Управление отбором по давлению в кубе

[Игорь]

Сергей, я уже не раз писал о причинах такого снижения. Именно эти причины заставили меня поставить крест на своем детище - управлению нагревом по давлению в кубе.
Давление в кубе - это падение давление при прохождении пара через колонну. Во всех формулах расчета потерь давления, независимо от режима движения газа, входит его плотность. Падение давления при движении газа прямо пропорционально его плотности. Это значит, что при одной и той-же скорости, газ вдвое большей плотности даст вдвое большее падение давления. Плотность спиртового пара более чем вдвое больше плотности водяного пара. Поэтому, даже если только по части колонны с прежней скоростью идет пар с увеличенным содержанием воды, давление будет падать.
Второй аспект - это изменение свободного объема (свободной площади сечения) трубы.
В конце ректификации  в нижней части колонны течет флегма с пониженной спиртуозностью. Так как удельная теплота парообразования воды намного больше, чем у спирта, снижение спиртуозности флегмы ведет к уменьшению ее количества, а значит к увеличению свободного прохода колонны и снижению ее сопротивления потоку пара. Этот эффект немного смазывается тем, что вода имеет текучесть меньше, чем спирт, и лучше задерживается на насадке, но с другой стороны, она имеет большую плотность (занимает меньший объем и лучше "падает" вниз).
Под влиянием этих двух эффектов (уменьшение плотности пара и увеличение свободного прохода колонны), сопротивление колонны пару, а следовательно и кубовое давления, падает.
Эффект падения кубового давления при снижении спиртуозности идущего по колонне пара и/или при уменьшении количества спирта в флегме составляет теоретическую базу управления процессом отбора по изменению кубового давления. Главное преимущество этого способа перед всеми термометрическими - отсутствие инерционности.

Когда причины падения давления в кубе становятся ясны, приходит понимание полной непригодности управления нагревом по давлению, особенно в конце ректификации.

[Бандерівець]

У меня такая непонятная вещь.
Проснулся ночью,поменял банку для подхвостников и ушел спасть, оно себе там капает ориентируется на температуру внизу насадки,  и тут просыпаюсь от того что колона пищит и сигнализирует об превышении давления и так было 4-е раза из 4-х.

[Игорь]

Похоже на захлеб.

[chelovechik]

Похоже на захлеб.

100% . Я сам наигрался вдоволь от непонятного режима когда давление постепенно (очень медленно в процессе работы) росло! Пока не сунул атмосферку в ухо и не услышал полоскание трубо-горла колонны. Перемерял мощю, оказалось работал при 2100 ватт , на 50 ке. снизил до 1850 - полёт нормальный, стоит как вкопанное!

[Бандерівець]

100% захлеб, но он развивается в самом конце, когда отбор останавливается, а в колоне одни хвосты.
При отборе голов и тела до захлеба еще далеко, могу мощность поднимать на два вольта на РМ-2.

Колону включил, отбираются головы, потом подголовники, потом тело, потом меняю банку на хвосты, колонна беспрерывно работает сутки потом захлеб.
Видимо из-за того что текучесть воды меньше чем у спирта, поэтому захлеб.

[GrOV]

Игорь,

Когда причины падения давления в кубе становятся ясны, приходит понимание полной непригодности управления нагревом по давлению, особенно в конце ректификации.

Ну...Я бы не согласился...
Вот так -

Происходит понимание полной непригодности управления нагревом по давлению в том варианте как это делали раньше - стабилизацией давления в кубе!

- будет правильней..(ИМХО)

А кто утверждает что давление в кубе должно быть стабилизированное - то есть постоянное и неизменное????
Провёл несколько ректификаций по алгоритму:  каждой кубовой температуре - своё предзахлёбное давление...
Вот картинка графика коррекции уставки - начиная с 85С* и до 99С* давление плавно снижается на 4.0 мм.рт. ст. (торр)
И не факт, что это оптимальное понижение...Пока не определился..
[attach=1]
Можно, конечно и более сложный график сделать - до десяти точек изменения наклона...Но пока так...

Результаты вы видели - некоторый выигрыш по времени при неплохом качестве даже на предельно короткой колонне...
Однако такой способ управления нагревом требует контроллер другого уровня сложности (и цены, соответственно... :()
С РМ2, безусловно, всё проще и понятнее..Включил - выставил - забыл..
Но мне интересно было попробовать по новому, к тому же без тщательного термоизолирования...
С ТРМ212 удобнее, хоть и сложнее (имхо) - жмём почти досуха и за более короткое время...
Но это вопрос тактики - кому что нравится.. :)
Запал будет точно против.. ;) :D

Иллюстрация  и пояснения ниже:

[attach=2]

График завершения процесса - при температуре чуть более 98 в кубе (в 11.56) - пустил продукт в обход клапана старт-стопа для слива остатков спирта (перестал держать заданную  дельту)..Температура в 1/3 немедленно пошла вверх и устаканилась на новом значении ~ 95 С*(коричневый график)с плавным ростом впоследствии..На температуру  под дефлегматором это никак не повлияло(+/- 0,1С* - синий график), хотя и ясно, что спирт уже не тот.. Дельта, кстати, установилась равной 1,7 С* в течении всей ректификации при датчике в 1/3, в отличии от 0,2-0,4 при датчике в 2/3, и выросла до 17 с лишним градусов при дожиме остатков ... :o В 12.11 прилично увеличил отбор для ускорения  - автомат управления кубовым давлением прикольно отработал возмущение...

