температура на выходе ТСА

[Игорь]

Один из коллег обратился в личке с воросом о стабилизации охлаждения, просит Малюка.
Я давно знаю, что я хреновый коммерсант. И как обычно, вместо того, чтобы впарить человеку то, что он просит, стал разбираться действительно ли оно ему нужно. 

В процессе общения понял, что обсуждение и информация может быть полезной не только ему, но и другим и решил вынести эту тему на форум.
Коллега сделал интересную систему охлаждения без электроники. Схемы он не показал, но объяснил так.

Насос работает постоянно и не выключается. Установлен ... трехходовой смесительный клапан термостатический, который распределяет поток либо к внешнему блоку охлаждения либо обратно на вход насоса. Это поддерживает темп. теплоносителя всегда одинаковой (в моем случае 50-51 гр.)

[attach=1]

Вот фото этого термостатического крана. Как я понял, это кран, который применяют на водопроводе чтобы автоматически поддерживатьб температуру, скажем, в смесителе перед чашей Биде чтобы не ошпарить или не заморозить задницу :)

Фотографии экрана Пандоры показывают, что температура воды в дефлегматоре (не знаю - на входе или на выходе) всегда постоянна и близка к 50 градусам. Oна на фото обведена желтой линией.

[attach=2]

[attach=3]

[attach=4]

Казалось бы... Температура воды относительно стабильна, из ТСА иногда немного капает. Все нормально, но коллегу беспокоит отсутствие стабильности температуры на выходе из ТСА. Она на фото левее желтой метки.
Вот что он пишет.

Установил терморегулятор в контур и выставляю его на 50 -51 гр что дает на выходе из дэфа 72-73 гр и идет медленный капёж. Но это все работает только при работе на себя, а далее идет снижение температуры.

Меня запутала фраза " на выходе из дефа". Я воспринял ее как температура ВОДЫ на выходе из дефа, а оказалось, что имелась ввиду ввиду температура на выходе и3 ТСА. Это недопонимание несколько удлинило общение, но позже все стало на свои места.
Я давно говорю, что отображение каждого лишнего датчика, показания которого не используются для управления, это зло и закакивание мозгов. Датчик на выходе из ТСА нужен только дл контроля достаточности охлаждения, и он должен бавать информацию только в виде "да - нет", то есть превышен назначенный аварийный порог или не превышен.
Это мое обшение в личке - наглдное подтверждение правильности такого подхода. Человек и сам морочится по совершенно пустому поводу, и мне приходится принимать в этом участие. Без претензий ;)
Очередная цитата... Квитнэссенция. Важное выделяю синим цветом.

как видно из фото различных стадий процесса, темп. на выходе из ТСА постепенно снижается , хотя темп. носителя постоянна. Такой подход не решает проблему стабильной температуры на вых. ТСА. Надо регулировать работу насоса пропорционально изменении темп. именно ТСА, что, как я понял, и реализовано в Малыше. Вот и обращаюсь к Вам как человеку решившему данную проблему.

Когда коллега вместо фразы "на выходе из дефа" уточнил, что речь идет о температуре на выходе из ТСА, все мгновенно прояснилось.
Я ответил, что я эту проблему решал примерно в 2010 году И НЕ РЕШИЛ, а Малыш с этой задачей не справиться по той причине, что задача стабилизации произвольной температуры на выходе из ТСА не имеет решения.
Чувствую, нужны пояснения. Их есть у меня :)

[Игорь]

