Стабилизация давления или мощности.

 Пару раз в последнее время поднимал эту тему, но дискуссии так и не получилось пока. То-ли всем все ясно, то-ли я чего не так делаю. Пробую еще раз.

Итак, есть три варианта управления тенами при ректификации

Вариант 1
Не утруждаясь особо подать некую мощность так, чтобы закапало из узла отбора и отбирать спирт, пока хвосты не пойдут.
Не заморачиваясь в поисках оптимума.

Вариант 2
Дозировать мощность на одном, постоянном уровне. Уровень можно выбирать разными методами.
Например так.
При работе "на себя" дать ту мощность, при которой начнется захлеб.
Убрать мощность на ХХ процентов ниже мощности захлеба.
Поддерживать ее далее постоянно на этом уровне.

Вариант 3
Дозировать мощность так, чтобы в кубе поддерживалось постоянное давление - стабилизировать давление на предзахлебе и считать это опримумом

Я пробовал все три варианта.

По первому все просто. У меня три тена по одному кило. Включил один тен - капает. Включил второй - захлебнулось. Убрал и забыл. Провел так кучу ректификаций. Но не было у бабы хлопот... купил регулятор мощности.

Начался вариант 2
Оказалось, что колонна входит в захлеб, когда на один тен подается 210В, а на второй 160В. Если убрать до 120-140В на втором тене, то колонна стоит в предзахлебе. И струи в дефлегматоре стали толще ( в смысле - флегмы стало больше, тепломассообмен активизировался - вроде прогресс!)
Но!
В конце работы, когда колонна стоит практически в стопе постоянно - начинается захлеб. И спирт (хвосты) через трубку связи с атмосферой наводят вонь на все помещение, пока хозяин не кинется проветривать...
Начал ограничивать мощность на втором тене до 95Вольт - и захлеб в конце вроде прекратился, и доп. мощность все равно в колонну подается. Но не было хлопот... купил датчик давления.

Теперь начался вариант 3

По этому варианту стабилизатор давления прочно и уверенно держит последнее в любых границах от О до захлеба гарантированного.
На двух разных колоннах проверил - что по регулятору мощности захлеб на 12мм рт.стоба для одной и на 30мм рт. столба на другой - что по регулятору давления -  один в один, с точностью до погрешности измерений.
Что, в принципе, очевидно.
Итак, выставляю предзахлеб, начинаю ректификацию. Колонна стоит в режиме "на себя" сколь угодно долго - хоть три часа - все стабильно. Но, как только начинается процесс отбора - через какое то время начинается захлеб. Уменьшаю на 15% давление. Работает. ПОтом опять захлеб. Опять уменьшаю.
И так несколько раз за ректификацию. Начинаю с 30мм, заканчиваю на 7мм.
Начинаю вспоминать, как вело себя давление при работе по  варианту 2.
Вспоминаю - там у меня манометр в процессе ректификации падал к нулю постепенно, а мощность подавалась стабильно. Думал - манометр, сука, затекает в работе. Но нет - это обьясняли где-то вскользь на форуме - мол, при той же мощности обедняемый спиртом раствор дает постепенно меньше пара - давление падает.

И вот теперь сижу я и думаю - а какой же вариант-то правильный с практической точке зрения?

На форуме куча информации о стабилизации именно давления... а мне этот метод не нравится все больше с практической точки зрения.

Я вижу, в принципе, как отследить начало захлеба по температуре в колонне, и как с помошью контроллера убрать давление от захлеба вниз вовремя. Но ведь, точнее, мы-то уберем мощность и ликвидируем захлеб, а давление уберется само на новый уровень - и там придется предзахлеб опять отслеживать по температурам. Тогда на кой нужен датчик давления вообще?

