Сравнительные характеристики СПН разных типов

[Игорь]

Интересуясь свойствами СПН, мы обращаем внимание на ее калибр и насыпной вес, упуская из виду такой важный показатель, как диаметр проволоки, из которой изготовлена насадка. И напрасно.

Основных характеристик насадки , которые нас интересуют, всего две - это разделительная и пропускная способность.

Приняв толщину слоя флегмы в 50 микрон, а плотность нержавейки в 7.9 г/см3, и сделав соответствующие расчеты, я получил две таблицы, которые показалась мне интересными, и я решил предложить их вниманию коллег.

[attach=2]

Разделительная способность насадки определяется площадью контакта поверхности смоченной насадки, на которой пар соприкасается с флегмовой пленкой. Чем больше этой поверхности в метре трубы или в литре насадки, тем на большее разделение способна колонна. Из данных первой таблицы получается, что если насадка выполнена из проволоки диамтром 0,2 мм и имеет насыпной вес всего 800 грамм на литр, она имеет площадь контакта и разделительную способность больше, чем насадка с насыпным весом 1800 грамм/литр, изготовленная из проволоки 0,4 мм.

[attach=1]

Пропускная способность насадки определяется долей свободного объема - объемом трубы, который не занят проволокой и флегмой, и который свободен для прохода пара. Чем больше свободный объем, тем больше пара можно пропустить через трубу без подвисания флегмы и без захлеба. Данные второй таблицы показывают, что свободный объем и пропускная способность насадки из проволоки 0,2 мм весом 800 грамм/литр значительно больше свободного объема насадки с насыпным весом 1800 грамм/литр, изготовленной из проволоки 0,4 мм.

Пытаясь судить о разделительной  способности по весу насадки, нельзя не учитывать диаметр проволоки.

[Игорь]

Вот конкретный пример практического использования этих таблиц. Сравню две СПН, одну из проволоки диаметром 0,22 весом 1 кг/литр, другую из проволоки д.0,38мм, которая весит 1.4 кг/литр (данные взял с фонаря, не подглядывая заранее на результат).

Первая насадка имеет площадь контакта около 3500 см2 в литре, свободный объем - 730 мл.
Вторая насадка имеет площадь контакта около 2300 см2 в литре, свободный объем - 690 мл.

Вывод напрашивается одозначный. Первая насадка имеет лучшие показатели одновременно по двум параметрам.



Но несмотря на то, что насадка из более тонкой проволоки имеет лучшие показатели по всем параметрам, нельзя гнаться за слишком малыми диаметрами. С уменьшением диаметра уменьшается прочность насадки, ее способность сопротивляться сминанию. Поэтому, если проволока будет чрезмерно тонкой, при заполнении трубы появятся локальные уплотнения, которые станут очагами подвисания флегмы и источниками захлебов.

Возможно кто-то имеет другую точку зрения, но по моему опыту оптимальный диаметр проволоки для СПН 3 - 0,22-0,25 мм, для 3,5 - 0,25-0,28. Проволоку д.0,2 мм можно использовать для СПН не крупнее калибра 2.5.
Использовать проволоку меньших диаметров не следует из-за риска потери формы насадки, а использование проволоки больших диаметров приводят к неоправданному увеличению веса и снижению показателей работы насадки.

[vadiv]

Я думаю все не так однозначно. Ты здесь не учитываешь теплоемкость насадки, ведь насадка кроме создания пленки на своей поверхности служит своеобразным нагревателем-охладителем для стекающей флегмы (и поднимающегося пара -?). Теплоемкость насадки наряду с поверхностью и объемом по моему является третим параметром в уравнении.

[Chatter]

не крупнее калибра 2.5

Можешь уточнить, калибр это отношение диаметра СПН к ее длине или что-то другое?

[Игорь]

Можешь уточнить, калибр

Я хотел написать "диаметр насадки", но  она не круглая :)... Поэтому использовал слово "калибр". Как для пули.

Ты здесь не учитываешь теплоемкость насадки, ведь насадка кроме создания пленки на своей поверхности служит своеобразным нагревателем-охладителем для стекающей флегмы (и поднимающегося пара -?).

