Ako vyrobiť destilačný stĺpec - výpočet systémových parametrov

Výška potrubia. Aby sa zabezpečila dobrá retenčná a separačná schopnosť, bez ohľadu na priemer, výška destilačnej kolóny by mala byť od 1 do 1,5 m. Ak je menšia, nebude dostatok miesta pre zvyškové oleje nahromadené počas prevádzky, v dôsledku čoho sa trup začne pretrhávať do výberu. Ďalšou nevýhodou je, že hlavy nebudú jasne rozdelené na zlomky. Ak je výška potrubia väčšia, nevedie to k významnému zlepšeniu separačnej a zadržiavacej schopnosti systému, ale zvýši sa doba jazdy, ako aj počet „hláv“ a „opierok hlavy“. Inými slovami, so zväčšením výšky potrubia sa separačná kapacita destilačnej kolóny zvyšuje o každý ďalší centimeter. klesá. Účinok zväčšenia rúry z 50 cm na 60 cm je rádovo väčší ako od 140 cm do 150 cm.

Objem kocky destilačnej kolóny

Aby sa zvýšil výťažok vysokokvalitného alkoholu, ale aby nedošlo k pretečeniu kolóny rotora, je objem (plnenie) surového alkoholu v kocke obmedzený v rozsahu 10 - 20 objemov dýzy. Pre stĺpy s výškou 1,5 ma priemerom 50 - 30 - 60 l, 40 mm - 17 - 34 l, 32 mm - 10 - 20 l, 28 mm - 7-14 l.

Berúc do úvahy naplnenie kocky pre 2/3 objemu, objem 40 - 80 litrov je vhodný pre stĺpec s vnútorným priemerom 50 mm, pre 40 mm je to 30 - 50 litrov, pre 32 mm je to 20 - 30 litrov a pre 28 mm tlakový hrniec..

Pri použití kocky s objemom bližším k dolnej hranici odporúčaného rozsahu môžete jednu zásuvku bezpečne odstrániť a výšku znížiť na 1-1,2 metra. Výsledkom bude, že sivuhi bude pre prielom vo výbere relatívne malý, ale objem „opierok hlavy“ sa výrazne zníži..

Zdroj a výkon kúrenia v stĺpci

Typ doštičky. Minulý svit minulosti prenasleduje mnoho nováčikov, ktorí sa domnievajú, že ak ste predtým na vykurovanie mesačného svitu predtým používali plynový, indukčný alebo klasický elektrický sporák, môžete tento zdroj nechať na stĺpci.

Proces rektifikácie je výrazne odlišný od destilácie, všetko je oveľa komplikovanejšie a táborák nebude fungovať. Je potrebné zabezpečiť plynulé nastavenie a stabilitu dodávaného vykurovacieho výkonu..

Elektrické kachle, ktoré pracujú podľa termostatu v režime štart-stop, sa nepoužívajú, pretože akonáhle dôjde k krátkodobému výpadku energie, para prestane vchádzať do kolóny a hlien sa zrúti do kocky. V takom prípade budete musieť znovu začať s opravou - s prácou stĺpca pre seba a výberom „cieľov“..

Indukčný varič je extrémne hrubý prístroj so stupňovou zmenou výkonu 100 - 200 wattov a počas rektifikácie musíte plynulo meniť výkon, doslova 5 až 10 wattov. Áno, a je nepravdepodobné, že bude možné stabilizovať kúrenie bez ohľadu na kolísanie napätia na vstupe.

Plynový sporák so 40-percentným surovým alkoholom a 96-stupňovým produktom naliatym do kocky na výstupe predstavuje smrteľné nebezpečenstvo, nehovoriac o zmene teploty zahrievania..

Najlepším riešením je vložiť ohrievač s potrebným výkonom do kocky a použiť relé na stabilizáciu výstupného napätia, napríklad PM-2 16A, na nastavenie. Môžete brať analógy. Hlavnou vecou je získať stabilizované napätie na výstupe a schopnosť plynule meniť teplotu vykurovania o 5-10 W.