Короче - либо я чего то не понимаю, либо регулятор мощности, один раз настроенный на предзахлеб с минусом достаточного количества процентов - решает вопрос при стабильном напряжении в сети.
Либо, даже при нестабильности сети, простая регуляция мощности по температуре одновременно с изменением ФЧ, (а то и вообще вместо кручения ФЧ) - реальный метод гнать ректификат надлежащего качества. Используя почти все ресурсы колонны по разделяющей способности.


Если мне обьяснят популярно, как нужно делать - я буду признателен и попробую проверить рекомендации...   

Странно это. На моей колонне захлеб при примерно том же давлении, что в начале, что в конце. И при увеличении отбора захлебное давление растет. Т.е. если я настроил колонну при работе на себя - при любом отборе все будет отлично. Может у тебя в колонне какое-то слабое место есть, которое все это вызывает?

Странно это. На моей колонне захлеб при примерно том же давлении, что в начале, что в конце. И при увеличении отбора захлебное давление растет. Т.е. если я настроил колонну при работе на себя - при любом отборе все будет отлично. Может у тебя в колонне какое-то слабое место есть, которое все это вызывает?
Rudy, 02 Апр. 09, 02:10

У меня похожая картина как и у И-223. При постоянном давлении гонишь- приходится в процессе его помаленьку понижать. При Р-const  всё время уменьшаешь отбор до нуля. А у меня точно ни каких сужений на колонне нет ни в верху ни внизу,

Я могу провести точные замеры, но принципиальная картина одинаков для колонны с насадкой Зульцера и со спиральнопризматической насадкой. Разнятся только абсолютные величины давлений, ну, может быть, динамика. Но принцип одинаков. Поэтому я и хочу понять - либо у меня методология хромает, либо в колоннах проблемы (какие?), либо сам принцип стабилизации давления увечен. Как быть с теорией вопроса? К примеру, можно ли на модели колоны стабилизировать давление? мощность? и посмотреть, что в процессе получается?

Стил мне в личке написал, без его разрешения не выкладываю.
Но - прямо повеселел я, вроде есть простое обьяснение тому, что я наблюдаю.
Стил, не ленись - выкладывай свои соображения развернуто на эту ветку!!

Короче - либо я чего то не понимаю, либо регулятор мощности, один раз настроенный на предзахлеб с минусом достаточного количества процентов - решает вопрос при стабильном напряжении в сети.
Либо, даже при нестабильности сети, простая регуляция мощности по температуре одновременно с изменением ФЧ, (а то и вообще вместо кручения ФЧ) - реальный метод гнать ректификат надлежащего качества. Используя почти все ресурсы колонны по разделяющей способности.
игорь223, 02 Апр. 09, 00:19

Именно так и делал.(Читать в черном )
А небольшую коррекцию мощности, можно делать исходя из температуры в кубе. Выяснится из пробной перегонки.Укого большой опыт может ответить и так.
ИМХО

Я делал по разному.
Есть мелкий практический вопрос, связанный с этой темой ненапрямую.
Мне нужен трансформатор тока, чтобы получить датчик, снимающий значение тока, протекающего в тенах. Чтобы этот датчик подцепить на аналоговый вход Овеновского регулятора и получить регулятор мощности с обратной связью.
Есть микросхема, к примеру - ACS704ELC - 015? которая мне подходит, но ее нет в нашем местечковом городишке. Можно намотать транс, но после выпрямления и, возможно, усиления, нужен будет сильный интегратор, чтобы размазать старт-стопный метод регуляции мощности тена.
Есть у кого опыт в постороении таких схем?

Стил пишет -
По поводу трансформатора тока: ТЭН - чисто активная нагрузка с неизменным сопротивлением. ТКС в голову не берем - ТЭН не нагревается настолько. Поэтому для контроля ТЭНа без разницы что мерять - напряжение или ток. Мне кажется напряжение проще?