Я не соглашусь с этим по нескольким причинам...

Во-первых, теплоемкость проявляется только тогда, когда есть изменение температур. Тогда металл может играть роль конденсатора и накапливая тепло при нагревании, отдавать его при охлаждении. Или задерживать момент прихода пара в дефлегматор при первичном прогреве колонны.
Но когда колонна прогрелась, когда  вышла на рабочий режим, температуры стоят колом по всей высоте, и только внизу очено медленно ползут вверх. А нет изменения температур - нет влияния теплоемкости. Это как конденсатор в цепи постоянного тока. Без изменения напряжения его как-бы нет.

Во-вторых, этот эффект мог бы иметь место если бы флегма и пар контачили с паром попеременно, а у нас такого нет. Флегма и пар обмениваются теплом напрямую.

В-третьих, если я не прав в первых двух аргументах и теплоемкость играет роль, нужно учитывать теплоемкость не только металла, но и прилипшей к ней флегмы.
Теплоемкость нержавейки примерно в 5 раз меньше теплоемкости спирта, а увеличение веса насадки приводит к уменьшению площади контакта и количества флегмы. Баш на баш.

[Игорь]

У моих выводов есть слабые места, но они в другом.

Во-первых толщина слоя флегмы - величина не постоянная, разная для разных ситуаций. Но графики, построенные для других толщин флегмовых пленок подобны тем, что я привел. Вот они, в неокультуренном виде.
[attach=1]

Во-вторых, расчет сделан чисто по геометрии, из предположения, что флегма ровным слоем окутывает поверхность проволоки. Я не знаю как учесть эффект объединения пленок, и не буду строить предположений по поводу их влияния на разные насадки ... Думаю, разница, масштаб может измениться но сама тенденция останется. Да и по логике - одиночная прямая струна в пустой трубе будет работать лучше, чем монолитный прут, который заполняет трубу полностью :).

[vadiv]

Игорь я исхожу из того что пленка флегмы с одной стороны контактирует с паром со второй стороны с насадкой. Пленка флегмы служит "прокладкой", с одной стороны которой температура "горячего" пара, с другой "холодная" насадка. Сами процессы детально я пока не понял, но интуитивно чувствую что есть оптимальный вес насадки (и как следствие количество тепла) которое создает лучшие условия для теплообмена .

[Игорь]

Теплоемкость металла влияет только на воемя прогрева колонны. после этого ее влияние на стабильный процесс отсутствует точно также,  как и вес медных тарелок в многотонной тарельчатой колонне, так как теплом обменивается пар и флегма, а металл только присутствует при этом.
Если колонна не утеплена, тепловой контакт между спиралями и нкеутепленной стенкой может увеличивать количество дикой флегмы и в этом плане более тонкая насадка предпочтительней. А еще предпочтительней просто утеплить насадку. :)

что есть оптимальный вес насадки (и как следствие количество тепла) которое создает лучшие условия для теплообмена .

Оптимальный - это нулевой, чтобы ничего не омрачало обмена между паром и флегмой. Но тогда не будет поверхности контакта....
Подусай об одном моменте. по колонне шурует 1000 джоулей в секунду. Если этот поток тепла остановить на сантиметровом пятачке насадки(10 грамм)  всего на 1 секунду, ее температура вырастет на (1000 / 0,01 / 460) ... на 217 градусов! Но этого не происходит - температура в разных точках колонны колом стоит на месте, и только в нижней части колонны плавно растет со сколостьюградус в час... примерно.

[Гонитва]

Приняв толщину слоя флегмы в 50 микрон

далеко не факт, что проволока из 0,2 удержит 50 микрон, но больше реально, что толще проволока с ЭТИМ справится.

