Продуктивність колони ректифікації в залежності від діаметра царги або обсягу куба

Серцем кожної РК є царга з насадкою, саме її можливості багато в чому і визначають продуктивність колони в цілому. Для аналізу домовимося що, як і належить при ректифікації, царга має висоту насадок частини 150 см і в неї засипана СПН 3,5 х 3,5 х 0,25 мм, а куб заповнений на три чверті 40% спиртом-сирцем.

теорія

Полуторадюймовим колона може мати царги з внутрішнім діаметром 35 або 38 мм, а 2 дюймова - 48 або 50 мм. Стандартний на сьогодні набір можливих кубів: 20, 30, 37 і 50 літрів.

Максимальна роздільна здатність колони досягається на предзахлебной потужності, вона ж і забезпечує при заданому флегмовом числі максимальну швидкість відбору. Багато починаючі винокури не зовсім справедливо ототожнюють предзахлебную потужність з продуктивністю колони. Насправді, ректифікація включає в себе кілька етапів, кожен з яких вимагає часу.

При виборі діаметра колони і обсягу куба важливо розуміти, як їх поєднання відіб`ється на трудомісткості процесу і кількості витрачається на ректифікацію часу.

етапи ректифікації

1. Підготовка обладнання до роботи. Збірка обладнання, заливка спирту-сирцю в куб та інші підготовчі операції. Зазвичай на все йде близько 0,5 години, Т1 = 0,5.

2. Нагрівання до кипіння. Якщо ТЕН обраний правильно, виходячи зі співвідношення 1 кВт потужності на 10 літрів навалювання, то розігрів займе приблизно 40 хвилин або Т2 = 0,7 години.

3. Стабілізація. Даний етап вимагає від 30 хвилин до 1 години. Нехай буде 45 хвилин або Т3 = 0,75 години.

4. Відбір головної фракції. Час відбору «голів» (Т4) не залежить від швидкості відбору. Для виведення з куба всіх головних домішок потрібно щоб кожен літр навалювання хоча б раз випарувався і побував в колоні. Для цього потрібно подати 1 кВт потужності нагріву на кожен літр абсолютного спирту в кубі.

Робоча потужність у Ватах чисельно дорівнює площі поперечного перерізу колони (S) в квадратних міліметрах.

Кількість абсолютного спирту (АС) визначається, виходячи з обсягу навалювання (СС) і її фортеці.

Т4 = АС / N (годин), де:

АС = 0,4 * CC (літр);

N = 3,14 * d2 / 4/1000 (кВт);

d - внутрішній діаметр колони (мм).

Звідси отримуємо:

Т4 = 510 * CC / d2 (годин), де:

СС - 40% навалювання в літрах,

d - внутрішній діаметр колони (мм2).

5. Відбір підголівників. Цей етап потрібен для очищення насадки від залишків головної фракції. Кількість підголівників залежить від утримуючої здатності та обсягу насадки. Утримуюча здатність СПН 3,5 х 3,5 х 0,25 приблизно дорівнює 150 мл флегми на 1 літр насадки. Щоб її якісно промити, потрібно відібрати 2-3 обсягу, для розрахунків приймемо - 2,5.

Щоб відібрати цей обсяг на швидкості 0,5 л / год, потрібно витратити 2 години. Якщо ж підняти швидкість до половини номінальної, то досить буде і 1,2 години незалежно від діаметра царги.

Занадто маленька швидкість знижує ефективність очищення і якість спирту. Але зараз не про це, для сьогоднішньої завдання приймемо час відбору максимальним: Т5 = 2 години.

Обсяг відбору в літрах:

Vотб = 2,5 * 0,15 * Vн = 0,375 Vн, де:

Vн - об`єм насадки в літрах.

Якщо швидкість відбору прийняти рівній 0,5 л / год, то час відбору:

Т5 = 0,75 * Vн.

Якщо швидкість відбору дорівнює половині номінальної швидкості, то з огляду на, що номінальна швидкість відбору Wном в мл / год чисельно дорівнює площі поперечного перерізу колони в мм2, час відбору підголівників:

Т5 = (0,375 * Vн) / (0,5 * S) = 0,75 * Vн / S = 0,75 * L * S / S

T5 = 0,75 * L (годину), де:

L - висота колони в метрах.

При швидкості відбору підголівників дорівнює половині від номінальної, час відбору в годиннику чисельно дорівнює ¾ від висоти колони в метрах, і не залежить від діаметра колони або обсягу навалювання.

