Фракции по полочкам или отбор голов за два часа или спирт без запаха.

[Бандерівець]

Игорь, я думаю что концентрация голов в колоне при работе на себя следующая, выше точки укрепленного спирта концентрация голов увеличивается по высоте. Почему так думаю? При отборе голов их вонючесть со временем падает.

Или

Если так как ты думаешь то головы у нас есть всегда что при начале ректификации что в конце, просто в конце их так мало что наш нюх не улавливает.


P.S. Забыл одну вещь сделать, сначало поленился а потом забыл. У меня на 2/3 колоне была впаяна трубочка и я мог с нее и с дефлегматора отобрать пробы и сравнить.  Поздно  :(

[Бандерівець]

Если головная примесь имеет Крект =3 во всем диапазоне спиртуозностей, если в сомогоне она содержится в концентрации 100 мг/литр, то после стабилизации концентрация примеси на верхней (отборной) тарелке будет в 45 раз выше, чем в кубе.

Если полностью выдуть, удалить содержимое трех верхних тарелок  и снова дать колонне поработать на себя, отбор начинать нельзя, так как концентрация примеси на верхней тарелке будет еще в 27 раз больше, чем в исходном самогоне.

После второй и третьей продувки тоже  отбор начинать рано, так как концентрация примеси на отборной тарелке будет после второй - в 16, после третье - в  9,5 раз больше, чем в исходном самогоне.

Как то тут что-то не так.

Допустим колону мы включили на себя. Парциальное давление в кубе некого компонента с Крект = 3, будет уменьшатся, за счет того что примесь будет выводится с куба. Примесь будет собираться в вершу колоны. Чем меньше  парциальное давление тем меньше его концентрация в кубе.
Если СС 40%, и примесь у которой Крект > 1 при 40%, и та же примесь Крект > 1 при 96% то со временем концентрация  этой примеси в кубе будет приближаться к 0, а в верху колоны будет концентрироваться.
После продувки паром мы выведем с куба и с колонны эту примесь.

[Игорь]

Вова, давай расмотрим систему из куба и одной идеальной тарелки. Если Крект примеси равен трем, то после того, как в жидкой фазе на терелке концентрация примеси станет втрое больше, чем в кубе,  установится равновесие, и движение примеси из куба на тарелку прекратится. Количество примеси, приходящее из куба на тарелку с паром, становится равным количеству примеси, возвращающейся с тарелки в куб с флегмой.

Или даже по другому. Просто запертая емкость, наполовину наполненная самогоном. Крект равен трем, значит примесь из жидкости переходит в пар только до тех пор, пока ее концентрация в паровой фазе не станет втрое больше концентрации в жидкой. После этого наступает равновесие, и количество молекул примеси, выходящих из жидкости в пар, становится равным количеству молекул примеси, возвращающихся из пара в жидкость.

Развивая эту мысль, приходим к тому, что на верхней тарелке концентрация примеси может достичь значения ИКС только тогда, когда концентрация на тарелке под ней равна ИКС / Крект.

[vadiv]

Игорь давай рассмотрим систему из 1000 тарелок, какая концентрация примеси будет на тысячной тарелке ? И как будет в процентном соотношении распределяться масса спирта и масса примеси на ней.
То, с чем ты все время борешься - ТТ , в данном случае ведут тебя в неправильном направлении. (Как в Матрице - "ложки нет")

[Игорь]

Но куда денется концентрация примеси 452 мг на 100 мл из стекающей флегмы. Ведь флегма которая будет стекать с 4 тарелки будет нести с собой концентрацию примеси 452 мг/100 мл, а на 3-й тарелке концентрация примеси всего 148 мг/100 мл.

