Определение правильной конструкции перегонного куба

[Nick.Mih.]

   Я тоже сейчас делаю себе къюбик.   Это предполагается спиртовар. Как у Дельты хочу через "очко" наблюдать за процессом. Поскольку наливать буду не брагу, а сырец, пенообразования не ожидаю. На всякий случай две горловины вварю. Не думаю, что дело до 2х колон (как у GrOVа) дойдёт, но всегда можно одну из горловин заглушить. Особенно меня умиляет возможность заглушить американку Ду65  стекляшкой и через неё "спостерігати процес кипіння".

[Игорь]

Дельта,ты сделал неправильный вывод по своим двум кубам. Давай сделаем правильный.

При твоей мощности нагрева твоя брага создает пенную шапку и зону бурления высотой 10 сантиметров. Поэтому высота паровой зоны куба должна быть минимум 11 см.

В кубе диаметром 63 см,  11 см паровой зоны - это 34,3 литра объема. На бражный объем остается 120.7 литра.

В кубе диаметром 50 см, 11 см паровой зоны - это  21,6 литра. На бражный объем остается 133.4 литра.

Вот почему в низком куб кубе ты варишь 120 литров, а в высоком - 130.

Однако все привязано к мощности. При другой мощности "страховая" высота будет другой.


Давайте подробно.
Иногда из куба вместе с паром летит брага. Это обидно, но не смертельно - плевки браги портят порции ранее отобранного дистиллята, и их приходится дистиллировать повторно.

Причин может быть только две - недостаточная для данной мощности высота "страховой зоны" и конструкция перегонного устройства, создающее колебательные изменения кубового давления. Это - значительные заужения на паровой линии или длинные тонкие змеевики или прямоточники, создающие непостоянное сопротивление паровому потоку.

С высотой страховой зоны все ясно - в ней должна поместиться пенка и буруны кипящей жидкости.

А о втором надо погововорить одельно.

Что такое кипение? Это поток пузырьков пара, поднимающихся с определенной скоростью в слое жидкости. По мере подъема пузыртки увеличивают свой объем за счет испарения жидкости внутрь пузырька.
Пока пузырек поднимается, объем жидкости увеличивается на его объем, а когда он достигает поверхности, пузырь "схлопывается", и объем жидкости уменьшается. Брызги "схлопа" могут быть утянуты паром в выходное отверстие, особенно если скорость в этом отверстии велика (если у отверстия малый диаметр)
В процессе кипения устанавливается циркуляционное движение кипящей жидкости - пузырьки увлекают жидкость вверх, после чего она вдоль стенок опускается вниз (если греть стенки, то вниз идет по центру). Жидкость насыщается паровыми пузырями  и устанавливается равновесие - сколько пузырьков в секунду образуется, столько-же их и выходит в паровую зону. Объем "жидкость + пузырьки в ней" становится постоянным.

Для каждой жидкости существует максимальная скорость, с которой она может крутиться, максимальная скорость выхода из нее паровых пузырьков. По моим наблюдениям, для сахарной браги это скорость достигается тогда, когда мощность нагрева составляет 4-4,5 ватт на каждый квадратный сантиметр поперечного сечения (зеркала) куба. Если превысить этот порог, u]равновесие нарушается[/u] - каждую секунду пара образуется больше, чем жидкость может выпустить со своей поверхности. Каждую секунду объем "жидкость + пузырьки в ней" растет, и в конце концов происходит выброс.

Похожую ситуацию  нарушения равновесия создают колебания кубового давления, которые вызывают некорректно выбранные диаметры выходов или зауженные змеевики, особенно - с застойными зонами на витках. Отличие от избыточной мощности - в том, что если избыточную мощность нельзя компенсировать увеличением "страхового объема" (рано или поздно все равно сбежит), то влияние узких змеевиков - можно. Но без гарантии успеха.

Попытаюсь объяснить.

Если по какой-то причине объем поднимающихся пузырьков кратковременно увеличится, баланс нарушится - жидкость не может мгновенно увеличить скорость своего циркуляционного движения чтобы сразу выпустить новые пузыри, и объем "жидкость + пузырьки в ней" увеличится. Если "страхового" объема куба не хватит чтобы поместить этот кратковременно увеличенный объем пока он снова не уменьшится, часть жидкости попрет в отбор.

Как влияют заужения или застои на изменение количества рождающихся пузырей?
Это связано с колебаниями кубового давления.

Для начала о том, что вызывает колебания кубового давления.

Когда пар конденсируется в холодильнике, кубовое давление зависит от того, насколько трудно пару пхаться по трубе и от того, как далеко он залетает, от того, как скоро он сконденсируется. Как только пар влетает в холодный змеевик или прямоточник,, стенки покрываются конденсатом, отдача тепла ухудшается и пар летит дальше, давление растет.
Если в змеевике есть застойные зоны, они работают как унитазные бачки - сначала накапливают конденсат, а переполнившись, резко сливают его вниз. Пока зона накапливает конденсат, давление в кубе растет, а когда сливает - давление падает, вплоть до отрицательного. Это самый плохой вариант - колебания давления максимальны.
Ну и сливная трубка. Если она тонкая и жидкость течет по ней полнокровным потоком, и если она опущена в конденсат, это тоже вызывает колебания давления в кубе.