6. Відбір товарного спирту. Початкова швидкість відбору в мл / год чисельно дорівнює площі поперечного перерізу колони (S) в мм. До кінця відбору для підвищення флегмового числа і підвищення розділяє здатності зменшуємо швидкість відбору в 2.5 рази. Середня швидкість відбору «тіла» буде приблизно в півтора рази нижче номінальної.

Обсяг товарного спирту становить приблизно 80% від АС в навалювання.

Звідси час відбору «тіла»:

Т6 = 0,8 * 0,4 * CC / (S / (1000 * 1,5)) = 480 * CC / S;

Т6 = 611 * CC / d2, де:

СС - кількість 40% спирту-сирцю (л),

d - діаметр царги (мм).

7. Відбір «хвостів». Кількість «хвостів» приблизно дорівнює 10% від обсягу АС в кубі. Швидкість відбору приблизно дорівнює половині від номінальної.

Т7 = 0,1 * 0,4 * CC / (S / (1000 * 2)) = 80 * CC / S;

Т7 = 102 * CC / d2.

8. Витіснення домішок з колони. Це операція займає півгодини, Т8 = 0,5.

9. Розбирання обладнання та прибирання приміщення. Найменш приємний етап, зазвичай займає до 1 години, Т9 = 1.

Загальний час ректифікації

Загальний час, необхідний для одного циклу ректифікації:

Т = Т1 + Т2 + Т3 + Т4 + Т5 + Т6 + Т7 + Т8 + Т9;

0,5 + 0,7 + 0,75 + 510 * CC / d2 + 2 + 611 * CC / d2 + 102 * CC / d2 + 0,5 + 1.

Спрощуємо і отримуємо:

Т = 5,45 + 1223 СС / d2.

Обсяг спирту (Vc), отриманого за цей час, приблизно дорівнює 0,8 від АС в кубі, втратами на невиправні «голови» і залишок в кубі пренебрежем.

Vc = 0,8 * 0,4 * CC.

Продуктивність, з якої можемо отримувати спирт за годину праці з колоною, можна порахувати за формулою:

Пр = Vc / Т.

Практичні аспекти ректифікації

На основі отриманої моделі спробуємо відповісти на хвилюючі питання.

1. Реальна продуктивність колони в залежності від її діаметра і об`єму навалювання (л / год).

Стартова швидкість відбору «тіла» набагато вище, ніж реальна продуктивність колони. Думати, що при номінальній продуктивності 2-х дюймової колони в 1800 мл / год перегонку 40 літрів спирту-сирцю фортецею в 40% можна завершити за 9 годин просто наївно.

З урахуванням всіх необхідних операцій, реальна продуктивність буде практично в 3 рази менше. Різниця в продуктивності 35 мм і 48 мм колоною насправді не 800 мл / год, як здається з першого погляду, а всього лише в 250 мл / год. І це багато, так як процес йде не одну годину.

2. Час робочого циклу (годин).

Графік показує вплив обсягів кубів (вісь Х) на загальний час ректифікації (вісь Y) при різних діаметрах колони. Навалювання стандартна - три чверті обсягу куба. Стає очевидною нерозумність деяких варіантів комплектацій. Для того щоб оцінити наскільки буде зручно користуватися тим чи іншим варіантом, розглянемо тривалість основних операцій.

3. Ключові точки роботи, що вимагають втручання оператора.

3.1. Час від початку процесу до закінчення відбору «голів» або перший підхід до кубу для зміни тари.

3.2. Далі відбираємо підголовники протягом 2 годин на швидкості в половину від крейсерській (номінальної). Підходимо до колони і міняємо тару, приступаючи до відбору «тіла».

3.3. Відбір тіла закінчиться і потрібно буде підійти до колони для зміни посуду.

3.4. Відбір «хвостів» займе.

3.5. Потім підходимо до колони і завершуємо роботу, що займає 1,5 години.

висновки

1. Чим більше навалювання куба, тим вище реальна продуктивність. Але підвищувати її нескінченно не вийде. Коли температура в кубі досягає 90-92 градусів, сивуха та інші проміжні домішки починають масовано залишати куб і накопичуватися в насадці. Якщо навалювання занадто велика, то після накопичення в нижній частині колони домішки почнуть підніматися все вище і прориватися в відбір. Доведеться раніше переходити на «хвости». Для отримання нормальної продуктивності, навалювання повинна бути більше 10 обсягів насадки, але менше 20 - щоб не пропустити «хвости».

2. Оптимальний обсяг навалювання 40% СС при ректифікації становить 15 обсягів насадки.