Автор Тема: Изменение нагрева при ректификации. За и против.  (Прочитано 3943 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн ИгорьАвтор темы

  • Администратор
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 13275
  • Спасибо
  • -Отправлено: 1075
  • -Получено: 7848
  • Думи мої думи...
    • Каптерка
Одна из составляющих успеха ректификации - неизменная оптимальная скорость пара.
Когда-то мы (а некоторые и сейчас) управляли нагревом, стабилизируя кубовое давление. Потом пришла очередь стабилизации нагрева, и этот способ, в комплексе с тщательным утеплением куба и колонны, дал отличный результат. Мысли каким-то способом управлять отбором постонно носились в воздухе. Меня они посещали тоже, но я их постоянно отгонял как назойливых мух, так как проблем с таким управлением видел больше, чем пользы. Сейчас ситуация меняется.

Давайте поковыряемся вилкой в этом холодце, расставим точки над і и разложим все по полочкам.

В трубе, наполненной насадкой, летит пар. По насадке навстречу пару тонкой пленкой стекает флегма.
Существует какая-то критическая скорость пара, выше которой стекание флегмы затрудняется, происходит ее зависение и захлеб. Превышать эту скорость нельзя, но чем ближе мы к ней приблизимся, тем лучше. И если мы обеспечим непрерывное поддержание этой скорости стабильной от начала до конца ректификации, то получим прекрасный результат.
Я хочу отделить мух от котлет.
Сегодня мы поддерживаем стабильную подачу тепла в куб, а нужно поддерживать непрерывную линейную скорость пара. Это понятия связанные, но это не одно и то-же.

Давайте разбираться.

Каждый киловатт полезной мощности рождает около 750 см³ пара в секунду. Пар поднимается по трубе со свободным сечением ИКС см². Разделив объемную скорость пара (см³/с) на сечение колонны (см²), мы получаем линейную скорость, которую нам нужно сделать постоянной.

Если выделенные и подчеркнутые слова убрать, не обращать на них внимание, наш способ стабилизации нагрева подходит. И раньше, пока оперативное изменение мощности было затруднено, можно было не заморачиваться с этими мелочами. Но сейчас, когда нагревом управляет не внешнее устройство, а "родной" контроллер, наверное пора этим воосом заняться.

Итак, выделенные, подчеркнутые слова.
"Полезная мощность"...
Любой, даже супер-утепленный куб, имеет тепловые потери, а они прямо пропорциональны перепаду температур между кубовой температурой и температурой воздуха.
Этот перепад в процессе ректификации меняется. Если в помещении 25°С, то в начале ректификации этот перепад равен 60 градусов, а в конце - 70. Потери растут, и по мере роста кубовой температуры можно пропорциональна добавлять нагрев и поддерживать таким образом стабильной количество подаваемого в насадку пара.

"Свободное сечение..."
Труба колонны не пустая. Часть сечения занимает металл насадки, часть занимает флегма. Та часть сечения, которая осталась свободной, и есть свободное сечение... и оно не стабильно, так как количество флегмы зависит от отбора.
Флегма, удерживаемая в насадке и занимающая часть свободного сечения, условно состоит из двух частей - из статической (намертво прилипшей к насадке) и динамической, которая изменяется при изменении отбора. Начиная отбор, мы уменьшаем динамическую составляющую удержания и освобождаем часть сечения, скорость пара падает. Ее можно восстановить, "поддав жару" не только и не столько для увеличения производительности, сколько для поддержания максимальной разделительной способности. А это уже качество.

Важный момент. Лучше оставаться на позиции стабилизации нагрева, чем некорректно посчитать добавку мощности и чем не учесть все нюансы...

Но хочется предварительно посчитать ее некорректно и без нюансов, просто чтобы увидеть порядок цифр и понять, нужно ли морочиться этим вопросом.

Все цифры от фонаря, но порядок цифр правильный.
Допустим, мы работаем с нагревом 1800 ватт ±1%.
При 85°С в кубе (dT=60) теплопотери составляют 200 ватт. При 95°С потери составят 233 ватта
Запомним. Прогрев куба съедает к концу ректификации 33 ватта полезной мощности. 