ТСА - не бродвей с двухсторонним движением, а тонкая трубка, по которой возможно только одностороннее движение.
Если охлаждения недостаточно, если насос толкает мало воды по этой трубке из колонны выходит спиртовой пар с температурой, близкой к 78°C. Если, изменяя подачу воды, попытаться изменить эту температуру, ничего не выйдет, так как под дефлегматором у нас азеотропный спирт с известной температурой кипения, и эта температура не зависит от того, какая часть этого пара будет сконденсирована, а какая выйдет в атмосферу.
При любых недостаточных оборотах насоса,фактическая температура на выходе их ТСА будет равна температуре кипения азеотропа. Термометр может показывать другую температуру, так как он покахывает не температуру пара, а температуру собственного чувствительного элемента, установившуюся в данный момент под влиянием всех факторов, включая температуру пара, воздуха, учитывая сквозняк и инерционность датчика, его гильзы и самой ТСА.
Если постепенно увеличивать подачу воды, поток пара из ТСА станет достаточным для полной конденсации пара, и его поток по ТСА остановится. На выходе из ТСА пар сразу сконденсируетс, его место займет воздуъх комнатной температуры.
Термометр может показывать и другую температуру, она в основном будет зависеть от теплопроводности металла ТСА, гильзы и термометра (термодатчика)Выводы. На выходе из ТСА может быть либо пар с температурой 78 с копейками, лмбо воздух комнатной температуры. Все промежуточные температуры между этими двумя - результат теплопроводности, передачи тепла от горячего дефлегматора.
Есть еще переходные процессы, но о них наверное в отдельном сообщении чтобы не перегружать текст.

[Игорь]

А пока - вывод. Температуру на выходе из ТСА невозможно стабилизировать на произвольном уровне, меняя подачу воды в дефлегматор. Можно только добиться.
Для хорошей работы дефлегматора нужно держать подачу воды на минимальном уровне, достаточном для почти полной конденсации пара.
Первое пояснение почему температура нв выходе ТСА снижалась скрыто здесь...

инерционность системы очень велика . При изменении настройки идет колебательный процесс

При запуске система еще не "устаканилась", колебательный процесс максимален. Охлаждения то много, то мало. то приводит к тому, что пар ииногда прорывается в ТСА, периодически подогревая датчик. Потом он постепенно остывает до нового прорыва пара. Это - один из переходных процессов, о которых я говорил выше.
Колебания, судя по всему, носят затухающий характер, поэтому длительность периодов, когда воды недостаточно становится все меньше, датчик подогревается все реже, а остывает все долше, поэтому температура датчика (не пара!) постепенно снижается.
Что я хочу отметить. Во время колебаний происходит интенсивное "дыхание дефлегматора", и это отражается на качестве спирта. Да, образующиеся альжегиды выбрасываются в каплях, но не полностью. Часть их конденсипуется в дефлегматоре и попадает в отбор.
С другой стороны, когда температура на выходе из ТСА приближается к комнатной, можно считать, что колебания закончились, и дыхангия дефлегматора больше нет, вохлух, который имелся в дефе больше не обновляется, и это хорошо. Но некоторое количествокислорода все-же там имеется, и если деф работает на грани недостатка охлаждения, размер воздушного слоя над паром минимален а из ТСА время от времени что-то капает. И это хорошо.

[Игорь]

Пока все было на базовом уровне. Пора копнуть немного глубже в части, касающейся переходных процессов, на этот раз не в плане теплопроводности металла, а в плане парциального давления паров.
Сразу замечу, что это не отменит вывода о том, что не стоит и пытаться, управляя потоком, стабилизировать 40, 50 или 60 градусов на выходе ТСА.
Поехали...

Температура потока спиртового пара  в нормальных условиях все-же может быть ниже 78,3 в случае, если в этом потоке кроме спиртового азеотропа есть в весомых количествах другие вещества, например, воздух.
Пока воздух из куба и колонны не вытеснен, температура паровоздушного потока на выходе из ТСА (при недостатке охлаждения) будет плавно расти, пока не достигнет температуры азеотропа, когда воздух закончится.
Кроме этого стартового периода, воздух может подмешиваться в спиртовый пар при колебаниях охлаждения, когда охлаждение становится избыточным. Тогда полная конденсация происходит на нижних витках димрота, а верхнюю зону занимает воздух.
Когда охлаждения становится меньше, пар конденсируется все выще и вытесняет воздух в ТСА, частично с ним смешиваясь. При этом фактическая температура потока тоже постепенно растет. Но это кратковременные переходные процессы, кстати, весьма небоагоприятно сказывающиеся на качестве спирта. Их нужно избегать.

[Игорь]

И в заключение.
Если легкая капель из ТСА произходит при температуре порядка 50 градусов на входе воды в дефлегматор, то этот дефлегматор работает очень круто, гарантированно не переохлаждая флегму.
Если же 50 градусов - это температура воды на выходе, переохлаждение флегмы гарантировано. Стоит пытаться поднять температуру, если это не вызовет избыточной капели из ТСА. Если же вызовет, скорее всего твой дефлегматор не совсем удачный. Обычно переохлаждением страдают наклонные дефлегматоры. :)
Нарисуй схему своего охлаждения, может получится что-то изменить к лучшему.
Все, лимит букв на сегодня закончился. Полтора часа времени.