Мои мысли
Тогда нужен среднеквадратичный вольтметр. А теперь прикинь схему - тен, на нем датчик напряжения, от него овен с выключением-включением. Без интегратора сильного будет просто генерация стартов и стопов. А если мерять напряжение ... хотя надо подумать.
Трансформатор (будет ли работать при напруге, к примеру 1.5 секунды есть и полторы - нет) потом выпрямитель, резистор и кондер (РС цепочка - интегратор), далее  делитель напряжения - и на вход овена.
Тен запитали - напряжение на кондере растет - тен вырубился - напряжение падает. Номинал РС цепочки определяет длительность периода, уставка Овена - уровень мощности.
Вроде на словах работает. Непонятно, как быть с индуктивной составляющей транса - раз.
И потом ток дает нам доп информацию. Если он стал равен нулю и обратная связь не действует - то понятно, что тену пиздец.

Че то я уже сам с собою общаюсь - скоро блог будет...

Игорь223, для меня ситуация более-менее проясняется.
Когда фиксируешь предзахлебную мощность в начале процесса, в каждый последующий момент режим всё дальше и дальше уходит от предзахлёбного в спокойный. При этом в связи с ростом потерь, непрерывно падает количество пара, достигающего дефлегматор. Если при этом не снижать отбор, падает флегмовое число, а вместе с ним и разделение. Кроме того, к колоннах с плотной насадкой ухудшается смачивание насадки, она частично осушается паром, образуются паровые каналы, что также плохо сказывается на разделении.
С другой стороны, настроив мощность в начале процесса при работе "на себя", точно знаешь, что захлёба не будет.

Хотя это не факт. Если колонну, работающую на себя на предзахлёбной мощности ввести в режим полного отбора, а спустя минуту резко прекратить отбор, колонна скорее всего захлебнется. Надо пробовать.

Когда стабилизируется давление, и особенно если верхняя мощность нагрева значительно больше оптимальной, наблюдается следующее. При работе "на себя" насадка оказывает наибольшее сопротивление потоку пара, так как максимально смочена. Значит при стабилизации давления при работе " на себя" куб получает минимальную мощность. Любой отбор уменьшает смоченность, пар выходит легче, для поддержания давления регулятор даёт больше энергии, куб выдаёт больше пара, тем самым поддерживается тот самый предзахлёбный режим. Получив больше пара, дефлегматор возвращает больше флегмы в колонну, чем восстанавливается прежнее гидравлическое сопротивление колонны, но уже соответствующее некоторому потоку пара.
На больших отборах проток отбираемой и возвратной флегмы становятся сопоставимыми, и поэтому стоп отбора (или просто существенное его снижение) приводит к значительному увеличению смачивания. Мощность в кубе при этом увеличена (так как до этого был большой отбор). Пар перестаёт пускать флегму в колонну, но давление при этом не растёт, так как смачивание насадки не выросло, а столба жидкости для создания давления нет. Нагрев не уменьшается, флегма зависает в дефлегматоре. Насадка всё больше высушивается (растёт температура термометра в насадке), а дефлегматор затапливается холодной флегмой (температура в дефлегматоре падает). Так как отрицательной обратной связи нет, процесс идёт по нарастающей, и без внешнего вмешательства не останавливается. Если дефлегматор достаточно высокий, в нём накапливается сторб жидкости, появляется обратная связ и процесс стабилизируется, но в ненужном нам режиме.

Вроде сумбурно, нет времени оттачивать формулировки...


Игорь, 02 Апр. 09, 14:16

перенесено из темы про отбор спирта.

По первой половине согласен, тут надо подумать. Колонна то у меня с запасом, поэтому вполне может быть, что я этого ухудшения не чувствую. Но оно есть, очевидно.
Хотя, уменьшая периодически давление (для устранения захлеба) без уменьшения отбора  мы точно также ухудшаем разделение, ведь так.
А уменьшая постепенно отбор на той же подводимой мощности о давлении можно не думать - оно само падает. Тут надо думать еще маленько.

По второй половине обьяснения - с первого раза не вьехал, задергали звонками. Чуть позже вчитаюсь....