Давай сначала разберемся с самим понятием равновесия.
Это словоозначает, что несмотря на постоянный поток пара и флегмы, концентрация веществ в каждой и любой точке колонны не изменяется. Пере сешение слекул есть, а изменения концентрации нет.  То есть, колтчество молекул примеси, поступающих на тарелку в виде флегмы, равно количеству молекул, уходящих с тарески в виде пара
Если Крект примеси равен трем, то между паром и жидкостью на тарелке устанавливается равновесие только тогда, когда концентрация примеси в паре втрое больше ее концентрации в жидкости.
В том моменте, что ты привел, флегма, несущая на нижнюю тарелку утроенное количество примеси, попадает в зону с меньшей спиртуозностью и большей температурой, поэтому примесь из нее активно вылетает до тех пор, пока ее не останется втрое меньше. Еще раз про равновесие.
Качественный и количественный состав флегмы и пара, проходящих через любое поперечное сечение колонны, работающей в режиме равновесия, строго эквивалентен.  Если это условие не выполняется, значит равновесие еще не достигнкуто

Почему мы упираемся в азеотроп (он что не переиспаряется и не конденсируется снова). Можно построить колонну с 4 тарелками, с 10, со 100, с 1000 .

Этот вопрос - последствие влияния секты "тарелочников", которые с самого начала смешали понятия тарелки физической и тарелки теоретической. Можно постройть колонну с миллионом  тарелок, но это будут физические тарелки, и после сотой это уже будет просто железо.
Когда мы говорим о ступени разделения, мы предполагаем разницу температур и разницу концентраций. Температура пара, приходящего на тарелку снизу, должна отличаться от температуры флегмы, которая приходит на тарелку сверху. Если этого отличия нет, то нет никакого переиспарения и нет изменения концентрации основных веществ и примесей. Такая тарелка или такая зона насадки работает не как теоретическая тарелка, не как ступень концентрации, а как буфер, как склад, как накопитель.
Именно это мешает нам быстро отделить готловы - вместо классного рзделителя, насадка превращается в огромный накопитель в зоне приближения к азеотропу.
Чтобы работали ступени разделения с номерами выше 20-30, градиент температур между ступенями должен быть настолько маленьким, что даже миероскопические теплопотери или переохлаждение флегмы ломают это разделение. Поэтому строить сверхвысокие колонны бессмысленно. 30-40 ступеней - это предел разделения для наших колонн.
Этого вполне достаточно чтобы укрелять спирт до 97%  и выше, но это не позволяет высоко укрепить и быстро отвести головные примеси.
Да, действительно, на 20-той ступени после работы на себя удается собрать 70-80% от содержащегося в кубе этилацетата (скажем, 8 грамм из 11) , но что толку с этого, если объем флегмы высота этой двадцатой ступени составляет пару-тройку десятков сантиметров, и объем флегмы на ней составляет 100 мл. Концентрация этилацетата не превышает 10%.

В этой ситуации тотальная продувка водяным паром может быть весьма эффективна.

[Игорь]

Игорь давай рассмотрим систему из 1000 тарелок, какая концентрация примеси будет на тысячной тарелке ? И как будет в процентном соотношении распределяться масса спирта и масса примеси на ней.

Пример с четырьмя тарелками я привел для того, чтобы проиллюстрировать, что примеси в колонне - не масло в воде, которое чем дольше стоит, тем больше всплывает. что примеси не всплывают максимально в верхнюю часть колонны, а распределяются в соответствии с пропорциями равновесия.

какая концентрация примеси будет на тысячной тарелке ? И как будет в процентном соотношении распределяться масса спирта и масса примеси на ней.

Перепад температур пара над 1000-ной т над 100-той тарелками настолькко мал, что "температурные помехи" первосходят их в на порядки. Поэтому никакого переиспарения и изменения концентраций между 100-той и 1000-ной тарелами нет, а значит это железки, а не теоретические тарелки. Бессмысленное переливание из пустого в порожнее. Накопитель головных примесей.

давай рассмотрим систему из 1000 тарелок

1000 - это нереальный вариант. Я рассчитал такой, который ближе к действительности
Если спирт укрепляется в колонне с 40 до 96.8%, это соответствует 20 ступеням разделения. Сложность состоит в том, чтобы выяснить распределение высот этих ступеней укрепления.
Из исходных данных есть только то, что на уровне 30 см от низа насадки температура устанавливается на 1/10 градуса выше, чем температура пара в дефлегматоре.
Мы знаем еще одно - нижние 5 см насадки и верхние 10-20-30 см работают в плохих условиях и не дают разделения.

Я упрощенно предположил, что высота каждой последующей ступени укрепления увеличивается в одинаковое число раз, а флегма равномерна распределена по всей высоте.
Исходя из этого, я распределил общее количество флегмы между ступенями и сделал пересчет концентраций спирта и примеси на каждой из 20 ступеней после работы на себя и достижения равновесия. Не могу сообразить как читабельно выложить результат...
Сейчас попробую.