Игорь,

Надо бы выяснить как влияет на давление изменение температуры помещения на 2-3 градуса.

Вот картинка  - продолжение предидущей:

[attach=3]

Небольшое предисловие: Куб стоит вплотную(3-4 см) с  600-литровой емкостью воды автономной системы охлаждения...В этот раз начал ректификацию имея в запасе литров 200 воды..К концу ректификации она нагрелась до градусов около 40-ка..Поскольку из этой же ёмкости берётся вода на нужды дома - возникла необходимость пополнить запас...  Около 12.25-ти начал заполнять холодной водой из колодца - температура градусов 6-8, не более...По заполнении емкости в подвале ощутимо похолодало вблизи цистерны. Давление буквально сразу поползло вниз (время 12.32 , тёмно-синий нижний график), а автомат поднял мощность пытаясь скомпенсировать это падение давления..Может быть здесь вдобавок поучаствовала и холодная вода , подаваемая в дефлегматор - не знаю..Но результат на графике...

И последнее наблюдение - в конце (уже практически на воде в кубе)  довести колонну до захлёба с выбросом в ТСА мне не удалось, даже подав полный нагрев (3 кВт)...В ТСА хоть и забулькало - но выброса не было. Может, потому что колонна короткая? Или теплопотери у куба с колонной охрененные?

[Игорь]

каждой кубовой температуре - своё предзахлёбное давление...

А как быть с возвратом флегмы? Ведь от ее количества зависит пропускная способность насадки, а значит и скорость пара при одинаковом кубовом давлении...
Да уж, чем дальше в лес, тем толще партизаны... Чем больше информации, тем больше неопределенность.

[GrOV]

А как быть с возвратом флегмы?

Да хрен знает - пока даже не думал...За ориентир было взято предзахлёбное давление в начале и конце процесса.
Теоретически - чем больше флегмы, тем меньше скорость пара - тем дольше по времени она обменивается с паром...
Наберётся данных поболее - появится какая-то ясность...

а значит и скорость пара при одинаковом кубовом давлении...

Дело в том, что кубовое давление НЕ ПОСТОЯННОЕ , а понижается как и в случае работы с РМ2...Только компенсируются теплопотери лёгким добавлением мощи к финишу процесса - вместо скурпулёзного теплоизолирования...
Всё точно так-же как и твоём способе...Отличие в деталях...

[Олежище]

Олег, повтори пожалуйста для тех кто из танка, а не из подводной лодки  :)
1) Ты фиксируешь подводимую мощность, прекращая отбор не даешь упасть давлению ниже уставки, уставка уменьшается по мере роста температуры в кубе.
2) Или ты меняешь мощность и отбор одновременно, тогда по каким критериям?

У меня постоянная мощность и стоит уменьшение отбора по давлению и по температуре в 20см, за время ректификации пару раз пришлось уменьшать уставку давления, поскольку отбор переходил в капельный.

[GrOV]

пришлось уменьшать уставку давления, поскольку отбор переходил в капельный.

Может быть увеличивать уставку давления? Для возобновления отбора?

2) Или ты меняешь мощность и отбор одновременно, тогда по каким критериям?

Алгоритм такой - зафиксировал (ранее - для своей колонны) давление начала захлёба при 40% в кубе и , потом при 1%...И посмотрел каким кубовым температурам соответствует это начало захлёба (приблизительно)..
Задал предельно возможную незахлёбывающую уставку для начала процесса и такую же для конца процесса..
Овен, контролируя по одному каналу температуру в кубе рассчитывает насколько понижать уставку давления для поддержания предзахлёбного режима, и рулит нагревом по второму каналу..Делает он это тупо - линейной аппроксимацией.....Поскольку MPX5010DP - дифференциалный, регулировка  не зависит от атмосферы...
С давлением разобрались...
У этого регулятора давления есть выход сигнализации - с различной логикой выдачи сигнала. Я выбрал - сигнализация о нахождении параметра в установленных пределах - реле замыкает контакты, когда давление равно расчётному +/-  заданная погрешность...Это реле включено последовательно с реле управляющее клапаном отбора по дельте (релейно-логическое "И" из булевой алгебры)
Таким образом мощность в кубе постоянно шарахается около какого-то значения обеспечивая даление равное рассчётному...Во время действия возмущений - падение концентрации в паре куба при избыточном отборе, просадка напряжения и т. д - реле сигнализации давления рвёт цепь питания клапана старт- стопа...Если давление в норме и дельта температур тоже в норме - идёт отбор, как только давление или дельта выходят за рамки - отбор прекращается..