Вторая часть имеет ряд допущений, приняв которые, все стройно выглядит.
Но - не соответствует моим наблюдениям.
К примеру, первый захлеб обычно наблюдается на середине отбора голов или ближе к его концу. При мощности тенов 1,5кило (грубо) отбор не больше 100мл-час, обычно ближе к 50мл. То есть ситуация квазистационарная, ФЧ очень велико и говорить об осушении насадки не приходится. А тем не менее начинается захлеб, причем очень плавно. От первых брызг вверх и в стороны от насадки на стекло дефлегматора до полного "закипания" жидкости под узлом отбора проходит минут пять, не меньше.

Дальше цитирую мнение Стила, он ленится принципиально сам писать -

"Я считаю, что поддержание давления - это ликвидация захлеба на входе в колонну (снизу). Поскольку у многих проблема со входом (сетки, уменьшения сечений, брызговнос конденсата), то это решает проблему. Когда решена проблема со входом в колонну, следующая проблема начнется на тарелке с самой легкокипящей фракцией (в случае основного режима работы колонны - на конце укрепляющей части колонны, выше - чистый азеотроп).

При этом вся мощность, которую подаем в куб, доходит до этой точки (пренебрегаем потерями) и испаряет количество спирта, большее чем количество пара, поступившее из куба. Соответственно, в этой точке начинается захлеб, который ползет вверх".

Конец цитаты.

То есть, как понял я - своими словами.

Вначале процесса, когда спирта в кубе много, для испарения в обьеме предзахлебного давления нужна предзахлебная мощность, пусть для примера 1,5кВт.
С течением времени спирта становится меньше, для того, чтобы испарить азеотропа для создания  того же уровня давления - требуется повышенная мощность. Что и делает регулятор-стабилизатор давления.

А, поскольку кран отбора мы не крутили, то больше мощности (без учета потерь при подаче вверх, и впрямь небольших) доходит до верха колонны, больше спирта переиспаряется в дефлегматор, больше конденсируется.... короче, увеличивается с течением времени ФЧ не за счет уменьшения отбора, а за счет увеличения поступления легкого спирта.
И, когда ему деваться некуда - колонна закипает именно вверху.
Такая трактовка похожа на мои наблюдения.

Жду комментариев от старших товарищей....

Вот мой взгляд, который я тезисно излагал Игорю в личке:

Сначала введение, чтобы говорить одними и теми же терминами.

1. Захлеб происходит, когда поток пара становится настолько большим, что не дает флегме стекать по насадке.

2. Исходя из законов сохранения энергии, какую мощность мы подаем в куб, такая мощность и выделяется при конденсации пара в дефлегматоре (за минусом потерь, естественно. С потерями отдельно).

3. С понижением спиртуозности теплота парообразования увеличивается.

Что нам это дает? Вывод такой - испарив одно количество кубовой жидкости и передав его в колонну, мы получим бОльшее количество спиртового пара на входе в дефлегматор, поскольку его теплота парообразования меньше.

Что происходит при снижении спиртуозности кубовой жидкости в процесе отбора и поддержании давления:
Для поддержания постоянного давления в кубе надо испарять одинаковое количество жидкости в единицу времени. Но, поскольку теплота парообразования растет с уменьшением спиртуозности, требуется все большая подводимая мощность.

Что происходит на тарелке между укрепляющей и эпюрационной частью колонны:
На этом уровне колонны уже чистый спирт. При этом объем пара спирта будет больше, чем объем пара, испарившегося в кубе. При определенном уровне произойдет захлеб.

Соответственно, захлеб будет определяться пропускной способностью колонны по спирту.

Во многих конструкциях проблемный узел был на входе в колонну. Избежать захлеба на нем как раз и способствовало поддержание постоянного давления в кубе.