[DVV337]

Мда... Супер. Просто поражает само отношение автора к попытке разобраться и решить проблему, так и усердие с каким сие доносится до слушателя. Редкое и завидное качество, просматривается талант просветителя и педагога...
добавлено: 19-04-2023, 12:30:36
По теме. Все более или менее становится на свои места. Но если стабилизировать темп. из ТСА не возможно, то как обеспечить оптимальную работу дефлегматора в данном случае? И что считать "оптимальной работой". Понятно что любая система управления имеет инерционность. В случае с системой охлаждения это и место установки датчиков, скорость и масса теплоносителя да и длина лина соединений в системе (там тоже активно идет процесс охлаждения). Для этого, кстати, почти все патрубки в термоизоляции. Но после длительного "колебательного процесса" устанавливается относительная стабилизация системы. Какие параметры должны быть при этом? Как правильно настроить все параметры для оптимальной работы? О том что наклонные дефлегматоры "не очень" слышу не в первый раз. Что в них не так и возможно ли исправить? Или только под замену.
В месте перетока флегмы в царгу есть прозрачная силиконовая трубка по которой видно переток. Каким должен быть этот поток - ламинарным или турбулентным, какого объема... Пояснений по данному вопросу не нашел (или плохо искал). Короче, как визуально оценивать работу всей системы по этому элементу?
Схему системы охлаждения нарисую позднее.

[Игорь]

Я пытался оседлать, взять под контроль процесс утечки из дефлегматора и сделал это. 
Сначала определился с объектом управления.
Чтобы непрерывно держать небольшую утечку из дефлегматора, нужно поддерживать маленький недостаток охлаждения. То есть, управлять процессом можно, меняя подачу воды и давая ее на йоту меньше, чем нужно.
Пора вычислить эту йоту. 
Киловатт нагрева приносит в деф примерно 4 килограмма спирта в час, 50-я колонна - киловатт 7. Если мы допускаем капель из ТСА на уровне, скажем, 20 грамм в час, нам нужно сконденсировать 6980 грамм спирта, а пропустить всего 20. Это всего 0.2% от общего объема пара.
Эта цифра говорит о том, что даже при стабилизированным нагреве, "настроить и забыть" какой-то поток воды не выйдет, так как точность поддержания нагрева в 1% в пять раз больше того недостатка охлаждения, которую нам нужно настроить. Не будем забывать и о таплопотерях, которые могут достигать 5, а то и 10%, и они не стабильны. 
Вывод. 
Чтобы стабилизировать скупую мужскую слезу из дефлегматора, нужно на что-то опереться для управления  насосом. На какой-то измеряемый и мало инерционный параметр.
И такой параметр есть. 
Напомню гидравлику, очень похожую на чисто электрический закон Ома.
Любая трубка оказывает сопротивление потоку. Если есть поток по трубке, значит с одной ее стороны давление больше, чем с другой. А если нет перепада давления, значит нет и потока пара.
Надеюсь, мысль ясна.
Я реализовал этот проект.   
На выходе ТСА поставил обратный клапан в прямом направлении. Напомню, чтобы его открыть, нужно приложить некоторое давление,  3-4 кПа примерно
При прогреве, когда из куба и колонны бешеным потоком шурует воздух, давление поднимается, клапан открывается и выпускает его.
Помимо этого прямого выхода через клапан, я соединял дефлегматор с атмосферой иглой от шприца. В результате даже небольшие потоки пара в ТСА создавали в дефлегматоре давление, которое можно было засечь датчиком MPX5010.
Я задавал давление, достаточное для нужного мне потока пара, и меняя напряжение, подаваемое на насос, менял охлаждение.
Все заработало.  Но перспективы такому подходу Я не увидел. 
Подробности потом, надо работать.

[Игорь]

Вот, лови.
Свеженькое.
Всего 5 лет назад :)
http://labspirt.com/forum/index.php/topic,6390.0.html