Отбор хвостов в нижней части колонны: вопрос к GrOV

[PARSEKER]

Отберем не медленно (нефиг тратить время), а со скоростью, равной половине мощности.

А не получится что мы снизим давление в кубе и всё что подпиралось паром в колонне рухнет обратно в куб?

[Vimax]

Это может показать лишь тестовый прогон РК в таком режиме.

[GrOV]

но старался... честное слово

Кто-то из авторов букварей упоминал о таком  или подобном способе...Найду - приложу скан...
Деталей точно не помню - но не пошло...Для эффективного отвода сивухи необходима её концентрация - иначе отводимый объём будет очень велик -   чуть ли не менее 2/3 от всего пара...
Колонна может в достаточной мере сконцентрировать примесь, паровое пространство куба - нет.. :(.
добавлено: 31-07-2013, 23:32:15

Достаточно во время гонки их слить пару - тройку раз. Или я ошибаюсь?

Думаю, что отбор с задержками - не лучшее решение...Задача, стоящая перед нами - не допустить нарастания выше определённого предела коцентрации сивухи в колонне по нескольким причинам:
     1.   она отчасти является "сырьём" для генерирования промежуточных примесей.
     2.  главный вред увеличение концентрации сивухи наносит тем, что "запирает" колонну снизу не давая "нормально" испаряться спирту, приводя к спиртовому "голоданию" колонны и заметному падению  разделения\производительности...
     3. чем больше накопление флегмы на нижних тарелках - тем больше примеси там задерживается. Если для хвостов - это терпимо, для промежуточных - неприемлемо..
     4. ....кто-нить добавит ещё причины...

Постоянный отбор из зоны высокой концентрации сивухи , думается, приведёт к более стабильным результатам, нежели пульсирующий - с задержками...
Имхо, естественно...

[Игорь]

1.   она отчасти является "сырьём" для генерирования промежуточных примесей.

Нет. Сивушное масло - это смесь примесей, основная часть которых - промежуточные. Это не сырье, а продукт.

2.  главный вред увеличение концентрации сивухи наносит тем, что "запирает" колонну снизу не давая "нормально" испаряться спирту

Это утверждения требует осмысления...
Если сивуха как кран перекрывает колонну, мы должны наблюдать рост кубового давления. Но этого нет, кубовое давление не растет. Значит если и перекрывает, то не как кран.

Допустим, перекрывает не как кран, а как поршень. Но если кубовое давление не растет, значит этот поршень поднимается вверх по мере дальнейшего испарения "непропускаемого" спирта. Но мы  не допускаем и не наблюдаем перемещения по колонне зоны повышенной температуры. Наоборот, остановив отбор мы видим падение температуры внизу колонны, значит "поршень" ползт вниз. Но тогда мы должны наблюдать рост давления... Его нет. Значит не как поршень.

Может сивуха перекрывает дорогу спирту не как кран и не как подвижный поршень, а как сито, пропускающие мелкие молекулы воды, но задерживающие крупные молекулю этанола? Тогда это тянет на нобелевскую... Ведь молекулы этанола не будут сидеть в 95-градусной воде, а вылетят в паровую зону и попытаются прорваться в колонну. Но туда их не пропустит сивушное сито. И когда спирта испарится 60 мл, в паровом пространстве (30 литров) будет абсолютный, то есть 100%-ный спирт. Но я сомневаюсь, что это так. Нобелевская сорвалась :)

[Игорь]

Для эффективного отвода сивухи необходима её концентрация - иначе отводимый объём будет очень велик -   чуть ли не менее 2/3 от всего пара...

Предлагаю определить вместимость парового пространства куба.
Если это 30 литров и температура составляет 95 градусов. в этом объеме при кубовом давлении 1. 3 атмосферы поместится
30 : 22.4 х (273+90) : 273 х 1,03 =  1.4 грамм-моль пара
Это 25 грамм воды, 64 грамма этанола, или 84 грамма изомеров амилового спирта... Не так-то уж и много, это порядка 1/6 части удерживающей способности 50-й колонны высотой 1.5 метра...

Колонна может в достаточной мере сконцентрировать примесь, паровое пространство куба - нет..