Вывод такой - испарив одно количество кубовой жидкости и передав его в колонну, мы получим бОльшее количество спиртового пара на входе в дефлегматор, поскольку его теплота парообразования меньше.steel.ne, 02 Апр. 09, 17:02

Тепло от куба в дефлегматор на всех этапах правильной ректификации передаётся исключительно в виде энергии испарившегося спирта. И состав этого спирта одинаков. При подаче киловатта энергии в куб в течении часа, в дефлегматор придёт 4 литра спирта не зависимо от его кубовой концентрации. Сколько из этого количества можно забрать без нарушения состава пара, который доходит до дефлегматора - уже другой вопрос.
То есть, независимо от кубовой концентрации, для подачи ведра спиртового пара в дефлегматор, в куб нужно подать стакан тепла. Вода и примеси, не попадающие в дефлегматор, являются в этом процессе теплоносителем, они не добавляют тепла и не отнимают, а только переносят его. Поэтому состав кубовой жидкости не влияет на количество спиртового пара.

Что происходит при снижении спиртуозности кубовой жидкости в процесе отбора и поддержании давления:
Для поддержания постоянного давления в кубе надо испарять одинаковое количество жидкости в единицу времени.

Абсолютно ошибочно. Если колонну заткнуть наглухо, ничего испарять не надо. Создал давление - и прекращай испарение, только компенсируй теплопотери - давление будет поддерживаться. Ты не учитываешь отвод пара, то есть "диаметр дырочки", через которую этот пар выходит. Если мы отбираем конденсат, мы делаем эту "дырочку" свободней, а если весь конденсат возвращаем в насадку, мы затыкаем колонну, и тогда такое-же давление обеспечится меньшим количеством пара.
Кроме того, ты не учитываешь состав испаряющейся жидкости. Для получения 22,4 литра пара в нормальных условиях, нужно испарить 1 грам-моль вещества. Для воды это 18 миллилитров, для спирта - 57 миллилитров.
Состав того, что испаряется из куба, зависит не только от состава кубовой жидкости, но и от состава и температуры возвратной флегмы. Так что, говоря о том, что испарить нужно одинаковое количество жидкости, ты сам себя вводишь в заблуждение.

Итоги подводить не буду - жрать хочу, а на голодную могу и накосячить  :)

Я уже слегонца заикаюсь от напряга мозга, но считаю эту тему крайне важной. Когда Руди (если Руди-партизан) дорожает контроллер, то выводы, которые мы здексь сделаем, лягут важной составляющей алгоритма ректификации.

Так вот, Игорь -
если "состав кубовой жидкости не влияет на количество спиртового пара" - цитирую твои слова, то тогда почему в процессе ректификации со стабилизацией мощности падает давление в кубе?
Я делаю допущение от обратного
стабилизируем мощность - падает давление
в обратную
стабилизируем давление - растет мощность.

Мощность выросла - пара стало больше - колонна захлебнулась.
Где ошибка в этих рассуждениях?

Для проверки роста мощности при ректификации мне нужен трансформатор тока, будь он неладен - пол дня убил сегодня на его изготовление - не работает, сука.
Завтра куплю электросчетчик, нах и померяю им....

если "состав кубовой жидкости не влияет на количество спиртового пара" , то тогда почему в процессе ректификации со стабилизацией мощности падает давление в кубе?
игорь223, 02 Апр. 09, 19:23

Потому что с истощением кубовой жидкости растёт температура  куба, а вместе с ней и дельта Т куб-воздух. Потери тепла прямо пропорциональны этой дельте. При ректификации температура воздуха вокруг куба - градусов 30. При начале ректификации, когда в кубе 80, дельта равна 50 градусов,а в конце - 70. То есть если потери куба в начале равны 200 ватт, то в конце они уже становятся равными 280. Значит при мощности в кубе 700 ватт, количество пара, доходящего до дефлегматора, в начале процесса кратно 500, а в конце - 420. Это на 15% меньше!