Терепь отбор...
В полутораметровой 50-ке при работе на себя удерживается 500 мл флегмы, из которых 150 мл - статическая, не зависящая от отбора часть, и 350 мл - динамическая
Если начать отбор в ФЧ=4, количество динамической флегмы снизится на 1/5 часть, а свободный обхъем увеличится на 70 см³.
Как это изменит свободное сечение трубы?
Полный объем трубы 52х1,5 - 2830 см³.
Насадка (металл) занимает в этом объеме 390 см³, а флегма... при работе на себя - 500 см3, а при крейсерском отборе - 430 см³.
Свободный объем при работе на себя - 12,93 см², а при крейсерском отборе - 13,4 см², или на 3,6% больше.
Это говорит о том, что через некоторое время (минут через 10-15) после начала полного отбора можно увеличить нагрев на 3,6% (добавить 65 ватт к имеющимся 1800), но при снижении или прекращении отбора, эту добавку надо будет снижать или отменять. Задержка чревата захлебом.
И еще меньше двух процентов можно постепенно добавлять по мере прогрева куба.
Возникает закономерный вопрос - есть ли смысл делать достаточно нервные телодвижения радя пятипроцентного увеличения нагрева?
Ответа на этот вопрос у меня пока нет... но пробовать буду.
« Последнее редактирование: 04-02-2015, 10:44:19 от Игорь »
Не тот глуп, кто не знает, но тот, кто знать не хочет.
Григорий Сковорода

Оффлайн ИгорьАвтор темы

  • Администратор
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 13275
  • Спасибо
  • -Отправлено: 1075
  • -Получено: 7848
  • Думи мої думи...
    • Каптерка
Заглянув так глубоко в недра насадочной колонны, есть смысл задуматься еще вот о чем...
Поднимаясь от куба к дефлегматору, каждый "кусочек", каждый кубический сантиметр пара проходит вдоль какой-то площади смоченной флегмой насадки.
При нагреве 1,8 кВт, сквозь насадку проходит 1350 см³ пара в секунду, и в колонне - пятидесятке, заполненной СПН-3.5, удерживающей 500 мл флегмы,  этот пар встречается с  95-ю тысячами см² флегмовой пленки. Если разделить площадь контакта на поток, получим удельную величину контакта 70.
Это хорошо или плохо? Это много или мало? И сколько надо сделать, чтобы было хорошо?

Как с эти разобраться? Ответа на этот вопрос нет, но надо искать.

Давайте временно забудем о захлебе и каналообразовании, и рассмотрим два варианта, заведомо нехороших.

Допустим, мы подаем пар с черепашьей скоростью. Площадь большая, скорость маленькая, условная величина контакта будет очень большим... скажем, тысячи единиц. Медленно идущий пар успеет полностью проконтактировать с флегмой и прийти в равновесие с ней на первых сантиметрах подъема. Вся остальная часть высоты насадки уже бесполезна. Пар и флегма  имеют одинаковую температуру и равновесный состав, никаких тепломассообменных процессов не происходит.

Второй вариант противоположный.
Допустим, мы подаем пар с бешеной скоростью. Условная величина контакта мизерна, пар пролетает мимо флегмы, не успев толком ее рассмотреть, и проходит насадку с составом, мало отличающимся от того, что был на выходе из куба.
Еще хуже.

С этой точки зрения первый вариант предпочтительней, но он не оптимален. Нужно искать золотую середину между двумя крайностями, и попытаться вычислить оптимальное значение соотношения площади контакта к потоку пара.
Не тот глуп, кто не знает, но тот, кто знать не хочет.
Григорий Сковорода

