Колонны "большого" диаметра

[Игорь]

Помимо разделительной способности, насадочную часть колонны характеризуют и другие параметры, большинство которых на одних этапах ректификации - благо, а на других - проблема. Например удерживающая способность и ее антагонизм - "избавлятельная" способность.
При кубовой ректификации, к примеру, головные примеси из куба проходят в насадку, насыщают ее, и после этого постепенно выводятся. После этого, чтобы перейти к отбору тела, необходимо сначала избавиться от остатка головных примесей в насадке.
Если насадка хорошо удерживает примеси, да ещё и имеет большой объем, сделать это будет достаточно сложно, придется потратить, запачкать остатками голов немало спирта для этого процесса.
Поэтому, с этой точки зрения, насадка большого объема с хорошей удерживающей способностью - зло.
Кроме того, при отборе голов нет необходимости в высокой разделительной способности. 5-10 ступеней разделения достаточно. 
Но на этапе отбора товарного спирта, когда основным врагом становятся  верхние промежуточные примеси, появляется необходимость в высокой разделительной способности. А ближе к концу периодического процесса, когда к верхним промежуточным присоединяются и нижние, появляется необходимость в большой разделительной способности.

Насадочная часть ректификационной колонны периодического действия, чтобы быть эффективной на всех этапах процесса,  должна соответствовать целому ряду взаимоисключающих параметров.  Усиление любого из них, которое даст преференции на одном этапе, неизбежно осложнит жизнь на другом. 
Колонны большого диаметра отлично отработают на этапе отбора товарного спирта, но станут источником геморроя при отборе голов и при переходе к отбору товарного спирта. 
Поэтому информация из этой ветки весьма полезна тем, кто использует непрерывную БРУ,  но будет большой проблемой для тех, кто попытается использовать такую колонну в периодической ректификации. 
В свое время я немало поэкспериментировал с колоннами в внутренним диаметром от 32 до 65 мм. По совокупности параметров, по компромиссу зарактеристик,  я отдал предпочтение 50-й колонне с насадкой 3.5. 
Она достаточно легко избавляется от голов, достаточно четко удерживает сивуху, и при умеренном утеплении и охлаждении не требует больших объемов переходных фракций.
Колонна с внутренним диаметром 57 работает значительно быстрее, но уже в ней возникают проблемы с задержкой голов в насадке даже при идеальном охлаждении и "горячем" охлаждении. Проблемы эти не критичны, но дальнейшее увеличение диаметра даёт удивительно быстрорастущий отрицательный эффект, избавиться от остатка голов становится все сложнее. Я год пытался заставить нормально работать колонну Двн65, безуспешно. Ни смена насадок, ни смена режимов, ни пояски с бубном в Вальпургиеву ночь не помогли облегчить избавление насадки от остатка головных примесей. Но справедливости ради отмечу, что увеличение удерживающей способности весьма положительно сказывалось на удержании сивухи. На 65-й колонне заканчивать отбор товарного спирта можно было не при 95-96, а при 98 градусах в кубе.

[Диоген]

Поэтому, с этой точки зрения, насадка большого объема с хорошей удерживающей способностью - зло.

Вот именно. Многие считают; чем больше насадки, тем лучше. Объем насадки нельзя увеличивать с ростом диаметра колонны, если другие параметры (объем куба, мощность нагрева) этому объему не соответствуют. Если при изготовлении колонны привязываться к диаметру, то необходимо взять за правило: Чем больше диаметр, тем короче колонна, тогда количество ТТ останется  неизменным (График рис.3 "Зависимость ВЭТТ от высоты слоя насадки")
Не помню откуда, но вот "оно":
"Чем больше количество тарелок, тем больше времени понадобится для установления равновесия в колонне. Особенно затрудняется регулирование колонны при наличии дополнительных тарелок, сверх необходимых по расчету.
Состав и температура жидкости на них почти не изменяются, в следствии этого они не пригодны для работы."

[Игорь]

Чем больше диаметр, тем короче колонна, тогда количество ТТ останется  неизменным (График рис.3 "Зависимость ВЭТТ от высоты слоя насадки")

да ну... Царга діаметром 50 мм, 2,7 литра насадки.
Пересыпаем эту насадку в трубу диаметром втрое больше, 150 мм.
Высота насадочного слоя станет меньше 20 сантиметров.
Неужели количество ТТ в двух колоннах останется одинаковым?   

[Диоген]

Если верить авторам букварей, и графикам Железняка [12/151], Креля [4/130],  то ...ну да.
Скорость пара 0,02 м/с и меньше, а так по букварям всё норм.

[vova0869]

А зачем тогда такие высокие коллоны в промышленности ?А если чисто теоретически поставить две колонны маленькую для голов и большую для товарного спирта .

[Игорь]

Это будет суррогат непрерывной системы. Который суммирует все недостатки обоих способов, а достоинства - не все.

[Игорь]

Если верить авторам букварей, и графикам Железняка [12/151], Креля [4/130],  то ...ну да.
Скорость пара 0,02 м/с и меньше, а так по букварям всё норм.

Меня когда-то приучили в любой сфере применять метод математического анализа.
Ты пишешь о том, что количество ТТ царги с насадкой зависит от количества насадки, и не зависит от высоты. 
Метод мать анализа не позволяет мне с этим согласиться.
Вот это сообщение...

