Ректификация без колонны

Пока кому-то не объяснишь толково, и сам не поймешь...Rudy, 05 Февр. 09, 20:51

Золотые слова!

Блин, у меня "личная галерея" не работает. Натягал кучу цитаток из Креля по поводу стабилизации давления и регулировкой ФЧ старт-стопом, перегнал в JPG, а сунуть привычным способом не получается. А загонять на FTP и давать туда ссылки лень...

Алгоритм в теории автоматического управления называется пропорционально-интегрально-дифференциальный.

Такого в принципе быть не может, либо делим, либо суммируем математика всё таки.Селянин, 05 Февр. 09, 08:00

В линейных АСУ применяются следующие типовые алгоритмы управления (регулирования):
•   пропорциональный (П) алгоритм;
•   интегральный (И) алгоритм;
•   пропорционально-интегральный (ПИ) алгоритм;
•   пропорционально-дифференциальный (ПД) алгоритм;
•   пропорционально-дифференциально-интегральный (ПИД) алгоритм;http://window.edu.ru/...77&p_page=6

ПИД-регулятор - http://ru.wikipedia.org/wiki/ПИД-регулятор

Kotische, 05 Февр. 09, 14:09

А я и не знал, извиняюсь Кобелл,значит не всему чему тебя здесь учат нужно верить. Лучше свои шишки бить, лычше запомнишь.

Игорь ПРАВ, ПРАВ, и еще раз ПРАВ!!!
При заданном давлении и составе (спиртуозности) температура кипения кубовой жидкости постоянна! Спасибо, что не дали заблудиться в дебрях своей дремучести.
Но остается вопрос:
почему на свернутой пленочной колонне и с термостабилизатором из браги отбирается 80% самогон?

Рассуждения в этой ветке привели меня к следующему представлению протекающих процессов:
в свернутой змеевиком трубке идет процесс тепломассообмена между поднимающимся паром и стекающей флегмой (пока не говорю об эффективности). Состав стекающей флегмы от верхней точки к нижней становится менее спиртуозным, то есть температура ее кипения к выходу из змеевика становится ниже, нежели флегмы, возвращаемой в куб. Таким образом, змеевик можно представить кучей соединенных последовательно элементарных кубов, что я попытался изобразить на первом рисунке.
Температура кипения флегмы (она в элементарном кубе является кубовой жидкостью) по мере удаления по змеевику от куба будет плавно понижаться.

Игорь еще раз ПРАВ! Не получится у меня регулировать температуру кипения в кубе! Эта температура будет зависеть от спиртуозности кубовой жидкости и сама будет повышаться от начала выгона к концу по мере снижения спиртуозности.

НО. Изменяя подводимую к кубу мощность, можно регулировать КОЛИЧЕСТВО выделяемого в кубе пара и, следовательно, изменять размеры элементарных кубов на змеевике!

Насчет повышения эффективности элементарных кубов в змеевике здесь было много дельных предложений и пружина и плоская трубка и переменное сечение трубки.

Приведу тебе этот алгоритм в моём видении.

Требования к оборудованию.
1. Давление пара в кубе стабилизировано.
2. Поток воды в первый (возвратный) холодильник подаётся порциями (клапан воды открывается на 0,5 секунды, промежуток между открытиями можно менять.

Цель регулирования - Стабилизация состава парового потока на выходе из спирали

Способ контроля состава паровой смеси - по её температуре.

Способ регулирования - изменение подачи  охлаждающей жидкости в возвратный холодильник.

Принцип регулирования.

Если температура в контрольной точке растёт, значит состав поднимающихся паров изменился, спирта в них стало меньше, а воды и тяжелых примесей больше.
Что делать?Нужно увеличить питание колонны - вернуть в неё больше спирта, который займёт верхнюю часть колонны и отожмёт воду и примеси ниже по спирали.

Если температура в контрольной точке не растёт, значит либо отбор недостаточный, либо он оптимальный. В этой ситуации можно пытаться по чуть-чуть уменьшать подачу воды в холодильник возврата до начала её роста.

Если температура в контрольной точке падает, значит система не в режиме - пар не доходит до верха спирали.
Игорь, 05 Февр. 09, 09:18

Игорь, я бы не смог лучше описать! Одно отличие - мне проще регулировать семистором (и точнее) подводимую мощность к ТЭН, нежели клапаном управлять системой охлаждения. Охлаждение в части змеевика, выполняющего роль дефлегматора воздушное, то есть зависит от площади охлаждения и окружающей температуры. Давление в кубе считаю равным (почти) атмосферному, потому что змеевик открыт и нет сопротивления прохождению пара.