Оффлайн ГОГа

  • Эксперт
  • ******
  • Сообщений: 4123
  • Спасибо
  • -Отправлено: 1025
  • -Получено: 1901
  • Блин, как мало я знаю...
Оптимальное соотношение площади контакта к потоку пара достигается в колонне тогда, когда температура флегмы и пара равны в самой высокой точке насадки и эта температура равна температуре кипения спирта. Но это только тогда, когда имеем смесь ТОЛЬКО ЭТАНОЛА И ВОДЫ.  У нас кучи примесей. И именно поэтому мы держим в колонне (стараемся держать) вышеупомянутое равновесие и температуру в насадке намного ниже, дабы создать препятствие прохода примесей через "спиртовую пробку".
Как по мне, то надо просто провести оптималный плановый эксперимент по 4-х факторному плану Бенкинса, например. Суть эксперимента в том, что меняя по плану Бенкинса значения 4-х факторов по заданному планом алгоритму, мы получаем обоако всех возможных значений состояния колонны и, соответственно можем смоделировать наиболее оптимальный режим колонны. Функцией этих факторов должна быть оценка качества спирта по какой-то принятой шкале. Факторами могут быть степень увеличения мощности на градус в кубе, степень уменьшения мощности на единицу отбора, начальная ФЧ отбора, величина снижения отбора на градус в кубе.
 :)Насколько мне помнится, по этому плану надо выполнить порядка 27 ректификаций. Многовато... Можно использовать двухфакторный некомпозиционный ротатабельный план Бокса (14 ректификаций) или 32 ректификации по пятифакторному плану Хартли. нО, думаю, что тот, кто делает по 2-3 ректификации в месяц, могут провести такой эксперимент.
ИМХО  : я это написал для того, чтоб показать, как можно найти оптимум. Сложно, но можно.
PS. не надо думать, что я выпендриваюсь. Просто мысли.
PPS. Исходя из всего изложенного, есть еще и величина длины насадочной части, оптимальная для ректификации нашего СС. Выше не имеет смысла городить, меньше - получим некачественный спирт. Величина эта зависит от степени загрязненности спирта и конкретных примесей в нем...мало того, от некоторых примесей эта величина вообще не будет зависеть (правда, последнее утверждение спорно - интуитивно ощущаю это).
Единственный "грех" на земле - это глупость

Оффлайн Бандерівець

  • Администратор
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 3200
  • Спасибо
  • -Отправлено: 414
  • -Получено: 752
Из практики, рабочая мощность 705 ед., захлеб  при работе на себя 715. При отборе тела добавил мощности, установил 735, захлеба не было.

Оффлайн grofer

  • Профессионал
  • *****
  • Сообщений: 1615
  • Спасибо
  • -Отправлено: 569
  • -Получено: 404
При отборе тела добавил мощности, установил 735, захлеба не было.
Я раз так само добавив під час відбору...  пішов спати а система при першому зальоті під час паузи вирубилася, - стався захлеб, підняття тиску і спрацювання автоматики.

Оффлайн Бандерівець

  • Администратор
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 3200
  • Спасибо
  • -Отправлено: 414
  • -Получено: 752
При отборе тела добавил мощности, установил 735, захлеба не было.
Я раз так само добавив під час відбору...  пішов спати а система при першому зальоті під час паузи вирубилася, - стався захлеб, підняття тиску і спрацювання автоматики.
Я тобі більше скажу, якщо не добавляти потужності і коли в колоні хвости, температура в кегу 96С, після роботи на себе 4-6 годин колона захлебується, нижній захлєб.

При першому зальоті можна знизити потужність, але на той час отриманий нами спирт може кражу якість ніж  не добавляючи потужність.

Оффлайн grofer

  • Профессионал
  • *****
  • Сообщений: 1615
  • Спасибо
  • -Отправлено: 569
  • -Получено: 404
При першому зальоті можна знизити потужність
це повинна робити автоматика, інакше прийдеться сидіти коло колони.

Оффлайн арик

  • Специалист
  • ***
  • Сообщений: 509
  • Спасибо
  • -Отправлено: 105
  • -Получено: 78
Даааа
сначала старт-стоп, регулировка давления в кубе , старт-стоп с уменьшением отбора, отбор по шпоре, теперь поток пара в колонне . блин куда мы так дайдем ? :-\ :-\ :-\

Оффлайн grofer

  • Профессионал
  • *****
  • Сообщений: 1615
  • Спасибо
  • -Отправлено: 569
  • -Получено: 404
блин куда мы так дайдем ?
Все геніально просто:
До -
Це що я написав зверху- не серйозно!  ;)

