Тонкощі установки термометра в перегінному кубі
Термометр в кубі повинен давати максимально достовірну інформацію для правильної оцінки ходу процесу перегонки. При цьому головне питання, не куди ставити термометр, а навіщо його ставити взагалі? Що ми хочемо побачити або розрахувати за його свідченнями? Якщо розібратися з цими питаннями, інші моменти стануть очевидними.
Отже, почнемо з простих питань. Перший з них: який фортеці навалювання в кубі? Щоб відповісти, досить знати температуру кипіння навалювання в поточний момент.
позначення:
- Т1 - температура кубової навалювання;
- Т2 - температура пара;
- Т3 - температура пари на вході в колону.
Всіх плутає некоректний термін - «кубовая температура». Можна виміряти безпосередньо температуру Т1 в рідинної зоні або температуру пара Т2. Начебто в обох випадках це «кубовая температура», але це не так. Якщо ми вимірюємо температуру рідини Т1, то і отримуємо саме її. А ось дізнавшись температуру пара Т2, в подальшому можемо тільки припустити, що вона дорівнює Т1.
У момент відриву пара від киплячої поверхні, дійсно, Т1 = Т2. Але з кожною миттю пар втрачає температуру. На виході з куба в колону він набагато холодніше, ніж кипляча навалювання.
Ступінь охолодження спиртового пара залежить від тепловтрат через бічні стінки і кришку куба. Також чималу лепту вносить і ллється з колони відносно холодна флегма. Наскільки велика ця похибка? Вимірюється температура пара може перебувати в діапазоні від температури пароутворення до температури конденсації.
Ширину цього коридору можна наочно побачити за допомогою всім нам відомої «рибки».
Припустимо, що в кубі кипить 25% розчин спирту. Піднімаючись по стрілочки 1 до перетину з графіком температури кипіння рідини (червона крива), потім звертаємо по стрілці 2 і визначаємо температуру кипіння (пароутворення) - 87 градусів. Пройшовши по стрелочкам маршрутом 1-3-4-5, визначимо температуру конденсації утворюється при цьому пара - 80,5 градусів. Це означає, що термощуп, що стирчить десь в парової зоні, покаже температуру від 80,5 до 87 градусів.
Чим довше і ближче до киплячої поверхні буде щуп, тим з менш охолодженим паром він зустрінеться, і тим ближче показання термометра будуть до 87 градусів, і навпаки, чим коротше і ближче до стікає флегме, а також кришці куба буде щуп, тим ближче його показання наблизяться до 80,5 градусів. Якщо ще термометр вставлений в товсту гільзу, приварену до кришки, то гільза як великий радіатор буде відводити тепло, а показання термометра стануть ще більш непередбачуваними.
Похибка вимірювань стане пренебрежимо малої, якщо кип`ятити в кубі рідина близьку за своїм складом до чистого спирту або воді. У цьому випадку різниця між температурою конденсації і температурою пароутворення буде прагнути до нуля разом з можливою помилкою вимірювань. Але ось невдача - цей діапазон винокурам не цікавий.
Максимальна різниця і можлива похибка доводиться на діапазон перегонки - 93-98 градусів, а похибка може становити до 12 градусів.
Це коридор, в якому в залежності від тепловтрат буде знаходитися температура пара, тобто максимальне значення похибки. Насправді, такого не буває. Чим краще утеплений куб і його кришка, тим менше тепловтрати, а значення Т2 ближче до Т1.
Але існує ціна помилки ... Припустимо, термометр в парової зоні показав 98 градусів, ми зупинили відбір, думаючи, що в кубі залишилося всього лише 2% спирту. Насправді, температура навалювання була 97 градусів і вміст спирту приблизно на 1,3% більше. При кубової навалювання в 30 літрів це 400 грам втраченого 96% спирту або 2 пляшки горілки. Передчасний перехід на «хвости» списав до повторної ректифікації ще приблизно стільки же.Всё тому, що жало термометра не знаходилося в рідинної зоні і при похибки всього в 1 градус. Якщо куб погано утеплений, жало знаходиться далеко від поверхні навалювання і похибка набагато більше?
Визначення температури навалювання по температурі пара має похибку невизначеною величини, максимальне значення похибки неприйнятно, оскільки втрати спирту будуть дуже великими.
Знаючи точне значення температури навалювання, можна визначити її поточну фортеця і вміст спирту в парах на вході в колону. Маючи фортецю продукту на виході, реально прикинути, з якою кількістю ступенів поділу (теоретичних тарілок) працює в даний момент колона.
Це дуже важлива і потрібна температура, єдина з усіх, абсолютну величину якої потрібно визначати з максимальною точністю.
Кубова температура - це температура навалювання (рідини), міряти її потрібно безпосередньо без посередництва пара, опустивши термометр в рідинну зону.
Та й правда, яку користь можна очікувати від посередника, крім зіпсованої інформації?
Як вибрати термометр для перегінного куба
Будь-термометр має клас точності. Це важливий параметр, на якій потрібно звертати увагу. Часто недобросовісні виробники комплектують продаються куби біметалічними термометрами з класом точності 2,5. Це означає, що при вимірюванні температури максимальна похибка становитиме 2,5% від максимального значення на шкалі термометра.
Якщо значення дорівнює 120 градусам, то похибка може бути до 3-х градусів. Наприклад, якщо ми збираємося відсікти «хвости» при температурі 94 градуси, і нарешті-то побачили цю температуру на термометрі, то насправді реальна температура може бути від 91 до 97 градусів. І це крім впливу інших факторів, розглянутих вище.
При класі точності 1,5 - максимальна похибка становила б 1.8 градуса. При одному і тому ж класі точності термометр з меншим максимальним значенням вимірюваної температури буде точніше.
Як правило електронні термометри видають більш високий клас точності. Навіть побутової кухонний термометр має точність плюс-мінус 1 градус при ціні поділки 0,1 градуса, але не все так просто. Точність вимірювання абсолютної температури і роздільна здатність - різні речі. Такі термометри виправдано застосовуються в колонах, де важлива не сама температура, а її зміна. Ось тут-то і грає роль 0,1 градуса. При вимірі кубової температури він, безумовно, дасть більш точну температуру, ніж біметалічний термометр, але чудес чекати не варто.
Для більш точного вимірювання температури кубової навалювання застосовуються електронні термометри типу Т-0,36-DS-A з виносним термодатчиком, у яких роздільна здатність і точність вимірювання рівні 0,1 градуса. Правда, діапазон вимірювань скромніший: від -55 до 125 градусів, але для цілей перегонки - в самий раз. Є і недолік - термодатчик DS18B20 вимагає гільзи для розміщення в кубі.
Найбільш простий і доступний варіант розміщення термодатчика - в гільзі ТЕН. При установці досить її відігнути на пару сантиметрів убік і вгору від нагрівальних елементів.
Якщо прийнято рішення встановлювати гільзу, необхідно дотримати прості вимоги: жало термодатчика повинно бути на деякому віддаленні від ТЕН, дна і стінок каструлі. Хоча б пару сантиметрів. Але і захоплюватися не потрібно, гільза не повинна заважати встановленню додаткового обладнання, наприклад фальш-дна. Ще гільза не повинна бути масивною, так як це не сприяє точності вимірювань. Добре якщо внутрішній діаметр гільзи наближається до діаметра термодатчика, застосування термопасти - вітається.
висновки
- Термометр для виміру кубової температури слід розташовувати тільки в рідинної зоні.
- При виборі термометра потрібно звертати увагу на клас точності, діапазон вимірювань і роздільну здатність.
Автор статті ІгорьГор.