Но остается вопрос:
почему на свернутой пленочной колонне и с термостабилизатором из браги отбирается 80% самогон?... Изменяя подводимую к кубу мощность, можно регулировать КОЛИЧЕСТВО выделяемого в кубе пара и, следовательно, изменять размеры элементарных кубов на змеевике!
CoBell, 06 Февр. 09, 05:35

Ты абсолютно прав. Твой змеевик состоит из какого-то количества элементарных кубов (теоретических ступеней разделения). Но для того, чтобы они отделяли спирт от воды, их нужно кормить - возвращать определенную часть спирта обратно в колонну.
Пошла теория, наберись терпения.

Изменять разделительную способность колонны можно путём изменения ФЧ (флегмового числа).

Это отношение количества спирта Х, которое ты возвращаешь обратно в колонну, к количеству спирта Y, которое отбираешь. ФЧ = X : Y

(Обрати внимание, что Х + Y - это количество паров самогона, которое подходит к дефлегматору)

Для изменения разделения (в частности, для изменения градусности), нужно изменять флегмовое число ФЧ.
Как это сделать? Есть два способа.
Зафиксировать Y и менять X, или наоборот, зафиксировать X и менять Y.
Что происходит у тебя? Ты изменяешь суммарное количество пара, сумму Х + Y. При этом ни Х, ни Y не фиксируешь.
НО!!! На всём диапазоне белее-менее серьёзных потоков потоков пара они изменяются почти пропорционально, значит ФЧ не изменяется. И только тогда, когда пар почти перестаёт проходить сквозь дефлегматор, и почти весь спирт бежит назад, Y начинает резко падать, что приводит к росту ФЧ и повышению градусности.

Если тебе хватило терпения сюда добраться, то спасибо за терпение .
И, пожалуйста, если я мутно объяснил, задавай вопросы. Надеюсь, время потраченное в этих спорах, ты не считаешь пропавшим зря.

Вернемся к твоей системе. Допустим, ты зафиксируешь отбор или возврат (X или Y), и изменяя нагрев, будешь менять X + Y. Флегмовое число будет меняться, значит - ты прав - разделением можно управлять. Но тут такая тонкость и грабли.

Каждая колонна (и твоя не исключение) имеет предел нагрузки по пару. Если количество (и скорость) пара превысит какую-то определенную величину, флегма перестанет возвращаться, пар сдует её вверх. ТО есть, грубо говоря, мы не можем превышать некоторую мощность в кубе. Допустим, твоя колонна может "переварить" не подавившись не захлебнувшись мощность в 1 условную единицу.

Пошли дальше.

Диапазон изменения флегмового числа, если глубокое разделение не предусмотрено, лежит в диапазоне примерно от 2 до 10. То есть в начале перегона можно отбирать 1/3 часть пара, а в конце - 1/11 часть.

Если ты зафиксируешь отбор на уровне 1 единица в час, то в начале перегона тебе нужно будет испарять из куба 3 единицы, а в конце 11. Диапазон почти в 4 раза!

То есть в начале ты будешь поддерживать мощность в 11/3 раз меньше, чем колонны сможет переварить, и будешь свое ведро спирта получать не 3 часа, а 11. Не жалко времени? Мне жалко.

Может фиксировать возврат? Если зафиксируешь возврат на уровне 1 единица в час, то в начале перегона из куба надо будет испарять 1+¹/₂ единицы, а в конце 1+¹/₁₀, то есть 1,5 и 1,1 единицы. Вот это более приемлемо. И более правильно.

Произошло то, о чем писал Руди. Пока объяснял, сам понял. Давно собирался основательно над этим поразмышлять, да всё времени не хватало. А теперь всё прояснилось. Формулирую.

Регулирование флегмового числа путём изменения нагрева куба следует проводить при стабилизации количества возвращаемой флегмы.

Осталось придумать, как этот возврат стабилизировать.

И, CoBell остаётся открытым вопрос алгоритма. Что должно служить критерием для управления? Но об этом нозже, пора собираться на работу.

Добавлю пару тонкостей.

Давление в кубе считаю равным (почти) атмосферному, потому что змеевик открыт и нет сопротивления прохождению пара.