И еще одна болевая точка. В восходящей части паропровода всегда образуется немного конденсата. Он либо выносится паром  в холодильник, либо пытается стечь в куб. Если на выходе пара из куба есть заужение, этот конденсат накапливается над ним, скачет, и эти скачки сопровождаются короткими, но весьма опасными прыжками кубового давления.

Ну и в заключение - как скачки давления влияют на наше равновесие между рождающимися и выходящими из жидкости  пузырьками пара. Изменение объема паровых пузырьков при изменении давления мало влияет на процесс - даже если скачки давления достигают 200  мм.в.ст, изменение объема имеющихся пузырей составляет всего 2%.

Гораздо важнее то, что при изменении давления изменяется температура кипения.
Когда давление растет, температура кипения возрастает, объем испаряемых пузырьков уменьшается, а скорость циркуляционного движения браги в кубе уменьшается. При этом подаваемое тепло накапливается  в виде избыточной (для нормального давления) температуре жидкости.
Когда давление начинает падать, жидкость оказывается перегретой, и накопленная за какое-то время энергия практически мгновенно работает на испарение. Это приводит к быстрому, резкому вскипанию жидкости. Но жидкость уже успела снизить скорость циркуляции. Равновесте нарушается - количество рождающихся пузырей превышает количество уходчщий, и суммарный объем "брага + пузыри в ней" лезко, лавинообразно увеличивается, но ненадолго. Быстрое парообразование приводит к росту давления и прекращению кипения. Начинается новый цикл качелей. Если страховой объемпаровой зоны позволяет поместить увеличение суммарного объема раги с пузырями, то выброса не происходит. Пока не происходит. Качели давления часто проходят с нарастанием амплитуды, и рано или поздно приводят к выбросам. Особенно если к колебаниям из-за - скажем - прыгающей пробки над узким выходом добавляются колебания из-за опущенной в жидкость трубки, когда уровень дошел до нее.

Не знаю, смог ли донести свои мысли, но надеюсь на это.

[быстрый бахус]

   А есть ли какое нибудь физико-математическое обоснование , при постройке куба , отношения высоты куба к его диаметру ? Если говорить о кубе в форме цилиндра.
То есть можно сделать куб цилиндром диаметром 15см. и высотой метр ,,а можно и диаметром 70 см. и высотой 30см.
Как считается  оптимальное соотношение диаметр/высота  куба ?

[Олежище]

Могу предложить сделать куб в виде шара. Максимальный объем при минимальной площади. Площадь излучения тепла минимальна, теплоизоляции уйдет меньше чем на кубе :) Одно НО, удобство работы с шариком минимально, так что я предпочту цилиндр.

[Игорь]

Где-то встречал такие оптимумы, но не помню где. Да они и не критичны в разумных пределах.
Нужно ориентироваться на имеющиеся условия.
Если предполагается греть куб на плите, то его сечение должно соответствовать габаритам двух или четырех конфорок.
Если предполагается электронагрев, то площадь сечения должна соответствовать их мощности - на каждый киловатт нагрева нужно иметь минимум 250-300 квадратных сантиметров, тогда не надо будет заботиться о снижении мощности при перегонке.

Кроме того, чтобы ожидание закипания не продолжалось больше часа, объем заливаемой в куб браги должен быть порядка 10 литров на каждый киловатт нагрева. Утепленный пивной кег с сорока литрами браги при нагреве 4500 ватт закипает за 40-45 минут. Если не скучно ждать дольше, можно иметь нагрев киловатт на два-три ведра браги. Больше на мой взгляд уже граничит с мазохизмом.

А вообще - по вопросу топика - на мой взгляд лучший куб - это тот, которого нет, то есть система непрерывной перегонки.

Или гибридный, псевдонепрерывный вариант.
Кубовая ерегонка делится на два примерно равных по времени и энергозатратам этапа - нагрев до кипения и выпаривание. А после окончания перегонки мы щедро выливаем кипяток в канализацию, льем в куб холодную брагу и снова греем ее. Это плохо.
Если иметь два небольших куба, и сливая барду из первого, греть ее теплом брагу, подаваемую во второй, можно заметно сократить время первого этапа, и практически вдвое снизить общее время перегонки.

