Простой "автостоп" при ректификации - без автоматики

Хорошо известно, что ближе к концу ректификации, когда в кубе остается мало спирта, необходимо уменьшать отбор. Если этого не сделать, то рано или поздно нарушится баланс по спирту - в нижнюю часть колонны его поступает всё меньше, а вверху отбирается такое же количество, как и в начале. В результате произойдет изменение состава флегмы, повышение температуры в колонне и проскок "хвостов" в  отбор.

В классической схеме жидкостного отбора - из дефлегматора через иглу или игольчатый кран - количество отбираемого спирта остается неизменным, если не используется ручная регулировка или автоматика. Интересно было бы придумать такую конструкцию, которая уменьшала бы отбор сама, без использования автоматики. Такие конструкции предлагались, но оказались нерабочими (точнее - рабочими, но не оправдавшими надежд по своевременному ограничению отбора):

1). Дефлегматор с жидкостным отбором и фиксированным возвратом флегмы в колонну.
2). Дефлегматор с жидкостным отбором и фиксированным ФЧ.
3). Паровой отбор до дефлегматора, как частный случай фиксированного ФЧ.

Причина неудач во всех случаях одна и та же, и заключается в том, что по закону сохранения энергии общее количество флегмы, возвращаемой дефлегматором, остается ПОСТОЯННЫМ до тех пор, пока эта флегма представляет собой азеотроп. Поток флегмы (при неизменной мощности, подводимой к кубу) может уменьшиться только в одном случае - если концентрация спирта в ней в какой-то момент заметно уменьшится, а концентрация воды вырастет, но эта ситуация означает, что регулировать что-либо уже поздно - обеднение колонны по спирту произошло, хвосты уже проскочили и испортили ранее отобранный продукт.

Я сделал рабочий "автостоп" иначе (см. Рис.). Спирт-содержащий пар из куба  подается на укрепляющую колонку с простейшим дефлегматором, а затем - в низ ректификационной колонны. Дефлегматор РК сделан с паровым отбором. Отработавшая флегма внизу колонны сливается в куб через тонкую трубку, опущенную ко дну.

Охлаждающая вода подается сначала в прямоточный холодильник, из него - в рубашку дефлегматора РК, а дальше -
в дефлегматор укрепляющей колонки. Температура воды постепенно повышается, и сбрасывается она уже при температуре порядка 60-65С.

Принцип действия прост. По мере истощения СС в кубе, пара в рек. колонну поступает всё меньше, но он достаточно крепкий - 60-70-80% спирта. Значительную часть знергии у пара отнимает первый по ходу дефлегматор, возвращая в куб в основном горячую воду, а спирт летит дальше. В дефлегматоре РК по мере истощения кубового СС крутится всё меньше спирта - меньше поступает из РК и меньше возвращается в виде флегмы. Соответственно, и в отбор попадает всё меньше спирта, т.к. отбор происходит по пропорциональному принципу (пропорционально сечениям трубок).

Можно сразу отрегулировать поток охлаждающей воды так, чтобы при некоторой температуре в кубе, допустим 97С или 98С, отбор полностью остановился. Хвосты в отбор не попадут. Качество отбираемого спирта - высокое, вплоть до самой остановки.

Собственно говоря, особого новаторства тут нет. Давно было замечено, что некоторое замедление отбора происходит в паровой схеме до дефлегматора, если плохо утеплен куб. Ближе к концу ректификации температура куба увеличивается, тепловые потери возрастают, и количество спирта долетающего до дефлегматора постепенно само собой несколько уменьшается. Так что, я просто сделал эти тепловые потери более резко выраженными, и получил полную остановку отбора.

А не проще ли этот холодильник поставить сразу на трубе колонны типа небольшой царги?
Или это сделано из-за высоты?

Из-за высоты в основном, и чтобы удобнее было сливать флегму с РК.