Napájanie. Na zahriatie kocky v prijateľnom čase je potrebné začať s výkonom 1 kW na 10 litrov surového alkoholu. Takže pre 50 l kocky naplnenej 40 litrami sú potrebné minimálne 4 kW, 40 l - 3 kW, 30 l - 2-2,5 kW, 20 l - 1,5 kW.

Pri rovnakom objeme môžu byť kocky malé a široké, úzke a vysoké. Pri výbere vhodného kontajnera je potrebné pamätať na to, že kocka sa často používa nielen na destiláciu, ale aj na destiláciu, preto je potrebné vychádzať z najprísnejších podmienok, aby dodávaná energia neviedla k prudkému peneniu emisiami z kocky do parného potrubia..

Experimentálne sa zistilo, že s hĺbkou umiestnenia PETN asi 40 - 50 cm dochádza k normálnemu varu, ak na 1 m 2. cm zrkadlá na objem majú viac ako 4-5 wattov energie. S poklesom hĺbky sa zvyšuje povolený výkon a so zvyšovaním klesá.

Existujú ďalšie faktory, ktoré ovplyvňujú povahu varu: hustota, viskozita a povrchové napätie kvapaliny. Stáva sa, že k emisiám dochádza na konci destilácie rmutu, keď sa hustota zvyšuje. Proces nápravy na hranici povoleného rozsahu je preto vždy problematický.

Bežné valcové kocky majú priemer 26, 32, 40 cm. Na základe prípustnej energie na povrchu kocky s objemom zrkadla 26 cm bude normálne pracovať s výhrevným výkonom do 2,5 kW, pre 30 cm - 3,5 kW, 40 cm - 5 kW.

Tretím faktorom, ktorý určuje vykurovaciu silu, je použitie jedného zo stĺpcov klieštiny bez dýzy ako sukhoparnika na boj proti blatníkom. Na tento účel je potrebné, aby rýchlosť pary v potrubí nepresiahla 1 m / s, pri 2 až 3 m / s ochranný účinok zoslabil a pri veľkých hodnotách pary vytlačí hlien do potrubia a hodí do výberu.

Vzorec na výpočet rýchlosti pary:

V = N * 750 / S (m / s),

kde:

• N - výkon, kW;
• 750 - odparovanie (cm3 / s kW);
• S je plocha prierezu stĺpca (v milimetroch štvorcových).

Potrubie s priemerom 50 mm sa vyrovná so striekacou dýzou pri zahriatí na 4 kW, 40 - 42 mm - do 3 kW, 38 - do 2 kW, 32 - do 1,5 kW.

Na základe vyššie uvedených úvah vyberáme objem, veľkosť kocky, silu zahrievania a destilácie. Všetky tieto parametre zodpovedajú priemeru a výške stĺpca..

Výpočet parametrov spätného chladiča destilačnej kolóny

Kapacita spätného chladiča sa stanoví v závislosti od typu destilačnej kolóny. Ak staviame kolónu so vzorkou kvapaliny alebo parou pod spätným chladičom, potom by požadovaný výkon nemal byť menší ako menovitý výkon kolóny. V týchto prípadoch sa spravidla ako kondenzátor používa chladnička Dimroth s regeneračnou kapacitou 4 až 5 wattov na meter štvorcový. pozri povrch.

Ak je stĺpec s výberom páru nad spätným chladičom, potom je menovitý výkon 2/3 menovitého výkonu. V takom prípade môžete použiť Dimroth alebo „tričko“. Využiteľná kapacita tričiek je menšia ako kapacita dimrotu a je asi 2 watty na centimeter štvorcový.

Ďalej je všetko jednoduché: rozdelíme menovitý výkon na recyklačný výkon. Napríklad pre stĺpec s vnútorným priemerom 50 mm: 1950/5 = 390 metrov štvorcových. cm plochy Dimroth alebo 975 metrov štvorcových. pozri košele. Chladničku Dimroth je teda možné vyrobiť z trubice 6x1 mm s dĺžkou 487 / (0,6 * 3,14) = 2,58 cm pre prvú možnosť, berúc do úvahy bezpečnostný faktor 3 metre. Pri druhej možnosti vynásobíme dvoma tretinami: 258 * 2/3 = 172 cm, berúc do úvahy bezpečnostný faktor 2 metre.