[Игорь]

Условия таковы.
В куб залили 40 литров 40%-ного самогона (16000 мл спирта), содержащего 700 мг этилацетата на литр АС (суммарное количество этилацетата - 11200 мг).
Колонне дали отработать достаточное время на себя. После установки равновесия в разных уровнях насадки установятся разные концентрации спирта и примесей.
Вот один из вариантов их распределения.

[attach=1]

Если же ступени разделения будут распределены по другому, картина меняется.

[attach=2]

Смотри в чем разница. Общее количество примеси на верхней ступени почти не меняется, но при таком распредерении высоты ступеней, вдвое падает ее концентрация, и чтобы отобрать ее традиционным способом, понадобится удалить намного больше спирта.

[Игорь]

Теперь о продувке. Рассматривая две расчетные таблицы, продувка кажется наиболее эффективным способом удаления голов.
Но...
Меня терзают смутные сомнения. Эти сомнения в первую очередь связаны со словом "конденсат".
Если в колонну с температурой 78 градусов мы введем пар с температурой 100 градусов, этот пар постепенно испарит всю флегму из насадки, а сам при этом будет конденсироваться. Флегма насадки будет терять спирт и насыщаться водой. В конце продувки этот конденсат стечет в куб.
Меня беспокоит вопрос - не притаится ли какая-то часть примесей в этой флегме и не стечет ли она после продувки с куб, чтобы потом отравить наш продукт?
Или поставлю вопрос по другому.  Сколько времени и с какой интенсивностью надо вести продувку, чтобы вернувшийся в колонну после продувки конденсам был свободен от примесей.

А пока зреют ответы на эти вопросы, я поиграюсь с пульсирующим отбором голов на базе второй таблички.

[Бандерівець]

Сколько времени и с какой интенсивностью надо вести продувку, чтобы вернувшийся в колонну после продувки конденсам был свободен от примесей.

У меня после 10 минут продувки,  после ТСА конденсировался пар без посторонних запахов и вкусов.
В субботу попробую продувку, планирую сверлить отверстие на высоте 20 см. от низа насадки.

[Игорь]

У меня после 10 минут продувки,  после ТСА конденсировался пар без посторонних запахов и вкусов.

Я коворю о конденсате первой секунды продувки, который смешался с головастой флегмой и вернулся в куб.

планирую сверлить отверстие на высоте 20 см. от низа насадки

Не спеши! Судя по всем расчетам, горовы соьираются максимум в верхней половине колонны. Попробуй бродувку в имеющееся отверстие на 2/3 не выключая нагрев куба, минут по 5 два раза с паузой 30 минут.

[Игорь]

И у меня. и у тех, с кем мене довелось пообщаться, реальный объем голов, который нужно вывести чтобы пошел спирт отличного качества, составляет примерно 10% от объема спирта в кубе.
выкладываю данные по кубу и верхней ступени разделения при традиционном отборе голов - медленном, или пульструющем.
Данные получились более радужные, чем практика - по расчету для получения спирта отличного качества нужно вывести примерно литр голов. На практике больше. это говорит только об одном. Расчетная модель слишком хороша (я брал вторую), и фактически буферная зона вверху насадки выше, чем я предполагал в худшем варианте.
Не знаю как это будет читаться... и так скрыл все тарелки, кроме куба и самой верхней.

[Игорь]

Блин...хрен чего видно... Делаю график.

[Игорь]

Давайте по головам подведем итоги.
Если количество головных примесей в кубе принять за 100%, то после работы на себя и стабилизации режима головные примеси распределяются примерно так.

Если высота ступеней разделения в колонне растет равномерно, то:

В кубе остаются только следы головных примесей.
В нижней трети колонны головных примесей нет.
В средней трети колонны их накапливается порядка 3%.
В верхней трети - 98% головных примесей.

Если высота ступеней разделения в колонне растет неравномерно (а судя по расчету динамики вывода примесей это более правильная модель), то:

В кубе остаются только следы головных примесей.
В нижней трети колонны головных примесей нет.
В средней трети колонны их накапливается порядка 25%.
В верхней трети - 75% головных примесей.