из проволоки диамтром 0,2 мм и имеет насыпной вес всего 800 грамм на литр

математика: считаем: проволока 0,2мм=0,02см
Окружность=C=2Пr=2*3.1415*0.01см=0,06283см
S=Пr*r=3,1415*(0,01*0,01)=0,00031415см.кв. - это площадь разреза проволоки диам. 0,2мм
Считаем сколько будет проволоки в 1см.куб - H=V/S=1/0,00031415=3183,19см
1см.куб. проволоки весит 7,9г и длина проволоки на такой объем =3183,19см
По условиям "задачи" у нас вес 800г, а это значит, что мы используем 800г/7,9г=101,26 см. куб проволоки на 1 л объема.
800г проволоки 0,2мм имеют длину - 101,26(см.куб)*3183,19(см в 1 см. куб)=332348,35см (3,32км)
Теперь вычисляем площадь, которую занимает проволока диам. 0,2 мм весом в 800г - ! :
Длина окружности*длину проволоки= 0,06283см*332348,35=20881,44см.кв
   
...Много лишних расчетов, но это для наглядности..., кому как удобнее....
Уточню! - согласно таблице, приведенной Игорем, контактная площадь насадки (проволоки) диам.0,2мм, весом в 800г в одном литре = 3000см.кв.
Согласно моим расчетам, приведенным выше, контактная площадь насадки (проволоки) диам.0,2мм, весом в 800г в одном литре = 20881,44см.кв
***
Проволока 0,4мм:
площадь поперечного=
окружность=0,1256см
объем=227,848см.куб.
Длина общая (на 1,8кг)=181321,02см
Умножаем длину на окружность и имеем= 22773,92см.кв.
***
ИТАК - используя проволоку 0,2мм весом в 800г и проволоку 0,4 весом в 1800 на литр объема, имеем разницу в контактной площади - 22773,92см.кв-20881,44см.кв=1892см.кв в пользу насадки с более толстой проволоки

...Толщину слоя флегмы в данном случае брать в учет не вижу смысла
***Не редактирую а добавляю -
если использовать проволоку 0,4 с плотностью 3кг/л, которая на сегодня мной изготовляется как насадка РАН, то контактная площадь такой насадка равна 37956,16см.кв, а это больше чем на 17000 кв. см. от насадки с проволоки 0,2 и плотностью 800г/л, а это больше чем на 80%.

[Гонитва]

Пересчитал... :o :D - так и есть. Поищите ПЖЛСТА ошибку у меня, может глючит?....

[Игорь]

В насадке течет серьезный поток флегмы - при киловаттной работе на себя - под дефлегматором порядка 5 литров спирта в час. Не учитывать такой поток  нельзя. Кроме потока, на насадке "сидит" прилипший слой статического удержания, который добавляет микроны к диаметру поверхности контакта.

Учет флегмы дает легкой насадке "плюсы" в плане разделения,, а тяжелой насадке - "плюсы" в плане свободного объема. Но если флегму не учитывать, и без расчетов все ясно.

Если не учитывать флегму - соотношения ясны из формул, и ничего можно не считать.

Если не учитывать флегму, площадь поверхности проволоки д. 0,2 весом 800 г/л в точности равна площади поверхности насадки из проволоки 0,4 весом 1600 г/л - 20253 см2.

Даже если не учитывать флегму, получается, что та-же поверхность получается при вдвое меньшем весе насадки и вдвое меньших расходах на неё, но зато занятый объем трубы при использовании легкой ровно вдвое меньше.
Какой смысл строить колонну д.50 с тяжелой насадой, если она будет работать как сороковка с легкой насадкой?

Тяжелая насадка - лишние расходы на проволоку и впустую занятый диаметр трубы. За расчеты заставили взяться нелестные отзывы в личку о работе тяжелых насадок.
На эти отзывы я пока не отвечал - решил показать общий расчет.