Я вот к чему клоню...Колонна концентрирует примесь где-то в самом низу колонны , но где именно мы можем только догадываться. Проковыряв колонну, мы можем только надеяться, что попали куда надо - в зону максимальной концентрации.
Остановив отбор, мы насыщаем колонну спиртом серху внизи вытесняем сконцентрированную ранее в колонне сивуху обратно в куб.
Акцентирую внимание. Концентрирование происходит не в кубе, а в колонне.

Вытесняясь в виде жидкости в куб, сивуха не торопится раствориться в жаркой для нее жидкости и испаряется, концентрируясь уже в паровой зоне куба.
То есть, я предполагал использовать паровую зону куба не для концентрирования паровой фазы сивухи, а для сбора сконцентрированной в колонне примеси.

Может ничего и не получится... Но прежде. чем начать сверлить. пилить колонну. варить на нее рубашки и карманы, я хочу попытаться использовать имеющуюся конфигурацию оборудования. И только если эта попытка потерпит фиаско. я возьмусь за что-то другое.

Не знаю. когда у меня будет очередная ректификация, поэтому имею наглость попросить кого-нибудь из коллег поэкспериментировать.

Эксперимент достаточно прост если есть возможность прикрутить прямоточник к кубу через кран рядом с колонной.

Эксперимент займет 30 минут.
Когда температура в кубе дойдет до 92-94 градуса, нужно остановить на 10 минут отбор, затем при открыть паровой кран перед прямоточником так, чтобы за минуту набиралось примерно 10 миллилитров и через 10 минут остановить этот отбор.
После этого надо дать колонне поработать на себя 15 минут и продолжить ректификацию в обычном режиме.

Отобранный снизу продукт должен быть зело вонюч. Нужно провести с ним две манипуляции. Первая - остудить и измерить крепость. Если она близка к 60-70%, это хорошо.

Второе. Нужно набрать 10 мл отобранный конденсат в шприц. В прозрачный мерный цилиндр набрать 20 мл воды и струей влить в  воду содержимое шприца. Если вода замутнится, это замечательно. Через некоторое время муть расслоится и вверху мерника появится слой сивухи. Если его размер составит хотя-бы 1 миллилитр, будет просто великолепно... Это значит, что наши отобранные 100 мл вынесли из куба 10 мл сивухи... это примерно 10-20% от ее обхего кубового объема.

[Povorot]

 Игорь,  если все сложится нормально, попробую сделать в  выходные. Проблема только в том, что перегонять буду головы и всякий «мусор», набравшиеся от дистилляций Там сивуха хоть и есть, но ее мало. А идея классная!

[GrOV]

Нет. Сивушное масло - это смесь примесей, основная часть которых - промежуточные. Это не сырье, а продукт.

Продукт безусловно, но кроме изоамилола в состав сивухи входят пропиловый, изобутиловый и др. спирты, некоторые органические кислоты, изовалерианоизоамиловый, уксусноизоамиловый, изомасляноэтиловый эфиры, азотистые и сернистые соединения...
(Цыганков 1984 стр. 12 рис. 6; стр. 178 второй абзац сверху)..
Это неоднородная по химсоставу многокомпонентная смесь, причём каждый компонент имеет свой Кр, определяющий их "поведение" и зависящий как от концентрации этанола, так и от концентрации самой примеси.
(Стабников 1969 стр.246 нижний абзац)...
Кроме того, при ректификации присутствие в колонне нижних (более труднокипящих) промежуточных примесей гарантировано приводит к образованию более легкокипящих - например эфиров...Такой вывод следует из  наблюдений Грязнова (Практическое руководство по ректификации 1965., стр.108 второй снизу абзац)..
Иными словами - удаляя из колонны спирты сивушной группы одновременно и автоматически происходит снижение концентрации эфиров, находящихся выше по колонне...
Именно поэтому  я написал о том, что сивуха (имеются ввиду спирты сивушной группы) отчасти являются сырьём для образования более "лёгких" промежуточных примесей...