Осторожней с этим предположением! Если пар движется от куба к выходу, значит между этими точками есть перепад давления. И чем он больше, тем больше скорость. Без перепада давлений нет движения газа.

Таким образом, змеевик можно представить кучей соединенных последовательно элементарных кубов, что я попытался изобразить на первом рисунке.

Протестую против слова "кучей". При кипении браги с содержанием спирта 10%, крепость паров составляет 55%. Это первый куб. Не в змеевике, а настоящий. Если этот пав сконденсировать и снова испарить, крепость паров составляет уже 81 градус. Следующие ступени дают крепость 87 и 92 градуса. После какого по счету кубика твой пар попадает в холодильник? После ПЕРВОГО! Змеевик работает на как куча кубиков, а как один-единственный. То есть простой быстрый перегон два раза подряд даст точно такой результат.

Теперь доля скепсиса.
В спиральной колонне пар занимает 99,9% (не считал)её сечения, а флегма не распределена по стенке, а стекает струйкой, поэтому львиная его доля вылетает в отбор, так и не узнав, что навстречу ему двигалась какая-то там флегма. И мне кажется, что все ухищрения с спиралями, накатками и сплющиваниями не дадут ощутимого результата. Хотя Селянин не теряет оптимизма.

Теперь немного позитива.
Меня учили, что заканчивать всегда надо позитивом.
Всё путём. Я считаю твои колдования с о спиралью экспериментом. Причем экспериментом, который помимо знаний приносит еще и продукт.
Год назад я делал системы так часто, что некоторые из них даже самогона не попробовали, ей-богу. Движение мысли опережало потребность в алкоголе. То есть каждый эксперимент давал мне вполне съедобный продукт. И у тебя такая ситуация. Но есть одно "но". Двигателем моих телодвижений была неудовлетворенность результатами по качеству или количеству, а ты пишешь, что доволен и тем и другим. Врёшь, батенька. Был бы удовлетворён, не рыпался бы. Значит ближайший год ты обречен на множество экспериментов и удач. Конечно будут и обломы, но как без них? Если бы не они, как бы мы научились ценить успех?

Удачи!

Регулирование флегмового числа путём изменения нагрева куба следует проводить при стабилизации количества возвращаемой флегмы.

Осталось придумать, как этот возврат стабилизировать.

И, CoBell остаётся открытым вопрос алгоритма. Что должно служить критерием для управления? Но об этом нозже, пора собираться на работу.
Игорь, 06 Февр. 09, 08:33

В змеевике нет приспособы для регулирования флегмового числа. Как его оценить не представляю. Подозреваю, что разделение флегмы и отбора происходит в верхней точке змеевика. Причем отбор, по всей вероятности, происходит в паровой фазе.
Схема регулировки примерно такая как на приклееном рисунке. При использовании реализованного сейчас алгоритма Брезенхема для регулирования мощности диапазон мощности составляет от 0 до 100% от полной с шагом 1%. Шаг легко уменьшается до 100/127=0,787%. При необходимости более мелкого шага, можно и его реализовать, но пока ее не вижу.
В общем задача регулирования сводится к установке такой мощности нагревателя, при которой формируется такое количество пара, чтобы прогреть змеевик к точке измерения до установленной температуры (может коряво выразился?).

Продолжаю. Есть пара минут.
Итак, результат зависит от нескольких (минимум двух) параметров - подачи пара и возврата флегмы. Попытка регулировать только один из них, оставив второй предоставленным самому себе бессмысленно, т.к. в такой ситуации какой-то результат можно получить только при условии минимального потока, когда колонна находится на грани останова.
С другой стороны, управлять двумя параметрами хлопотно. Да и алгоритм такого управления выглядит туманно. Поэтому остаётся один путь - один из параметров "замораживать", а второй уже регулировать. Другого пути нет, иначе ты не поднимешься выше уровня микроперегонки по 50 - 100 мл в час и одной теоретической тарелки.

Порция скепсиса.

Считаю неправильным считать, что захлёб в спиральной колонне затруднен по сравнению с вертикальной. Аналог спиральной колонны - наклонная колонна с углом наклона, соответствующим наклону спирали, то есть почти горизонтальным.
Попробуй выдуть воду вверх из вертикальной трубки и из почти горизонтальной. Для наклонной для этого понадобится такой слабый поток воздуха (пара), который в вертикальной будет просто незаметен. Значит наклонная или её разновидность - спиральная колонна на мой взгляд (это не догма!!!) не имеет перспектив, так как допустимый поток пара в ней, а соответственно и производительность на порядок ниже, чем у вертикальной колонны.