Оффлайн ИгорьАвтор темы

  • Администратор
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 13275
  • Спасибо
  • -Отправлено: 1075
  • -Получено: 7848
  • Думи мої думи...
    • Каптерка
добавив під час відбору...  пішов спати а система при першому зальоті під час паузи вирубилася, - стався захлеб, підняття тиску і спрацювання автоматики.
Да, при изменении отбора придется возвращать прежний отбор...
Отбор по шпоре в этом плане лучше. Стопов нет, есть постепенное снижение отбора, и надо уменьшать нагрев, но снижение отбора происходит при росте температуры и ростом потерь, и нагрев вроде как нужно увеличивать.
Неплохо, однако...
получается, что при отборе по шпоре можно увеличить наггрев процента на 3 и не изменять его при снижении отбора.
 
блин куда мы так дайдем
да все нормально...
По мере решения первоочередных задач появляется возможность копнуть глубже и дойти до мелочей, до которых раньше не доходили руки.
Не тот глуп, кто не знает, но тот, кто знать не хочет.
Григорий Сковорода

Оффлайн Dimassik

  • Профессионал
  • *****
  • Сообщений: 1588
  • Спасибо
  • -Отправлено: 1279
  • -Получено: 149
  • Це не моя фотографія, а мого пса Графа.
Игорь, извини, но я дотошный. Да и за что люблю Лабспирт - пока Вы спите я бодрствую, пока я сплю - Вы работаете. В итоге никто никому не мешает, даже пьяные. ;) :) (это я про себя. :D)
Могу ли я на своей колонне увеличить мошность нагрева после начала отбора тела?
Наводящий ответ - да, могу, если хочу через полчаса получить захлеб.
Вот оно!  ;)
Это говорит о том, что через некоторое время (минут через 10-15) после начала полного отбора можно увеличить нагрев на 3,6%
Но, Игорь осторожен.  ;)
Важный момент. Лучше оставаться на позиции стабилизации нагрева, чем некорректно посчитать добавку мощности и чем не учесть все нюансы...

И еще меньше двух процентов можно постепенно добавлять по мере прогрева куба.
Мосты не сожжены!  ;)
Возникает закономерный вопрос - есть ли смысл делать достаточно нервные телодвижения радя пятипроцентного увеличения нагрева?
Ответа на этот вопрос у меня пока нет... но пробовать буду....Как с эти разобраться? Ответа на этот вопрос нет, но надо искать.

Могу ли я на своей колонне увеличить мошность нагрева после начала отбора тела?
Наводящий ответ - да, могу, если хочу через полчаса получить захлеб.

При отборе в рабочем режиме, когда флегмовое число равно 3-5, флегмы в насадку льется меньше, чем при работе на себя или при высоких флегмовых числах, и на первый взгляд можно было бы поднять мощность нагрева, чтобы сохранить скорость пара на прежнем - предзахлебном уровне. Но рано или поздно настанет момент, когда температура в контрольной точке насадки поползет вверх и отбор придется изменить. если это не будет сопровождаться опережающим изменением нагрева, захлебы неизбежны.

Из этих наблюдений я сделал не бесспорные выводы о том, что свободное сечение насадочной колонны, работающей в предзахлебном режиме, не изменяется во всем диапазоне рабочих флегмовых чисел при ректификации - от бесконечности (возврат 100% флегмы) до 4-х (возврат 80% флегмы).
Да уж. ???
Короче говоря, причины "пронаблюденного" мной явления туманны, но я проверил выше подчеркнутое несколько раз и не стал внедряться в причины, а просто сделал вывод. Толщина флегмовой пленки, свободное сечение колонны, а значит и линейная скорость пара , и предзахлебный режим не зависят от флегмовых чисел в используемом нами диапазоне. А следовательно, нет необходимости думать об изменении нагрева в процессе ректификации.