Вот детальный расчет с учетом флегмы толщиной 50 микрон.
Цифра 50 не высосана из пальца - она соответствует удержанию в насадке 150 мл/литр. Примерно такое количество составляет в моей колонне суммарное удержание - статическое и динамическое.

	|		|		|		|
Диаметр проволоки	|	см	|	0.02	|	0.04	|
	|		|		|		|
Веc литра	|	гр	|	800	|	1800	|
	|		|		|		|
Диаметр поверхности флегмы	| | |	см	| | |	0.02 + 2 х 0.005 = 0.03	| | |	0,04 + 2 х 0,005 =0.05	| | |
	|		|		|		|
Объем металла в литре насадки	| |	см3	| |	800 / 7.9 = 101.27	| |	1800 / 7.9 =277.85	| |
	|		|		|		|
Площадь сечения проволоки	| | |	см2	| | |	3,1416 х 0.02 х 0.02 / 4 = 0,00031416	| | |	3,1416 х 0.04 х 0.04 / 4 =0,00125664	| | |
	|		|		|		|
Длина проволоки в литре насадки	| |	см	| |	101,27 / 0,00031416 = 322352	| |	227.85 / 0,00125664 =181317	| |
	|		|		|		|
Длина окружности с учетом флегмы	| |	см	| |	3,1416 х 0,03 = 0,094248	| |	3,1416 х 0,05 =0,15708	| |
	|		|		|		|
Площадь контакта - поверхность флегмы	| |	см2	| |	322352 х 0,094248 = 30381	| |	181317 х 0,15708 =28481	| |
	|		|		|		|

Таким образом, при толщине флегмы 50 микрон, площадь контакта легкой насадки составляет 107% от площади контакта тяжелой насадки.

[Гонитва]

отзывы в личку о работе тяжелых насадок.

как-то не логично - почему тебе, а не производителю? Я же аналогично ТОЛЬКО противоположно слышу о легких (Сел... типа насадок) и позитив от "тяжелых" (РАН насадка), и не то слово позитив - ВОСТОРГ. Один минус - отбор немного меньше.
...
Видно что выше я просчитал, в учет ты не взял. "Площадь контакта" - это контактируемая площадь, поверхность контакта, т.е. с какой контактирует флегма, т.е. площадь насадки. Если провести аналог площади 1 мм и 2 мм и равномерно добавить каждой по один. кол-ву микрон, то никак больше не станет меньше :D

[Игорь]

"Площадь контакта" - это контактируемая площадь, поверхность контакта, т.е. с какой контактирует флегма, т.е. площадь насадки

Колонна - устройство, в котором происходит тепломассообмен между флегмой и паром. И обменые процессы происходит именно на их границе, ане где-то в другом месте.

Видно что выше я просчитал, в учет ты не взял

Ты видно не дочитал Я и твой вариант прокомментировал.
Если не учитывать флегму, и без твоих тяжеловесных расчетов ясно, что вдвое более толстая насадка имеет ту-же площадь контакта с вдвое более тонкой только тогда, когда она вдвое более тяжелая и вдвое более дорогая. При этом она занимает в трубе вдве больше места и снижает производительность.

По поводу восторгов - они поначалу всегда. Человеку свойственно стремиться найти оправдание своим необоснованным затратам. Протрезвение приходит позже, но лохоами не все готовы себя признать.

А по поводу сообщений в личку - я давно вычислил информацию по толстой  насадке и проверил ее экспериментально, но не выкладывал, чтобы не мешать тебе продавать свою насадку. Находишь лохов - твоя заслуга.
Но когда мне два человека написали, что отличную чужую насадку 3.5 весом 1,2 кг/литр называешь "херней для бражных колонн" и, обсерая чужой труд, впариваешь свои тяжеловесы и пересортицу, стал сомневаться в правильности своего решения. Я понимаю, что за рекламу на ХД тебе приходится выкладывать бабки, но это не основание для того, чтобы втихую охаивать отличную работу тех, кто за рекламу на ХД не платит.

[Borbos]

Длина проволоки 0.02
в литре насадки=322352

Это какого "калибра" должна быть насадка чтобы вместить 800гр в 1литр(1дм³).

[Zapal]

моя насадка размерами 1,5*2 мм - весит 50 грамм ( объем 25 кубиков в шприце) - только что замерил.
диаметр проволоки 0,2 мм.
получается насыпная плотность 2 кГ - на 1 литр.

ЕПРСТ!! это ж  какая у нее площадь получаеццо??