Если при изготовлении колонны привязываться к диаметру, то необходимо взять за правило: Чем больше диаметр, тем короче колонна, тогда количество ТТ останется  неизменным

может я неправильно понимаю тебя? Ты считаешь, что количество ТТ определяет не высота насадочного слоя, а количество насадки?  Категорически не согласен.

Имея определенное количество насадки, я могу сделать две предельно разные царги, два крайних варианта, и один средний.
Допустим, имея 2.7 литра насадки, я могу сделать привычную царгу высотой 1.5 метра диаметром 50.
Могу сделать царгу диаметром 4 мм (в одну насадинку) высотой 39 метров, это один крайний вариант, другой крайний вариант - сделаю слой высотой в одну насадинку в царге диаметром метр сорок... Цифры с потолка.
Натурных эспериментов делать не буду, обойдусь мысленными.
Насадка высотой с многоэтажку работать не будет. Ее производительность будет близка к нулю, любая другая мощность приведет к захлебу колонны.
Насадка высотой в один слой тоже не будет работать - пар и флегма просто не заметят насадку если она будет располагаться в один слой. 
При этом стандартная царга высотой полтора метра гарантированно работает.
Понимая это, мы имеем неоспоримый вывод.
Чем ближе к предельным размерам, тем хуже. А значит, что если рассматривать работу ряда колонн с растущей высотой и уменьшающимся диаметром, мы сначала будем отмечать рост эффективности использования насадки, а после какого-то определенного уровня - уменьшение эффективности.
Таким образом, кривая зависимости эффективности от диаметра сначала идёт от нуля вверх, выравнивается, при каком-то диапазоне диаметров удерживается недалеко от максимума, а затем начинает снижаться, и снова возвращается к нулю.
Разумеется, в каждом конкретном варианте использования (вид разделяемых веществ, непрерывная или кубовая ректификация, доступная мощность и высота, и тому подобное), зона плато максимальной эффективности будет разной.
По моим наблюдениям, относящимся к кубовой ректификации спирта при доступном нагреве до 3-4 киловатт и высоте до 2.5 метров, зона плато начинается на диаметре 40 и заканчивается на диаметре 60 мм.   
Правее и левее этого диапазона совокупность всех факторов использования колонны, включая производительность, качество, управляемость и повторяемость результатов, резко падает.
Для колонн непрерывного действия этот диапазон наверное немного сместится в сторону увеличения, но не в разы.

[Игорь]

Знов розпатякався трофейной мовою :) 
Пропоную розглянути ще один метод уявного експерименту. Він побудований вже не на мат.аналізі, а на логіці. 
Припустимо, ми маємо безліч часу, безліч насадки певного розміру, та безліч труб будь-якого розміру, але не круглого перетину, а шестикутного. Яка різниця?
З цих труб та насадки ми будемо кожного дня робити нову царгу, та ганяти її на певному нагріві, припустимо,  один кіловат.
За тиждень, місяць чи рік ми дійдемо висновку та ретельно перевіримо його.
І з впевненістю скажемо.
При потужності 1 кіловат найкраще працює царга розміром А висотою Б. Поставимо крапку у такому дослідженні.
Тепер складемо докупи сім таких однакових царг.  Картинка перетину буде виглядати приблизно так...
Тут буде малюнок. [size=78%].  [/size]
Якщо ідеально розподілити пару та флегму на сім секцій, то можна обійтися загальним кубом зі спільним нагрівом 7 кіловат, та спільним дефлегматором.
А також прибрати внутрішні стінки. 
Якщо одна царга працює ідеально, якщо флегма та пара розподілені ідеально, то й збільшена колона буде працювати так само ідеально, як і одна маленька.
Розширюємо цей висновок.
Масштабування колони, тобто збільшення діаметру (поперечного перетину) колони з одночасним пропорційним збільшенням діаметру не приведе до погіршення експлуатаційних характеристик лише при умові, що ми забезпечимо рівномірний розподіл флегми та пари по всій висоті насадки.
Якщо це не зробити, будь-яка спроба масштабування ідеальної колони приречена на провал. Експлуатаційні характеристики колони збільшеного діаметра неодмінно будуть гірше.
Це все, що я маю сказати про колони великого діаметру. :)

[Диоген]

Масштабування колони, тобто збільшення діаметру (поперечного перетину) колони з одночасним пропорційним збільшенням діаметру не приведе до погіршення експлуатаційних характеристик лише при умові, що ми забезпечимо рівномірний розподіл флегми та пари по всій висоті насадки. Якщо це не зробити, будь-яка спроба масштабування ідеальної колони приречена на провал.

Другими словами; надо правильно секционировать колонны.  Я уже подготовил некоторый  материал. Если по модернизации оборудования есть ещё вопросы - задавайте. Развёрнутые ответы войдут в продолжение статьи.

[Батарейкин]

есть ещё вопросы

где правильно вынимать сивуху?

[ГонщикФормулы]

Диоген, когда можно будет почитать материал о секционировании? Интересно как и чем это делается.

[ДимаС]

Діогене, там інфо про куби - [1/567] - невірно джерело вказане, нижче скрін з Касаткіна - геть інше

[Диоген]

Обрати внимание на год издания книги.

[ДимаС]

Та той же рік знайшов був(

[Диоген]

Да, ты прав - опечатка. Правильная ссылка [11.567] Там ещё интересен абзац выше:
" Лишь в некоторых случаях в куб переодически действующей  установки непрерывно добавляют начальную смесь, для поддержания в нем постоянного уровня жидкости"
Зачем?