/4 пара имеет укрепление на 4ТТdee, 26 Февр. 20, 14:17

вот это корень твоей ошибки.
в конструкции РПГб нет укрепления в колонне, сама цель - отсутствие укрепления по АС.
и в то же время наличие ТТ для примесей, на которых происходит их разделение.
в идеале для спирта 0 теоретических ступеней, а для примесей 3 теоретические ступени.
реально так не получается и небольшое укрепление по спирту остаётся, но это терпимо для результата.

общее количество примесей(на примере уксусного альдегида) идущее в отбор, будет в 22 раза меньше, чем при обычной дистилляцииmekkaod, 26 Февр. 20, 13:56

А если при обычной дистилляции отобрать сначала головы, то какое соотношение получится с твоим способом?

в идеале для спирта 0 теоретических ступеней, а для примесей 3 теоретические ступени.mekkaod, 26 Февр. 20, 16:18

устройство, которое разделяет примеси-этанол но не разделяет этанол-вода это, несомненно, прорыв в самогоноварении, не ожидал я такого ..

Добавлено через 4мин.:

А если при обычной дистилляции отобрать сначала головы, то какое соотношение получится с твоим способом?Dry Gin, 26 Февр. 20, 16:34

а прикинь сам: возьми условный к.рект например 2 и посчитай для любых условий, например предлагаемых тов. mekkaod для 3/4 пара по обводной трубе и 1/4 по РК с 3ТТ. в дефе смешиваются два потока 0,75 по обводной трубе и 0,25 по колонне с 3ТТ: 0,75*0,5+0,25*0,5*0,5*0,5*0,5 получаем концентрацию примеси под дефом: 0,39 сравни с 0,5 если только прямоток и 0,0625 если только РК с 3ТТ (4я ТТ это куб). я выводы давно сделал а сейчас еще и собираюсь перестать что либо объяснять по этой теме.

А если при обычной дистилляции отобрать сначала головы, то какое соотношение получится с твоим способом?Dry Gin, 26 Февр. 20, 16:34

хороший вопрос.
выше я писал, что в бражке 20 мг альдегида на литр
и считал как выглядит обычная дистилляция.
вернёмся к 100 литрам бражки, в которой 2 грамма альдегида.
для простоты будем считать, что мы дистиллируем со скоростью 1 литр дистиллята в час и у нас получится за 20 часов 20 литров СС. крепостью 50%, с содержанием 100 мг/литр альдегида - всего те же 2 гр.
мы знаем, что в соответствии с коэффициентом испарения, альдегид уходит быстрее дистиллята... на сколько, смотрим график... при крепости 8%... Кисп.у.а = 3,8.
теперь отбираем головы по этапам:
1 литр в нем не 100мг, а 100*3,8=380 мг голов
2 литр опять и в сумме 760 мг
3 литр------- 1,14 гр
4 литр---1,52
5---1,9 гр альдегида, будем считать он закончился, 100 мг осталось на оставшиеся 15 литров
итог:
ты получаешь 5 литров голов от дистилляции в которых 1,9 гр альдегидов
и 15 литров вполне питейного дистиллята со 100 мг альдегида

теперь мой метод:
он как написано выше позволяет обезглавливать дистиллят в 22 раза при отборе головных 50 мл/час, или без отбора, но с обеспечением этого объёма под дефлегматором.

за 20 часов на моём устройстве отберётся или накопится 1 литр голов, при этом в остальных 19 литрах будет голов в 22 раза меньше чем в исходнике, то есть 2гр/22= 0,09г, --- 90 мг

свожу в табличку:
дистилляция 100 литров 8% браги с 2гр альдегидов

простая: 5 литров с головами и 15 литров с альдегидом 6,7 мг/л
РПГб: 1 литр с головами и 19 литров с альдегидом 4,7 мг/л

и это, простят меня люди понимающие в расчетах, ОО-ОЧЕНЬ упрощённый расчет, который , если его сделать правильно даст разницу между вариантами куда весомее.

mekkaod, спасибо. Но было бы гораздо информативнее, если бы и отбор за эти 20 часов был одинаковым - тот же 1 литр в обоих вариантах. Мы же и на прямом можем регулировать отбор, возвращая часть конденсата в куб. Чтобы уж действительно равные условия.

Dry Gin, в посчитанном скорость отбора для обоих вариантов 1 литр в час , и нет никакого возврата в куб.