Вибір насадки для ректифікаційних та бражної колон

З проблемою вибору оптимальної насадки рано чи пізно стикаються всі власники апаратів колонного типу. Зазвичай рішення приймають, виходячи з рекомендацій виробника колони або рад на форумах. Проблема в тому, що часто інформація на популярних Інтернет-ресурсах не є об`єктивною, оскільки виробники і продавці насадок в явній і неявній формі виступають спонсорами постів, в яких вихваляють їх дітище. У цій статті ми спробуємо на основі розрахунків об`єктивно оцінити властивості найпопулярніших насадок: спірально-призматичної (СПН), регулярної дротяної (сітки Панченкова, РПН) і побутових металевих мочалок.

При виборі насадки головними критеріями є пропускна і розділова здатність. Важливі, звичайно, вага і ціна. Прив`яжемо всі ці показники один до одного для розуміння, що отримуємо за свої гроші.

Відразу обмовимося, що розділова і пропускна здатність колони залежать не тільки від властивостей насадки, але і від інших факторів: флегмового числа, потужності нагріву, вертикальності розташування колони, якості засипки насадки, тепловтрат і т. Д. Тому при оцінці насадки будемо розбирати тільки її можливості та обмеження, без прив`язки до конкретного типу або конструкції колони.

Роздільна здатність насадки визначається площею контактної поверхні між парою і флегмою. Іншими словами, площею поверхні змоченою насадки. Пропускна здатність - вільний від насадки і флегми обсяг.

Обидві ці величини можна визначити шляхом нехитрих розрахунків. Зробимо їх на прикладі популярної насадки СПН 3,5. В якості вихідних даних знадобляться наступні характеристики насадки:

• вага одного літра (Р) - 1050 грам;
• діаметр дроту (D) - 0,25 мм;
• якщо насадку труїли, потрібно врахувати глибину травлення (Ht) - 0,01 мм і щільність матеріалу (Ro) - 7,9 г / см³;
• приймемо з експериментальних даних величину утримання флегми одним літром насадки (Vf) - 150 см³.

1. В одному літрі обсягу колони насадка займе (см³):

V = P / Ro-

V = 1050 / 7,9 = 133 см³.

2. Діаметр травленою дроту дорівнює (мм):

Dt = D - Ht-

Dt = 0,25 - 0,01 = 0,24 мм.

3. Площа контакту пара з 1 літром змоченою насадки (см²):

S = 20 * ((2V + Vf) / Dt)-

S = 20 * (2 * 133 + 150) / 0,24 = 34667 см².

4. Пропускна здатність 1 літра змоченою насадки (%):

РСП = (1000 - V - Vf) / 10-

РСП = (1000 - 133 - 150) / 10 = 71,7%.

Прив`язати до отриманих характеристикам вартість насадки зовсім вже просто. Розділимо ціну насадки на площу контакту і пропускну здатність, в результаті отримаємо, скільки заплатили.

Травлені насадка СПН 3,5 з дроту 0,25 мм коштує у виробника близько 33 $ за 1 літр. Значить, кожен квадратний сантиметр площі контакту пара з флегмою обходиться в 0,1 цента, а кожен відсоток пропускної спроможності - в 46 центів. Але ці цифри мало що говорять самі за себе. Давайте порівняємо насадку, зроблену з різної товщини дроту, яка має різну вагу одного літра.

СПН легка	СПН середня	СПН важка	РПН
Вага насадки (г / літр)	800	1050	1800	450
Діаметр дроту (мм)	0.2	0.25	0.4	0.24
Площа контакту (м² / літр)	3.5	3.3	3	2.1
Пропускна здатність (%)	75	72	62	79
Ціна за літр ($)	28	33	60	22
Вартість 1 кв. см площі контакту (центи)	0.08	0.1	0.2	0.1

Зі збільшенням ваги одного літра насадки вартість розділяє здатності зростає, виходить один і той же результат за все великі гроші. Крім того, падає пропускна здатність, значить, раніше настане захлеб і в цілому працювати доведеться при меншій продуктивності.

Спочатку здається, що найвигідніша насадка РПН, вартість її розділяє здатності така ж, як і СПН середньої ваги, проблема в тому, що розділяє здатність в півтора рази гірше.

Серед популярних насадок таких як мочалки РПН і СПН безумовним лідером по розділяє здібності є СПН.

Це підтверджують практичні висновки винокурів. Наприклад, експеримент по перегонці розведеного до 40% спирту на півметровій царге. Після невеликого відбору «голів» послідовно і при однакових умовах було відібрано по 100 мл спирту з царгой, заповненої СПН, РПН і мочалками. В результаті при застосуванні СПН фортеця відбору склала 96,4%, РПН - 94,4%, мочалок - 93,2%. Це наочно ілюструє можливості цих насадок.

Якщо серйозний відрив СПН в общем-то передбачуваний, то велике відставання мочалок від РПН з першого погляду не сприймається і суперечить загальноприйнятим догмам. Але експеримент не складний і всі бажаючі можуть легко його повторити.

Якщо ж говорити про вартість заповнення насадкою колони, то і тут є чому здивуватися. Для того щоб заповнити 1,5 дюймову колону висотою 1 метр, знадобиться або пару пижів з мочалок і 1 літр насадки СПН вартістю 1750 рублів, або 10 пижів РПН довжиною по 40 см, загальною вартістю 1250 рублів. Для дводюймовою колони висотою 60 см, який має той же обсяг, знадобиться 6 пижів РПН на суму 1350 рублів. Чи настільки велика економія, як прийнято вважати? Це більше самообман.

Аналізуючи можливості насадки, не варто забувати, що незважаючи на те що насадка з тонкого дроту показує кращі розрахункові результати, вона може м`яти. Це призведе до локальних ущільнень, які стануть осередками захлеб або підвисання флегми.

Оптимальним діаметром дроту для СПН 2 - 0,2 мм, для СПН 3 - 0,22-0,25 мм, для СПН 3,5 - 0,25-0,28 мм.

Наприклад, порівняємо насадку густиною 1600 г / літр і товщиною дроту 0,25 мм з насадкою щільністю 1200 г / літр і товщиною дроту 0,35 мм. На перший погляд різниця не очевидна, але скориставшись графіками, бачимо, що перша насадка має площу контактної поверхні близько 4,5 м²/ Літр при пропускній здатності близько 600 см²/ Літр. Друга ж утримує показники на рівні 2,3 м²/ Літр і 750 см²/ Літр відповідно. Очевидно, що розділяє здатність першої насадки незрівнянно більше, вибір між ними стає зрозумілим.

На закінчення не зайвим буде нагадати, що не можна вірити усталеним догмам про дешевизну і ефективності тих чи інших насадок. Потрібно все перераховувати самим, а не ставати жертвою проплаченою реклами. Інструмент для цього ми надали.

Автор статті ІгорьГор.