[Игорь]

Олег. сивуха - это и есть смесь промежуточных примесей. которые нечестно ведут себя при ректификации, меняя свою летучесть по отношению к спирту. И если какая-то часть этих примесей исчезнет, а вместо этого появятся другие нечестно ведущие себя примеси. от этого нам ни хорошеет, ни плохеет. Если в моей бочке ложка березового дегтя превратися в ложку осинового, ничего не изменится :)
Если говорить о генерировании примесей. то это процесс увеличения их количества. а не изменении состава существующих. Ну, к примеру, в кубе - какая-то органическая кислота - хвостовая примесь, не покидающая куб, и спирт. Вот тут действительно примесь генерируется - образуется новое количество нечестной промежуточной примеси...

Но это детали и мелочи, не достойные обсуждения..

Важнее обсудить тему сивушной пробки. там не все однозначно, но очень важно.

[GrOV]

И если какая-то часть этих примесей исчезнет, а вместо этого появятся другие нечестно ведущие себя примеси. от этого нам ни хорошеет, ни плохеет

Да как бы так и одновременно не так...Попробую объяснить свою точку зрения...С преобразованием примеси из одной в другую меняется и способ их отбора с целью понижения концентрации. И если в бочке мёда часть сивушных твёрдых фекалий превращается, к примеру, в понос - их палочкой уже не выковыряешь - надо другой (дополнительный) инструмент - я как бы об этом...
То есть к палочке придётся добавлять ещё и черпак...

В остальном - никаких возражений к твоему посту...

[Игорь]

Да, давно пора поподробней поговорить о промежуточных примесях. Они неоднородны и в нижней части колонны концентрируется только та их часть, которая имеет максимальную летучесть в 40-70%-ном спирте. Но есть еще и "понос", который концентрируется гораздо выше. В промышленности с ними борются омыливанием, наливая на верхние тарелки щелочь и переводя их в нелетучее состояние... А как быть нам?
Да, GrOV, ты прав. Длительное кипячение сивухи на нижних уровнях колонны никак не уменьшает концентрацию "поносных" промежуточных примесей вверху колонны. И чем больше нижней сивухи мы выведем в процессе ректификации и чем раньше это сделаем, тем меньше "поноса" будет размазано по колонне и тем меньше его попадет в отбор.

[GrOV]

Об сивушной "пробке" в колонне...
Придётся начать издалека, чтоб акцентировать внимание остальных на причинно-следственных  связях...

Смотрим Стабникова 1969 стр. 234:
[attach=1]
И стр. 236:
[attach=2]

Вроде все об этом читали, да не все над этим задумывались  :(...

Попытаюсь показать собственные размышления на примере:

Если глянуть, на созданную Игорем, весьма полезную шпаргалку -
( в табличках смотрим на %об. концентрации спирта на 1-3 тарелках)

[attach=3]

[attach=4]

[attach=5]

то  (опираясь на  Стабникова) можно предположить, что до остаточной концентрации спирта около 20% об. в кубе, сивуха преимущественно сидит в кубовой жидкости. С понижением концентрации  спирта в кубе до 10-15 процентов она активно занимает область парового кубового пространства и начинает концентрироваться на первой тарелке колонны...
Но при даже 1% спирта в кубовой жидкости не подымается выше 3-4й тарелки...
При ориентировочной ВЭТС наших колонн в нижней части около 2,5-3 см - вырастает (по высоте) цифра ~ 10 см. от куба насадки, эффективно концентрирующей сивуху ...
Кубовые температуры начала отбора сивухи напрашиваются сами ( по концентрации кубовой жидкости)...
Вроде бы и можно попробовать "сдувку" некоторого количества кубового пара с целью понижения концентрации сивухи на нижних тарелках колонны...
Но напрягает аналогия с методом эпюрации бражки на двупоточных брагоперегонных аппаратах: весьма сходные условия - низкая концетрация спирта (~ 10%об) что в бражке, что в нашем кубовом остатке, и почти никакое укрепление - паровое пространство куба+ 1-2 тарелки( в нашем случае) и подобное же укрепление в НБК...
Грязнов пишет (стр. 130) что:
[attach=6]
По Цыганкову это ещё весьма оптимистическая оценка, в реальности отводить с примесями приходится не менее 60% спирта, выпариваемого из бражки...
Поскольку условия в этих двух примерах похожи, должны оказаться близкими и результаты, не правда ли?
Придётся готовиться к какой-то  дополнительной мороке с большим количеством отведённого  с примесями"грязного" спирта, который жалко терять.. :(
В наших условиях проверить эти выводы можно только натурным экспериментом...