Надо только выяснить время, за которое происходит стабилизация и такое распределение.

При любой модели для пропарки именно головных фракций нет смысла пускать пар в низ колонны.

Вова, если в твоей колонне есть отверстие в 2/3, дуй туда.
Нагрев кубы при этом выключать не нужно, а вот подачу воды лучше прекратить.

Теперь пора посмотреть на поведение промежуточных фракций.
Выбирайте пару характерных представителей.

[Игорь]

У меняя есть готовый вариант для "нижней промежуточной примеси - изоамилола (Крект=1 при 40% об)
Сейчас забацаю для верхней промежуточной примеси - пропионоэтилового эфира (Крект-1 при 85% об) и выложу итоги.

[vadiv]

Выскажу свои мысли

Давай сначала разберемся с самим понятием равновесия.

Игорь, я не думаю, что можно использовать в данном случае теоретическую модель равновесной системы.
Во-первых одно, двух компонентные системы действительно достаточно изучены и имеют теоретическую базу. Рассматривая двух-компонентную систему вода-спирт, и строя расчеты на теоретических выкладках разработанных для таких систем, мы пренебрегаем влиянием примесей (т.к. концентрация их в общей массе незначительна). Но рассматривая трех и более компонентную систему и еще с целью изучить (определить) поведение как раз примесей (концентрация которых незначительна) в трех и более компонентных системах (которые кстати мало изучены) я думаю нельзя использовать "впрямую" наработки для двухкомпонентных систем.
Во-вторых, я не совсем согласен, что для наших ректификационных колонн, с точки зрения многокомпонентной системы можно употреблять понятие равновесие (вернее сказать я не знаю когда может наступить этот момент равновесия, что выбрать, в данном случае, за критерий установления равновесия. Систему спирт-вода? Не думаю.)

 

Этот вопрос - последствие влияния секты "тарелочников", которые с самого начала смешали понятия тарелки физической и тарелки теоретической. Можно постройть колонну с миллионом  тарелок, но это будут физические тарелки, и после сотой это уже будет просто железо.

Я все-таки напишу про ТТ.
Я ярый противник использования понятия ТТ. Эта математическая модель, разработанная для упрощенного описания (расчета) процессов происходящих в ректификационных колоннах, для двух-компонентной системы (среды) может являться только вторичной информацией (но не исходными параметрами) и только для узкого круга задач.
Предположим физически мы построили тарельчатую колонну с 1000 физических тарелок (предположим это у нас абсолютная система с 0 теплопотерями). Снизу греем  брагу, сверху стоит дефлегматор. Через какое-то время все физические тарелки будут заполнены и сверху вниз начнет стекать флегма. Если это двух-компонентная система спирт-вода, мы смело можем сказать, что на верхней тарелке будет азеотроп, внизу будет куб с брагой и температура будет изменяться от мах внизу до мин. вверху и что самое главное - у нас будет 1000 тарелок на которых будет происходить тепло-массо обмен и переиспарение.
Да любое внешнее влияние будет сбивать систему ( в данном случае можно употребить равновесие), но ... неизменным останутся 1000 тарелок (узлов) на которых будут интенсивно происходить тепломассо-обмен и переиспарения.
Но так можно описать и колонны с 50 ,... 100...500... 10 000  физическими тарелками и на всех них будет: на верхней тарелке азеотроп, внизу будет куб с брагой и температура будет изменяться от мах внизу до мин. вверху и что у нас будет 50 ,... 100...500... 10 000 тарелок на которых будет происходить тепло-массо обмен и переиспарение.
Как нам имея в исходных данных крепость браги внизу (температуру кипения) и температуру кипения азеотропа  определить сколько у нас ТТ тарелок - количество которых дальше будет использоваться нами для расчета процессов происходящих на физических тарелках (тепло-массо обмен и переиспарение). Ведь понятие ТТ введено для того чтобы использовать формулы и закономерности, исследованные, изученные и выведенные   для расчетов связанных с   физическими (ступенчатыми) тарелками.

И как можно определить сколько раз будет происходить переиспарение в насадочной колонне, для того что-бы перейти к расчету накопления примеси. Ведь в исходных данных для расчетов мы берем Кр который дает нам данные только для единичного процесса испарения-конденсации.