Порция позитива.
Я - сантехник, поэтому в вопросах теории ректификации разбираюсь на уровне простого пользователя. И мои выводы не могут приниматься на веру.
Нужно проверять. Скорее всего я ошибаюсь....

PS Анекдотец навеяло... "в гинекологии я разбираюсь на уровне простого пользователя"....

Ой, чуть не забыл. По схеме.
Т1 ты написал правильно - зависит от содержания спирта.
А Т2 почему обижаешь?

Твоя колонна обеспечивает 1 дополнительную ступень испарения в дополнение к кубовой. При изменении спиртуозности браги от 16% до 1%, температура паров на входе в дефлегмирующую часть будет подниматься от 81 до 93 градусов. Как можно использовать эту температуру для управления нагревом?
Ведь установка температуры выше той, которая в данный момент актуальна, приведет к работе колонны на полную и захлёбыванию колонны, а установка на более низкую температуру - к останову колонны?
Напомню, что актуальная температура постоянно растёт...

А что вы, собственно, мучаетесь? В спиральной колонне Селянина http://absintheclub.ru/read/viewtopic.php?p=27481#27481 все уже сделано и правильно. Жаль только, что он не любит доводить дело до конца. Два дефлегматора (холодильника), один на восходящем конце спирали (возврат), другой на нисходящей сливной трубке (отбор). Поток через холодильник отбора - фиксированный, через холодильник возврата - регулируемый, для начала - просто краном. А спираль лучше теплоизолировать (причем повитково - температуры витков - разные). Это улучшает действие обратной связи (стабилизации) возникающей при возврате флегмы.

Настройка такая. Воду в возврате отключаем. Задаем некоторую фиксированную мощность в баке. Даем устаканится, измеряем скорость выхода. Понемногу повышая поток воды в возвратном холодильнике добивается снижения скорости выхода например вдвое (ФЧ=1). Даем устаканится и измеряем крепость. Задаем ФЧ=2 (с нуля, т.е. откл. воды в возврат, измер. выхода, подбор охлаждения возврата). Дав устаканится измеряем крепость. Ну и так далее. Думаю что ФЧ больше 3 не нужно. Если результат нравится, можно повторить эту процедуру несколько раз увеличивая мощность в баке чтобы определить предельную производительность.

Если давление воды не болтается, мощность в баке можно регулировать поддерживая постоянный поток на выходе. Можно предложить и другие, более технологичные, способы стабилизации, но сначала лучше попробовать просто с фиксированной мощностью и подобранным потоком воды, чтобы оценить результат. Может овчинка выделки не стоит.

Ой, чуть не забыл. По схеме.
Т1 ты написал правильно - зависит от содержания спирта.
А Т2 почему обижаешь?
Игорь, 06 Февр. 09, 14:26

T2 тоже зависит от спиртуозности. Только если посмотреть наиборот,при регулировании T2 спиртуозность флегмы в месте измерения T2 зависит от этой температуры. (конечно не только от нее, еще и от состава кубовой жидкости тоже и от давления, наверное и от других факторов).

(Планировал на выходных уже показывать температуру на дисплее термостата, но где-то в программе заложил глюк, найти не могу...:( Огорчен, что не могу доложить ни о каких результатах.

Много думал про процессы в змеевике. Жалею, что раньше не зашел на этот форум, ясность появилась бы намного раньше, много грамотных подсказок здесь получил.

Для Rudy
Змеевик действительно лучше теплоизолировать, чтобы обеспечить изменение температуры от его входа к выходу из него, только при этом условии происходит тепломассообмен и повышается спиртуозность (понижается температура кипения флегмы). У меня использована теплоизоляция для металлопластиковых труб. Прихожу к выводу, что эффективность дефлегматора нужно увеличивать.

CoBell, возможно, змеевик свитый из такой трубы улучшил бы твои показатели в плане массообмена, это нерж. гофра используется в сантехнике, в наших краях с ней проблем нет, жаль с диаметром ограничения 15,20,25мм, фитинги под нее тоже есть с силиконовыми прокладками

CoBell, возможно, змеевик свитый из такой трубы улучшил бы твои показатели в плане массообмена, это нерж. гофра используется в сантехнике, в наших краях с ней проблем нет, жаль с диаметром ограничения 15,20,25мм, фитинги под нее тоже есть с силиконовыми прокладками
Trof, 09 Февр. 09, 16:28

Это как раз то, о чем я сейчас мечтаю! Только пока не нахожу источника этого чуда в наших краях (живу, видимо не в том месте)
Эффективность тепломассообмена при использовании гофры просто обязана повысится, будет работать принцип шарового холодильника, где в каждом шарике расширяющийся пар отдавая тепло отдает и часть паров в виде конденсата.