Вообще,  к этому варианту уже привинчиваю плавный отбор, поскольку прикручивать краник сохраняя максимальную производительность по спирту приходится частенько, но пока не закончу и отлажу - писАть рано...

[Олежище]

Спасибо, примерно понял. Т.е. ты при 40% нашел предзахлебную мощность, условно 3кВт при этом 80С в кубе, потом при 1%, скажем 3,5кВт и 100С. В процессе ректификации Овен, при температуре в кубе 90С, будет подавать в куб 3,25кВт.

А уставка по давлению у меня была 300мм воды в начале процесса и 270мм в конце. Т.е. если давление ниже 300(270)  отбор останавливался. С 300 до 270 это все таки уменьшение уставки :)

[GrOV]

В процессе ректификации Овен, при температуре в кубе 90С, будет подавать в куб 3,25кВт.

Примерно так... :)  Давление постепенно понижается, мощность как бы колеблется на одном уровне с некоторым увеличением ближе к концу...

Т.е. если давление ниже 300(270)  отбор останавливался. С 300 до 270 это все таки уменьшение уставки

Спору нет...Но если в кубе ещё есть спирт, который надо взять, а при текущем (заданном) давлении отбор мал - капельный...( у меня было - и совсем вставал, колонна на себя работала) и его надо возобновить - то , думается, уставочку надо приподнять... :)
Я как-то так понял твою крайнюю фразу...

[Игорь]

Алгоритм такой - зафиксировал (ранее - для своей колонны) давление начала захлёба при 40% в кубе и , потом при 1%.

При работе на себя?

и рулит нагревом по второму каналу..Делает он это тупо - линейной аппроксимацией.

Плохо. Если ты определишь давление , соответствующее захлебу при кубовой крепости 20%, увидишь, что оно не равно среднему арифметическому при 1% и 40%, а гораздо ближе к 40, возможно даже равно ему.

мощность в кубе постоянно шарахается около какого-то значения

Это самое неприятное. В колонне есть задержка меджду паром и флегмой. Навстречу пару идет флегма, рожденная из предыдушей порции пара. Когда мощность снижается, то в колонне имеет место недостаток пара - флегма возвращается в куб, не отдав пару нужное количество спирта. Когда мощность растет, по колонне идет увеличенное количество пара, который не встречает на своем пути нужного количества флегмы.

условно 3кВт при этом 80С в кубе, потом при 1%, скажем 3,5кВт и 100С.

Нет!
В процессе ректификации я время от времени прекращаю отбор, при той-же мощности даю поработать на себя, и потом замеряю давление При одной и той-же мощности давление в кубе в начале 300, после 50% отбора - 300, после 75% - 300, и только после 80% начинает падать. В конце 240. Цифры ориентировочные.



К чему я клоню.
Давление в кубе при работе на себя зависит от скорости пара, и от состава пара и флегмы. При температуре в кубе до 93-95 градусов, состав и количество флегмы и пара, движущихся по колонне, практически не изменяется. Вся разница в их составе и количестве на этом этапе ректификации сосредоточена в 5-10-15 сантиметрах укрепляющей части насадки. На остальных 1.5 метрах насадки разницы в их составе нет. Львиную часть процесса ректификации колонна работает в одинаковом режиме, с одинаковой флегмой и паром.
И только когда спирта в колонне остается мало, высота укрепляющей части становится сравнимой с высотой насадочного слоя, пар в этой части легкий, а флегмы мало. Только когда высота этой зоны становится значительной, уменьшение в ней давления оказывает влияние на общее давление и становится заметным.

Казалось бы, в самом конце ректификации, когда с нижней части колонны скорость пара падает, можно было бы поднять мощность и увеличить скорость пара, но это только "казалось бы". Не надо забывать, что в зоне выше зоны укрепления у нас - насыщенная флегмой насадка и высокоспиртуозный, тяжелый пар. Увеличение скорости пара в той зоне более чем нежелательно.

[GrOV]

Игорь, Понятно, спасибо за разъяснение..
Переведу нагрев куба на РМ2, а ТРМ-у оставлю лишь контроль и индикацию давления.Сниму логи ...
Там видно будет - чего и как.

[Игорь]

Только что по телефону общался с Человечиком, нашел - как мне кажется - более четкие пояснения своей позиции.

Насадка в колонне работает в неоднородных условиях.