Все течет, все изменяется, но "запавшие" мысли никак не хотят смирится с изменениями. :(
http://labspirt.com/forum/index.php/topic,1701.0.html
Тема небольшая, всего 15 сообщений, но они, как я вижу, до сих пор актуальны. Спасибо moh(у) семьдесят первому. :)

Оффлайн ИгорьАвтор темы

  • Администратор
  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 13275
  • Спасибо
  • -Отправлено: 1075
  • -Получено: 7848
  • Думи мої думи...
    • Каптерка
Дима, мы не рождаем догм, а делимся размышлениями и наблюдениями. Когда я иыслил категориями "±5 не в счет", я считал, что морочиться с подъемом мощности на несколько процентов бессмысленно.
Сейчас копнул глубже и, в принципе, пришел к тому-же выводу. При полном отборе можно поднять нагрев на 3-4%, но стоит ли?
РМ-2 дает ночность поддержания напруги ± 1 вольт. Если установлено рабочее напряжение 140, то фактическая мощность плавает в пределах 3-х процентов. И полезная мощность тоже  изменяются при сквозняке или его отсутствии наверное на такую-же величину, так как меняются потери. Поэтому попробовать изменять мощность на веоичину, умещающуюся в погрешности наших настроек,, конечно, можно, но я не вижу смысла тратить на эти эксперименты время. По крайней мере - сегодня. А какое видение будет завтра - пока неизвестно.
Не тот глуп, кто не знает, но тот, кто знать не хочет.
Григорий Сковорода

Оффлайн Диоген

  • Специалист
  • ***
  • Сообщений: 623
  • Спасибо
  • -Отправлено: 17
  • -Получено: 182
Опять "25"! Отбор голов-увеличение мощности- нижний захлёб. Это нормально. Что происходит при увеличении мощности нагрева? Что, больше спирта испарится? Да ни фига! Больше воды вы пар попадёт. Где она сконденсируется? Правильно, в нижней части колонны(примерно 20см. (Игорь, ты  раньше сам это говорил )), вот вам и захлёб. Произойдет укрепление спиртового пара, а его количество  уменьшится и его будет мало для нормального процесса массообмена (режим голодания колонны по флегме). Не нагрев надо увеличивать, а регулировать объём пара увеличением количества центров парообразования (конусный конвектор из рулона сетки) . Да, это усложнит конструкцию, но решит проблему.(ИМХО)
Брауншвейгские спирали Гроссе-Ётрингхауза

Оффлайн ГОГа

  • Эксперт
  • ******
  • Сообщений: 4123
  • Спасибо
  • -Отправлено: 1025
  • -Получено: 1901
  • Блин, как мало я знаю...
Опять "25"! Отбор голов-увеличение мощности- нижний захлёб. Это нормально. Что происходит при увеличении мощности нагрева? Что, больше спирта испарится? Да ни фига! Больше воды вы пар попадёт. Где она сконденсируется? Правильно, в нижней части колонны(примерно 20см. (Игорь, ты  раньше сам это говорил )), вот вам и захлёб. Произойдет укрепление спиртового пара, а его количество  уменьшится и его будет мало для нормального процесса массообмена (режим голодания колонны по флегме). Не нагрев надо увеличивать, а регулировать объём пара увеличением количества центров парообразования (конусный конвектор из рулона сетки) . Да, это усложнит конструкцию, но решит проблему.(ИМХО)
Что-то я не вкурил: УВЕЛИЧЕНИЕ МОЩНОСТИ НАГРЕВА СПИРТО-ВОДЯНОЙ СМЕСИ ВЕДЕТ К ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЮ В ПАРЕ ПАРОВ ВОДЫ И СПИРТА В ПОЛЬЗУ ПЕРВОЙ. БЛЯ, как круто! Увеличим нагрев до опупения и получим в кубе остаток -спирт! Я конечно же , утрирую, но это что- то новенькое.....
Единственный "грех" на земле - это глупость

Оффлайн APTEM

  • Эксперт
  • ******
  • Сообщений: 2426
  • Спасибо
  • -Отправлено: 183
  • -Получено: 362
Не нагрев надо увеличивать, а регулировать объём пара увеличением количества центров парообразования
Я тоже не вкурил  :o, разве обьем пара не прямо пропорционален подводимой мощности?
Центры парообразования могут уменьшить размер пузырьков и соответственно увеличить их кол-во но никак не обьем!
ИМХО (просьба не принимать близко к сердцу)