Обращаю внимание на интересный нюансик: имеется положительная обратная связь по охлаждающей воде. Чем меньше пара приходит в дефлегматор РК, тем меньше нагревается в его рубашке вода. Соответственно, тем холоднее будет дефлегматор укрепляющей колонки. Соответственно, он отберет у новой порции пара больше энергии, стало быть уменьшится поток пара в РК, уменьшится поток пара в дефлегматор РК, еще меньше нагреется в нем охлаждающая вода и т.д.

Вообще классно на мой взгляд!

имеется положительная обратная связь по охлаждающей воде.Литокс, 15 Апр. 12, 19:34

Сразу это заметил и подумал, что как бы эта зависимость не нарушала стабильность из-за нестабильности температуры воды (как в БКМ).
Уже испытывал или только на бумаге?

Испытывал, конечно. Я стараюсь рассуждения без проверки не выкладывать.

Безусловно, для более удобной регулировки лучше предусмотреть на линии охлаждающей воды перед дефлегматором УК тройник и кран. Краном можно будет увеличивать или уменьшать охлаждение укрепляющей колонки, независимо от потока воды через дефлегматор РК

Обращаю внимание на интересный нюансик: имеется положительная обратная связь по охлаждающей воде. Чем меньше пара приходит в дефлегматор РК, тем меньше нагревается в его рубашке водаЛитокс, 15 Апр. 12, 19:34

ПОС требует хоть приблизительного но - расчёта , чем руководствовался ? или научный тык рулит?

Научный тык (супер-интуиция)

Литокс ,у камариса на БКМ -2,стоит дефлегматор в низу 30 см от низа,второй вверху ,деф наружный ,намотан на трубу с верху витками ,эфект ,как ты и описал -проверено  ,Но намотать с наружи прощще ,ИЛь что я пропустил

Мне проще рубашку сделать, и эффективнее она

имхо научный тык подкрепив термометром облегчит настройку автомата. как думаешь?

Может, и облегчит

Красные стрелки- движение пара по пути наименьшего сопротивления
Синем выделен кусок колонны, где будет просто стекать флегма
и не будет массообмена.......................................

Xмeль,да все будет ,схема рабочая проверенная ,термометр для контроля нужен ,что б колонну не запереть ,хотя и по верхнему можно ,но с нижнем удобнее

Схема очень эффективная и стабильная за счет этой обратной связи.Правда, как я понимаю, отрицательной- деф на входе ведь все равно "вычитает" часть потока, тем более больше,когда спирта меньше. Любая САУ в основном контуре имеет ООС- инчаче "разнос"- потеря управляемости.В любом интересующем нас здесь случае (системе, которой мы хотим управлять)охлаждение в дефлегматоре, возврат флегмы- ООС, нагрев- ПОС. Баланс ООС и ПОС= производительность и качество.

Xмeль, у меня картинка вышла не совсем понятная. Из куба сразу в низ РК прохода нет. Единственный путь для пара - через трубку а-ля БКМ.
А пересечение трубки с РК - чисто визуальное, она проходит на рисунке сзади, и дальше в нижнюю часть колонны. Места не было, чтобы нарисовать более понятно, сорри. Сегодня попробую сфотать

Литокс, при каком давлении в кубе проводил испытания? Меня гложут сомнения,  что режим колонны при такой схеме ВОЗВРАТА флегмы далеко не оптимальный. В трубке возврата флегмы, уровень СС довольно высок и зависит от давления в кубе и состава СС (плотности). Как бы это интересное явление использовать
  Давление в 20 мм.рт.столба = 272 мм.водного!  (1 мм рт. ст.= 133,332 Па =1,35952•10 3 кгс/см2 = 13,595 мм вод. ст.)

При полном кубе в начале процесса, низ колонны может быть  затоплен СС.
В процессе испарения СС уровень жидкости в кубе постепенно понижается, соответственно столб СС в трубке возврата флегмы тоже.

.... картинка вышла не совсем понятная. ........ Сегодня попробую сфотать.Литокс, 16 Апр. 12, 04:45

А вот так:

Во, точно так. Спасибо, кадык. Только трубочка возврата флегмы с РК гораздо тоньше, Д=6х1 мм