CoBell, есть такая украинская поговорка.
Нэ тратьтэ , кумэ, сылы, спускайтеся на дно.
Не будет толка с этой затеи. Жоп... желудком чувствую. Для эксперимента сделай дефлегматор нормальный и проведи эксперимент на метровой вертикальной трубочке (такой как на спирали), без насадки. Не забудь утеплить.
И почувствуй разницу.
Получишь минимум 90-92 градуса при производительности 120-150 мл/час.
А там уже принимай решение искать гофру для новой спирали, или нет.

Нерж гофру к нам завозят из Южной Кореи, цена от 1,8$ до 3$ за метр, в зависимости от диаметра, но Игорь все же прав, может не стоит заморачиваться. Творческих успехов!

а под эту нержавеющую гофру есть какие то фитинги специальные ? или просто обжимаем хомутом?

ПС: оопс сорри... почитал... выше уже ответили

Можно фитинги, а можно гофру  беззастенчиво впаять в резьбовую детальку типа наружной резьбы или американки ...

оо.. впаять...это хорошая идея... меня все не покидает идея сделать отгонную колонну...

Для эксперимента сделай дефлегматор нормальный и проведи эксперимент на метровой вертикальной трубочке (такой как на спирали), без насадки. Не забудь утеплить.
Игорь, 10 Февр. 09, 04:24

То есть просто поставить такую же трубку (медная на 16) как в змеевике вертикально? Да еще без насадки? Да еще утеплить?
Если так, то неразделенные на фракции пары дойдут до дефлегматора, там из них сформируется флегма, которая упадет назад в куб (конечно пока падает, некоторый тепломассообмен будет наблюдаться). Если часть ее отбирать, получим крепость, определяемую концентрацией паров (по теории около 40%). Да и если отбирать пары, получим тот же результат.
Чудо ректификации происходит на границе трех агрегатных состояний материи, и чем больше протяженность этой границы, тем лучше разделение (во завернул)
Может я и заблуждаюсь, но пока уверен в успехе задуманного. Причем эта уверенность укрепилась после общения здесь. Дайте мне несколько времени отмыкаться до упора. Я сниму кино и покажу, как будет работать змеевик с термостатом.
По поводу производительности: чем больше затратим энергии на ректификацию, тем больше будет ее скорость. Отсюда напрашивается простой вывод - нужен достаточно эффективный дефлегматор для отвода в виде тепла уже потраченной на разделение фракций энергии.

Флегма не падает по трубе вниз, а течет тонкой плёнкой по трубе навстречу пару. При этом паднимающийся горячий пар испаряет из неё спирт и конденсирует в неё воду. При диаметре трубы 10-15 миллиметров, одной ТТ соответствует 20-25 сантиметров высоты. То есть на метровой трубе получается 4-5 тарелок и укрепление до 90 - 92 градусов.

При вертикальной трубе скорость пара, сдувающая флегму вверх, примерно равно 0,7 м/с (проверено экспериментально). В трубе Двн15 то соответствует потоку спирта , попадающего в дефлегматор составляет примерно 0,9литра в час, что позволяет иметь средний отбор порядка 150 мл/час.

Если труба будет наклонной, почти горизонтальной, флегму будет легче выдуть, и предельная скорость пара будет (навскидку) в 3 раза меньше. Значит пара в дефлегматор будет попадать втрое меньше, значит отбор будет не выше 50 мл/час. Но укрепление значительно ухудшится, так как флегма будет стекать не тонкими струйками по всей поверхности трубы, а сконнцентрируется в достаточно "толстый" поток на дне трубы, и площадь контакты будет меньше.

Я провёл достаточно много опытов с вертикальной и наклонной стеклянной трубой, весьма поучительное занятие.

Удачных экспериментов!

Меня все время посещает вопрос - а что если в одну трубу толстую утепленную вертикальную запихнуть несколько тонких трубочек. На той же высоте добавится тарелок? Иначе говоря, добавится ли градусность за счет скорости в такой системе? Или, может быть,  каждая трубочка должна быть теплоизолирована отдельно в пучке?