В насадке есть зона, ниже которой пар содержит мало спирта, флегмы мало, а температура близка к температуре пара в кубе.
Выше этой зоны флегмы достаточно, состав спиртового пара близок к азеотропу, а температура близка к температуре кипения азеотропа.
Зона, разделяющая колонну на две части, это зона  укрепления. ее высота зависит от свойств насадки и режима отбора, и как правило, невелика - порядка 10 сантиметров.

Общим для этих двух зон является только одно - объемный поток пара, который прямо пропорционален мощности.

Рассматриваем условия прохождения одинакового объема пара в этих двух зонах.

Нижняя зона.
Флегмы мало, места для прохода пара больше, и при том-же объеме проходящего пара, его линейная скорость оказывается меньше.
Пар имеет меньшую плотность (в нем много легкого водяного пара).

Верхняя зона.
Флегмы много, места для прохода пара меньне, и при том-же объеме проходящего пара, его линейная скорость оказывается больше.
Пар имеет большую плотность (в нем много тяжелого спиртового пара).

Это дает возможность сделать вывод о том, что при одинаковом объемном потоке пара, перепад давления на единицу высоты в нижней части будет меньше, чем в верхней.

Давление в кубе показывает сумму давлений верхней и нижней части. Если давление в кубе падает, это оворит о том, что граница, разделяющая нижнюю и верхнюю части, смещается вверх.

Нижняя зона с точки зрения разделения бесполезна, вся она, независимо от высоты, дает 2-3 ступени разделения. Основное разделение происходит в верхней части, и зависит от ее высоты.

Что же делать, если мы заметили падение кубового давления?
Вариантов два - увеличить мощность или увеличить возврат флегмы.

Рассматриваем каждый вариант.
Увеличение мощности приведет к увеличению объемной скорости пара. В нижней (бесполезной) части это пройдет безболезненно - там скорость пара далека от критической. А вот в верхней части ситуация другая. Если до повышения мощности скорость пара была близка к критической, повышение скорости пара приведет к подвисанию флегмы и нарушению режима в этой, важной для разделения, части колонны.

Увеличение возврата флегмы (снижение отбора) приведет к тому, что высота верхней зоны подрастет и разделение увеличится. Одновременно вырастет и давление.



К чему я клоню.
Когда к кубе крепкий самогон и колонна работает на себя, высота нижней (бесполезной) зоны практически равна нулю. Установив предельную мощность, при которой длительное время не возникает захлеб, мы задаем для верхней части скорость пара, превышать которую нельзя. Нельзя даже если давление в кубе будет уменьшаться. Потому что увеличение мощности приведет к увеличению скорости пара в верхней зоне и к искажению режима ее работы.

Даже в конце ректификации, когда высота верхней зоны маленькая, она все равно работает в режиме достатка флегмы и высокоспиртового пара, повышение мощности нагрева приведет к увеличению скорости пара в верхней зоне и срыву режима.



Блин... приходится себя сдерживать, иначе не смогу внятно изложить свои мысли.
Я вроде все гладко рассказал, но не все так гладко на самом деле.

До этого я обосновывал необходимость стабильного нагрева, а теперь буду говорить об обратном.

Во-первых, при работе на себя и при работе с отбором, свободный проход в насыщенной части насадки не одинаков. Отбор части флегмы приводит в освобождению части сечения и уменьшению скорости пара. Она отдаляется от предзахлебной и работа насадки становится немного менее эффективной.
Поэтому - ВОЗМОЖНО - есть смысл несколько изменять нагрев при изменении отбора таким образом, чтобы линейная скорость пара в верхней части насадки не изменялась.

Во-вторых, несомненно, изменение разницы температур между кубом и помещением приводит к изменению тепловых потерь, и - ВОЗМОЖНО -  есть смысл изменять нагрев так, чтобы компенсировать это изменение. И это тема отдельного, не менее многословного, разговора.

Возможно и первое, и второе... Но важно то, что изменение кубового давления не может быть критерием для изменения нагрева.

Мне пришло на ум такое сравнение. Давление в кубе - это как градусник в заднице. Если температура растет, значит владелец задницы болен и его надо лечить. Как снизить температуру? Можно положить больного в холодильник, температура снизится, но будет ли это показывать, что больной выздоровел?

Падение давления в кубе говорит о том, что режим колонны "заболел". Но увеличение мощности нагрева аналогично укладке больного в холодильник... или в духовку :)



Подведу итог своему многословию.
1. Нельзя изменять мощность, опираясь на кубовое давление.
2. Можно изменять мощность, опираясь на линейную скорость пара в верхней части колонны
3. Можно изменять мощность, опираясь на разницу температур между помещением и кубом.

Но с пунктами 2 и 3 нужно детально разбираться, и сейчас я разложу по полочкам пункт 3.