Košeľa pre stĺpec 52 x 1 je 975 / 5,2 / 3,14 = 59 cm * 2/3 = 39 cm. Je to však pre miestnosti s vysokými stropmi..

Výpočet chladničky s priamym tokom

Ak sa nádrž s priamym prietokom používa ako dochladzovač v destilačnej kolóne s destiláciou kvapaliny, vyberie sa najmenšia a najkompaktnejšia verzia. Dostatok energie 30 - 40% menovitej kapacity kolóny.

Chladnička s priamym tokom sa vyrába bez špirály v medzere medzi plášťom a vnútorným potrubím, potom sa začne výber do plášťa a chladiaca voda sa dodáva strednou rúrkou. V tomto prípade je tričko privarené k vodovodnému potrubiu do spätného chladiča. Toto je malá „ceruzka“ dlhá asi 30 cm.

Ak sa však jeden a ten istý zdroj priameho toku použije v destilácii aj v destilácii, keďže sú univerzálnou jednotkou, nevychádzajú z potrieb Kazašskej republiky, ale z maximálneho vykurovacieho výkonu počas destilácie..

Na vytvorenie turbulentného toku pary v chladničke, ktorý umožňuje zabezpečiť rýchlosť prenosu tepla najmenej 10 W / m². cm, je potrebné zaistiť rýchlosť pary asi 10-20 m / s.

Rozsah možných priemerov je dostatočne široký. Minimálny priemer sa určuje z podmienok nevytvorenia veľkého pretlaku v kocke (nie viac ako 50 mm vody v kolóne), ale maxima pomocou výpočtu Reynoldsovho čísla na základe minimálnej rýchlosti a maximálneho kinematického koeficientu viskozity pary..

Aby sme neprekročili zbytočné podrobnosti, uvádzame najbežnejšiu definíciu: „Na udržanie turbulentného spôsobu pohybu pary v potrubí stačí, aby vnútorný priemer (v milimetroch) nebol väčší ako 6-násobok tepelnej energie (v kilowattoch)“..

Odporúčané priemery parných potrubí

Aby sa zabránilo vetraniu vodného plášťa, je potrebné udržiavať lineárnu rýchlosť vody najmenej 11 cm / s, ale nadmerné zvýšenie rýchlosti bude vyžadovať vysoký tlak v prívode vody. Preto je optimálny rozsah od 12 do 20 cm / s.

Na kondenzáciu pary a ochladenie kondenzátu na prijateľnú teplotu je potrebné privádzať vodu pri 20 ° C v objeme asi 4,8 kubických cm / s (17 litrov za hodinu) pre každý kilowatt vstupného výkonu. V tomto prípade sa voda zohreje na 50 stupňov - až na 70 ° C. V zime bude prirodzene potrebné menej vody a pri použití autonómnych chladiacich systémov asi jeden a pol krát viac.

Na základe predchádzajúcich údajov môžete vypočítať plochu prierezu prstencovej medzery a vnútorný priemer košele. Je potrebné zohľadniť dostupný sortiment potrubí. Výpočty a prax ukázali, že na splnenie všetkých nevyhnutných podmienok je dostatočná medzera 1-1,5 mm. To zodpovedá dvojici rúrok: 10x1 - 14x1, 12x1 - 16x1, 14x1 - 18x1, 16x1 - 20x1 a 20x1 - 25x1,5, ktoré pokrývajú celú škálu kapacít používaných doma.

Je tu ďalší dôležitý detail nátrubku - špirála navinutá na parnej rúre. Takáto špirála je vyrobená z drôtu s priemerom, ktorý vytvára medzeru 0,2 až 0,3 mm na vnútornom povrchu košele. Navíja sa s krokom rovným 2 - 3 priemerom parnej rúrky. Hlavným účelom je vycentrovať parné potrubie, v ktorom je počas prevádzky teplota vyššia ako v košeli. To znamená, že v dôsledku tepelnej rozťažnosti sa parné potrubie predlžuje a ohýba, opierajúc sa o košele, existujú mŕtve zóny, ktoré sa neumývajú chladiacou vodou, v dôsledku čoho účinnosť chladničky prudko klesá. Ďalšími výhodami špirálového vinutia sú dlhšie dráhy a vznik turbulencie v prúde chladiacej vody..