[Delta]

Игорь...я конечно преклоняюсь перед твоими познаниями и ходом творческой мысли, но я вроде написал все правильно:

Из личного опыта по кубикам и прочим ёмкостям, могу сказать следующее: чем больше площадь зеркала браги, тем больше нужно оставлять свободного пространства. Пример: есть два кубика по 155литров...у одного диаметр 63см, у другого 50см. Первый могу заправить на 120 литров без последствий, второй на 130 литров. Вот и вся арифметика :) ИМХО

Так что вроде все правильно...А переваривать я не буду, если что...пойдет на ректификацию :) :) :)
OFF TOP:
Сегодня вварили мне муфту на тен...скоро мои железные яйца станут обычными... :D Кстати, человек этот (сварщик от Бога) обещал зарегиться у нас

[Игорь]

Дельта, я имею ввиду, что из твоего примера можно сделать неправильный вывод, что тонкие и высокие кубы лучше толстых и коротких. Но это не так.
Из блюдша проще и беспроблмней выпарить спирт, чем из вертикальной тонкой трубки. Над блюдшем гарантийный запас нужен миллиметра дваили пять, а над трубкой... там и метра может быть мало.

[Delta]

Игорь, ты же знаешь, что я практик, а не теоретик ;) Я всегда только констатирую факты...свои. Скорее всего, что если увеличить на моих кубиках выход для пара, то будет все наоборот (у меня), то есть как говоришь ты ;) И я так думаю, что наверняка есть какое то соотношение площади зеркала, подводимой мощности и диаметр выхода пара....но это больше уже по твоей части

[Игорь]

Если ты в свои кубы нальешь по 80-100 литров, то  50-сантиметровому можно дать нагрев 7-8 киловатт и гнать со скоростью 17-20 литров в час,

63-сантиметровый потянет 12-13 киловатт. Блин... это до 30 литров в час!

С такими мощностями гнать нужно зимой, используя в качестве охлаждения систему отопления дома.

Кстати, Дельта, пора вычислить какую мощность дает твой газ. Как я понял, ты грел кубы на полной мощности четырех горелок. За сколько времени закипали кубы? И сколько времени длилась перегонка - тело и хвост?

[Delta]

За сколько времени закипали кубы? И сколько времени длилась перегонка - тело и хвост?

Зимой - максимум 2часа 10 минут (брага 18-20*С) скорость 8-9литров в час для тела, хвосты (4 канфорки) 12 литров в час, это все для узкого кубика, широкий зимой не эксплуатировал, и все гоню через змеевик
Весна-лето, - 1час 40 минут разгон, все остальное тоже, брага заливаемая 25*С
Сейчас гоняю широкий куб, через горловину 40мм, высотою 60см(типа дефа)...позволяет заливать 135 литров (без брызгоуноса). Разгон 4 канфорки+3,75кВт элетротяги...35-40 минут...оставляю 3,75 кВт - отбираю тело, а хвосты опять же при 12 литров в час, но на электротяге+половина одной канфорки...
Жиклеры на плите раздолбаны в ручную ;) Про элетротягу наверное неинтересно и так все понятно, а газ я думаю дает около 7кВт...Как то так

[быстрый бахус]

А вообще - по вопросу топика - на мой взгляд лучший куб - это тот, которого нет, то есть система непрерывной перегонки.

Не совсем по теме,но пока мысль теоретическая не ушла - а не практикуется ли подавать в НБК брагу , подогретую в .. холодильнике ? То есть холодная брага конденсирует водно-спиртой пар,а затем уже , подаётся подогретой в НБК. В таком случае можно иметь дополнительную экономию электроэнергии по генерированию пара. Плюс экономия по воде, которая идёт в холодильник.
         

[Delta]

Не совсем по теме,но пока мысль теоретическая не ушла - а не практикуется ли подавать в НБК брагу , подогретую в .. холодильнике ? То есть холодная брага конденсирует водно-спиртой пар,а затем уже , подаётся подогретой в НБК.

Такие чертежи были, но я не знаю есть ли рабочие экземпляры...

[быстрый бахус]

Могу предложить сделать куб в виде шара. Максимальный объем при минимальной площади. Площадь излучения тепла минимальна, теплоизоляции уйдет меньше чем на кубе :) Одно НО, удобство работы с шариком минимально, так что я предпочту цилиндр.

Скорей всего так. Подыскивая себе куб из общепитовских котлов,обратил внимание на немецкие. Так вот у них  отношение высоты к диаметру = 1/1. Т.е. на 50 литров - 40х40см.,на 71 литр - 45х45 см.

[быстрый бахус]

Не совсем по теме,но пока мысль теоретическая не ушла - а не практикуется ли подавать в НБК брагу , подогретую в .. холодильнике ? То есть холодная брага конденсирует водно-спиртой пар,а затем уже , подаётся подогретой в НБК.

Такие чертежи были, но я не знаю есть ли рабочие экземпляры...

Чертежей не нашёл, но нашёл математическое обоснование того,что такой приём может быть эффективен в плане экономии Э/э :
http://labspirt.com/forum/index.php?topic=122.msg1343#msg1343
(ответ№2)

[Партизан]

Как видишь, исходные данные изменяются еще  на стадии чертежей

Да ничего они и не меняются... Я просто не знал, что это недоректификатом называется...  :)

Устройство должно быть конструктором, как лего, только для взрослых. С возможностью дополнения/изменения отдельных элементов.
Я нашел наглядный пример своего колеса.