Если бы мощность приходилось увеличивать на 15% за период ректификации, то при стабильной мощности давление бы упало на пропорциональную величину. Могу ошибаться - не знаю линейности этой зависимости - просто предполагаю. А давление падает в разы.
И наоборот - чтобы уйти от захлеба в конце, давление нужно уменьшать в разы - скажем с тридцати единиц до семи.
Как быть с этим?

...
Для проверки роста мощности при ректификации мне нужен трансформатор тока, будь он неладен - пол дня убил сегодня на его изготовление - не работает, сука.
...
игорь223, 02 Апр. 09, 19:23

Вот еще один довод в пользу температуры в кубе как надежного источника информации. Ну измеришь ты подводимую к кубу мощность с хорошей точностью, но теряемая им мощность (в окружающую среду) останется неизвестной (рассуждения о линейности роста потерь с ростом t не совсем корректны). А вот интенсивность кипения смеси будет примерно пропорциональна температуре (ну и от давления есть зависимость, конечно). Затем. Что там кипит? Ведь есть разница по влиянию на конечный результат, состав опять-таки.

ИМХО, пока имеет место увлечением стабилизацией(ями), а не управлением как таковым.

Насчет трансформатора тока. Зачем он тебе? Ведь уже говорили уже про достаточность измерения напряжения и малое влияние относительно небольших температур на сопротивление ТЭНа.

О, насчет ТЭНов подумалось особо У них такие тонкие трубки, вокруг них такой сильный локальный перегрев! Там все кипит и делает пар не совсем так, как в кубе в целом; значительно интенсивнее! Ну и так далее...

Проведена пара пробных ректификаций в рамках отладки, в последнюю я даже собственно спал, пока шел процесс. SerjNSK, 02 Апр. 09, 22:09

Маленький скепсис
Надеюсь термодатчик в дефлегматоре в автоматическом процессе не учавствовал. По тому, как есть уже как минимум два человека, говорящих, что брызги флегмы всетаки уносятся паром с насадки.

А тем не менее начинается захлеб, причем очень плавно. От первых брызг вверх и в стороны от насадки на стекло дефлегматора до полного "закипания" жидкости под узлом отбора проходит минут пять, не меньше.игорь223, 02 Апр. 09, 16:13

А защиты от них, как выяснилось, у тебя нет.
Или Ваша с Руди автоматика, далека от оптимальных режимов, или ты чего то не договариваеш со схемой снятия температуры

Если у тебя хоть в каком-то месте колонны образовалась такая ситуация - колонна уже в захлебе - нарушено нормальное течение флегмы. И неважно, что ты этого не видишь, этот кусок колонны уже не работает нормально.

Вывод такой - испарив одно количество кубовой жидкости и передав его в колонну, мы получим бОльшее количество спиртового пара на входе в дефлегматор, поскольку его теплота парообразования меньше.

Тепло от куба в дефлегматор на всех этапах правильной ректификации передаётся исключительно в виде энергии испарившегося спирта. И состав этого спирта одинаков.

Ну не согласен же. Используем твой любимый принцип - доведение до абсурда. В кубе - чистая вода, в дефлегматоре - чистый спирт. 

При подаче киловатта энергии в куб в течении часа, в дефлегматор придёт 4 литра спирта не зависимо от его кубовой концентрации.

Да, но из куба испарится литр воды. До дефлегматора дойдет 4 литра спирта. Ы?

То есть, независимо от кубовой концентрации, для подачи ведра спиртового пара в дефлегматор, в куб нужно подать стакан тепла. Вода и примеси, не попадающие в дефлегматор, являются в этом процессе теплоносителем, они не добавляют тепла и не отнимают, а только переносят его. Поэтому состав кубовой жидкости не влияет на количество спиртового пара.

Еще раз - мы сравниваем количество кубового пара и количество спиртового пара в единицу времени. Будет разница в их объемах и какого пара будет больше?