Но, если принять к сведению, что мы держим свои колонны изрядно "заспиртованными", располагая датчики температуры в 15-20 см от куба с целью недопущения поднятия хвостов больше чем на 3 тарелки вверх по насадке и не преследуем цели сбора сивушного масла как ещё одного итогового продукта, то кажется целесообразным поднятие концентрации сивухи на 1-2 тарелке колонны с последующим безвозвратным выводом её из процесса ректификации..
Потери спирта будут невелики, а эффект заметен...
Увеличение же отводимой фракции по объёму с целью удаления бОльшего количества сивухи с низкой концентрацией и последующем возвратом спирта в процесс тоже сомнительно - после декантирования сивушного масла в подсивушном, сильно разбавленным водой спирте,  остаётся практически весь пропанол и возвращение его в куб при последующих ректификациях нецелесообразно:
(Опять Грязнов, стр.119)
[attach=7]

Но повышение концентрации сивухи на нижних тарелках для эффективного её отвода из области максимальной концентрации имеет и подводные камни - запирание колонны по спирту...
На этот эффект указывает Стабников стр.375:
[attach=9]
Но бльше вимание этому вопросу уделяет Цыганков..
Вообще,  об этом, у Цыганкова есть целая глава -
"Экспериментальные исследования процессов, происходящих в сnиртовой колонне "
(издание 1984 года стр. 187 )..

В промышленности с ними борются омыливанием, наливая на верхние тарелки щелочь и переводя их в нелетучее состояние... А как быть нам?

Там, кстати, и об этом пишут...От щёлочи приходится отказываться - она просто резко искажает (повышает) время окисления спирта, не улучшая его качеста и ухудшая вкус.. :(
Приводить сканы всей главы нет смысла - проще скачать и прочитать...
Однако некоторые выводы стоит привести,
(стр. 195) в том же издании:
[attach=8]

Процесс описывается для непрерывной ректификации - в нашем же случае, при периодической - в лютер ничего не уходит и вроде бы потерь, кроме времени, нет - но  не тут то было..
Повышение концентрации изоамилоа - не кран и не поршень, а скорее сито - Игорь, как всегда, прав...
Но его выводу ( о нобелевке  :)), попытаюсь возразить:

Концентрация  спирта в паровом простанстве куба никогда не достигнет 100%, поскольку сито с "дырками" и часть спирта всё же просачивается вверх...Но его становится недостаточно для наполнения колонны достаточным количеством крепкой флегмы, если отбор в этот момент не изменялся в сторону уменьшения...
А если мы уменьшили отбор - то не только теряем время, но и варим сивуху внизу колонны, насыщая спирт эфирами...

По собственному опыту - при повышении Т в колонне на уровне 15 см. от куба с 78, 6С до 79.2С (цифры по памяти - могу соврать..Важна тенденция) и последующем открытии нижнего отбора для отвода сивухи в 10 см, от куба на колонне 57 вн., приводит без уменьшения отбора к возврату температуры на ровень 78,6-78,7 и стабилизации её на этом уровне ещё какое-то время...
Потом, естественно, приходится "прижимать" отбор для увеличения ФЧ и неухудшения спирта на выходе..
Для меня такие наблюдения являются подверждением прочитанного на приведённом выше скане...
И ещё - поскольку у наших колонн зона высокой концентрации сивушного масла укладывается в расстояние 10 см по высоте - слелать одну или две, чуть разнесённые по высоте, дырки для отбора сивушной фракции - не проблема...
Поскольку график нарастания концентрации сивухи далеко не горизонтален,  а суммарные количественные объёмы примеси не слишком велики - думается, что одним-двумя отверстиями с кранами/клапанами можно перекрыть всю область её возможного накопления и обеспечить достаточно эффективный отвод на заключающем этапе ректификации без значительного ухудшения продукта и заметных потерь спирта...