Dobre navrhnutá dopredná prietoková nádrž môže využívať až 15 wattov / sq. cm plochy prenosu tepla, čo sa experimentálne potvrdí. Na určenie dĺžky chladenej časti náporového ramena sa používa menovitý výkon 10 W / sq. cm (100 štvorcových cm / kW).

Požadovaná plocha na prenos tepla sa rovná tepelnému výkonu v kilowattoch vynásobenému 100:

S = P * 100 (sq. Cm).

Dĺžka vonkajšieho obvodu parnej rúrky:

Lokr = 3,14 * D.

Výška chladiaceho koša:

H = S / L.

Všeobecný výpočtový vzorec:

H = 3183 * P / D (výkon v kW, výška a vonkajší priemer parného potrubia v milimetroch).

Príklad kalkulačky dopredného toku

Vykurovací výkon - 2 kW.

Možno použitie rúr 12x1 a 14x1.

Prierezové oblasti - 78,5 a 113 metrov štvorcových. mm.

Objem pary je 750 x 2 = 1 500 metrov kubických. cm / s.

Rýchlosti pary v potrubiach: 19,1 a 13,2 m / s.

Potrubie 14x1 vyzerá lepšie, pretože vám umožňuje mať výkonovú rezervu, ktorá zostáva v odporúčanom rozsahu rýchlosti pary.

Spárovaná rúra pre košeľu - 18x1, prstencová medzera bude 1 mm.

Prietok vody: 4,8 x 2 = 9,6 cm3 / s.

Plocha prstencovej medzery je 3,14 / 4 * (16 * 16 - 14 * 14) = 47,1 štvorcových. mm = 0,471 sq. vidieť.

Lineárna rýchlosť - 9,6 / 0,471 = 20 cm / s - hodnota zostáva v odporúčaných medziach.

Ak prstencová medzera bola 1,5 mm - 13 cm / s. Ak by bola 2 mm, potom by lineárna rýchlosť klesla na 9,6 cm / sa musela by privádzať vodu nad nominálny objem, iba tak, aby chladnička nebola vzdušná - plytvanie peniazmi.

Výška košeľ - 3183 * 2/14 = 454 mm alebo 45 cm. Bezpečnostný faktor nie je potrebný, všetko sa berie do úvahy.

Výsledok: 14x1-18x1 s výškou chladenej časti 45 cm, nominálnym prietokom vody - 9,6 metrov kubických. cm / s alebo 34,5 litrov za hodinu.

Pri menovitom výkone 2 kW vykurovania vyprodukuje chladnička 4 litre alkoholu za hodinu s dobrým zásobovaním.

Účinné a vyvážené prietokové komory počas destilácie by mali mať pomer vzorkovacej rýchlosti k spotrebe tepla a spotrebe chladiacej vody 1 liter / hodina - 0,5 kW - 10 litrov / hod. Ak je výkon vyšší, dôjde k veľkým tepelným stratám, malý - užitočný vykurovací výkon sa zníži. Ak je prietok vody vyšší, je nádrž s priamym prietokom neúčinná.

Ako varenie možno použiť destilačnú kolónu. Zariadenie pre varné kolóny má svoje vlastné vlastnosti, ale druhá destilácia sa líši hlavne v technológii. Pre prvú destiláciu existuje viac funkcií a jednotlivé uzly nemusia byť použiteľné, ale toto je téma pre ďalšiu diskusiu..

Na základe skutočných potrieb domácnosti a existujúceho sortimentu potrubí vypočítame typické možnosti pre destilačný stĺpec pomocou vyššie uvedenej metodiky..

P.S. Vyjadrujeme vďaku za systematizáciu materiálu a pomoc pri príprave článku používateľovi nášho fóra Igor Gor.