Фу...Вроде всё...

[ГОГа]

Две цитаты из Стабникова, 1969г.:

Исходя из вышеприведенных цитат из книги Стабникова «Перегонка и ректификация ....», можно сделать выводы (предварительные) о возможной целесообразности построения колонны из двух частей: нижней в 1-2 колпачковые тарелки с возможностью отбора по жидкой фазе с каждой тарелки. При этом время начала и конца отбора должно контролироваться температурой в кубе и температурой в тарелках.
Отбор может идти как непрерывно, так и периодически, по мере накопления «хвостов» на тарелках. Отбор должен начинаться, когда температура в кубе достигнет 90-94 градусов, при этом флюид из тарелки должен иметь крепость порядка 70%.
Еще есть вопрос о том, что же делать с этим флюидом: в нем присутствует достаточно большой объем этанола. Как по мне, то пусть отстаивается после разведения его водой, а потом будет видно куда его и как и зачем. 

добавлено: 01-08-2013, 19:14:44
...и в догонку пару соображений:
1. Отбор паро-жидкостной фазы из просверленых внизу колонны отводящих отверстий может привести к изменениям давления в колонне, и следовательно, к изменению режимов ее работы. Возможно, это не так уж и страшно, и тогда предложение от GrOV является наилучшим и простым решением (с учетом контроля температуры на высоте отборов).
2. Схема, предложенная Игорем, вроде как проста, но... мы в этом случае получаем только малую часть флегмы с не очень высоким содержанием хвостов и с достаточно высоким (относительно высоким) содержанием этанола, что приведет к потерям продукта.

[olegmak3]

с достаточно высоким (относительно высоким) содержанием этанола, что приведет к потерям продукта

Когда-то с подачи Олега(   GrOV ) внизу колонны врезал кусочек трубки восьмерки.На нее одет силиконовый шланг.Тоже озадачивался падением давления,потерей продукта.Вставил внутрь шланга мед. иголку (мм 1.5). Чем кончилось.
После иголки пережимаю шланг зажимом. Как только кусочек шланга длиной всего сантиметров 7 заполнится жидкостью-сливаю.Сливаю маслянистую,отвратительно пахнущую жидкость. Содержание спирта в ней не мерял,т.к. объем сливаемого -кубика 2-3.В общей сложности операция повторяется раза 4.Естественно после 90-92 градусов в кубе. Грубо? М.б. Но речи о потере продукта нет,да и с падением давления в колонне полный порядок. И никаких дополнительных холодильников.

[ГОГа]

Наверное, я переборщил насчет потерь, но кусочек шланга - это реально пару миллилитров в объеме. Сомневаюсь, что концентрация сивушных масел там конкретно высока: просто было выведено часть их и причем, за несколько раз - незначительная часть, что дало возможность приостановить движение хвостов кверху колонны, к месту отбору тела. Вопрос в том, что б вывести почти всю сивуху и при этом не потерять в оборе продукта и его качестве. Хотя, у меня опыта маловато и я могу вполне ошибаться...

[Игорь]

GrOV, спасибо за развернутый ответ, цитаты и комментарии.
Похоже, я понял механизм сивушного запирания в колонне периодического действия.
В ходе ректификации мы выводим из системы головные примеси и спирт, а воду и сивуху оставляем. Поэтому к концу ректификации в кубе остается много воды, много сивухи и мало спирта.
В этих условиях из куба поднимается пар, наполовину состоящий из воды и наполовину из спиртов. Причем доля этилового спирта среди этих спиртов стремительно падает - куб покидает все больше сивушных спиртов и все меньше этанола.
То есть мы имеем дело не с запиранием, а с замещением.
Как я понял из приведенных цитат. самое неприятное в том. что на температурном режиме внизу колонны это почти не сказывается. И если мы упускаем момент прорыва сивухи и продолжаем отбор продукта, замещение продолжается и сивуха продолжает лезть по колонне все выше. Опять-же без заметного изменения температурного режима.
Надо разбираться поглубже.