Coloane de disc: concept, tipuri, alegere, fabricare personalizată

Coloanele de discuri de distilare au o capacitate redusă de întărire și sunt utilizate în mod tradițional în producția de whisky, coniac și alte băuturi nobile. Un număr mic de plăci vă permite să păstrați proprietățile organoleptice ale materiilor prime cu stabilitate și productivitate ridicate ale aparatului.

Material

Coloanele de cupru în formă de farfurie cu ferestre de observație sunt numite flauturi datorită asemănării lor, iar cele realizate într-o vitrină sunt numite coloane de cristal. Este clar că aceste nume sunt doar un truc de marketing și nu au nicio legătură cu designul în sine..

Cuprul nu este un material ieftin, prin urmare abordarea procesării sale este atentă. Flautul de alamă de la producători de renume este o operă de artă și o sursă de mândrie pentru ei. Costul produsului poate fi absolut orice sumă pe care cumpărătorul este dispus să o cheltuiască.

Puțin mai ieftin decât un flaut într-o carcasă din oțel inoxidabil și cea mai bugetară opțiune - într-o carcasă din sticlă.

Caracteristici de proiectare și tipuri de coloane de disc

Cele mai răspândite sunt modelele de coloane modulare bazate pe ramuri de tee sau cilindri de sticlă borosilicat. Bineînțeles, acesta este un număr mare de piese de conectare inutile și este prea scump.

O opțiune mai simplă este blocurile gata preparate pentru 5-10 plăci. Aici alegerea este mai largă, iar prețul este mai moderat. De regulă, această opțiune se face în cutii de sticlă..

Există, de asemenea, opțiuni destul de bugetare - doar inserții pentru sertare existente.

Pot fi recrutați din componente în orice cantitate necesară.

Designul poate fi diferit, dar dacă astfel de coloane în formă de disc sunt utilizate cu baloane metalice, claritatea procesului se pierde. Este mult mai dificil de înțeles în ce mod funcționează coloana, iar pentru lucrul cu tăvi acest lucru este foarte important..

Pentru sigilarea fiecărei etaje sunt utilizate discuri simple din silicon..

Bineînțeles, acest lucru este mai puțin fiabil decât garniturile în modele modulare, dar în general funcționează bine..

Alternativ, există un design modular simplificat, în care fiecare etaj este asamblat din piese simple și ieftine, iar întreaga structură este trasă împreună cu știfturi..

Avantajul coloanelor modulare este, în primul rând, menținerea și deschiderea lor pentru modificări. De exemplu, este ușor să completați coloana la nivelul dorit cu o unitate de eșantionare intermediară și un accesoriu pentru termometru. Trebuie doar să schimbi placa.

Coloanele tăvilor de sită sunt o opțiune mai ieftină. Aceasta nu înseamnă că calitatea produsului va fi mai proastă odată cu utilizarea lor. Dar necesită un control mai precis..

Tăvile de defecțiune sunt chiar mai ieftine, dar domeniul lor de funcționare este foarte restrâns, așa că trebuie să fiți pregătiți pentru controlul precis al încălzirii prin surse stabilizate la putere. În principal, cimbalele defecte sunt utilizate la NSC.

Cele mai comune materiale pentru realizarea plăcilor sunt cuprul, oțelul inoxidabil și fluoroplasticul. Orice combinație este posibilă. Cuprul și oțelul inoxidabil sunt materiale familiare, fluoroplasticul este unul dintre cele mai inerte materiale, comparabil cu platina. Dar umectabilitatea sa este proastă.

Dacă comparăm o placă fluoroplastică cu una inoxidabilă, atunci aceasta se va inunda mult mai repede..

Numărul tăvilor din coloană este de obicei limitat la 5 pentru obținerea distilatelor cu o tărie de 88-92% și 10 pentru distilatele purificate cu fortificații de până la 94-95%.

Coloanele modulare vă permit să realizați un set din numărul necesar de plăci din diverse materiale.

Diferența dintre coloana ambalată și tava

"Am o coloană împachetată, am nevoie de o coloană poppet?" - această întrebare, mai devreme sau mai târziu, apare înaintea fiecărui distilator. Ambele coloane implementează tehnologia de transfer de căldură și masă, dar există diferențe semnificative în funcționarea lor..

Numărul de pași de întărire

Coloana împachetată funcționează în modul de separare maximă la capacitatea de pre-înmormântare. Prin ajustarea raportului de reflux, puteți schimba numărul de plăci teoretice într-o gamă largă: de la zero la infinit (cu condensatorul de reflux complet oprit și coloana funcționând pe sine).

O coloană de tavă este caracterizată printr-un număr dat de structură de etape de separare. O placă fizică are o eficiență de 40 până la 70%. Cu alte cuvinte, două plăci fizice dau o etapă de separare (armare, placă teoretică). În funcție de modul de funcționare, eficiența nu se schimbă atât de mult încât să afecteze semnificativ numărul de pași.

Capacitatea de a deține

Coloana împachetată cu capacitatea sa de reținere redusă face posibilă curățarea bine a distilatului de fracția de cap și într-un fel reține coada.

Coloana tăvii are o capacitate de reținere mai mare a unui ordin de mărime. Acest lucru o împiedică să facă o curățare atât de aspră a „capetelor”, dar îi permite să-și rețină perfect cozile. Adică pentru a alinia compoziția chimică a distilatului. În acest caz, cu cât trebuie mai mult să curățați distilatul de impurități, cu atât mai multe plăci trebuie să puneți. O sarcină simplă care poate fi rezolvată în practică. Odată ce am găsit numărul optim de plăci pentru mine și nu mă mai gândesc la asta.

Sensibilitate la controlul influențelor

Coloana ambalată este foarte sensibilă la căderea de presiune a apei din condensatorul de reflux sau la modificarea puterii de încălzire. O ușoară modificare a acestora duce la o schimbare a numărului de pași de întărire uneori sau chiar de zeci de ori..

Eficiența plăcilor se poate schimba de maxim 1,5 ori și chiar și atunci cu o schimbare foarte mare și țintită a acestor parametri. Se poate presupune că o coloană de tavă reglată, în ceea ce privește capacitatea de separare, nu va răspunde practic la presiunea obișnuită a apei sau la picăturile de solicitare..

Performanţă

Performanța unui șir ambalat depinde în principal de diametrul acestuia. Diametrul optim pentru duzele moderne este de 40-50 mm; cu o creștere suplimentară a diametrului, stabilitatea proceselor scade. Efectele parietale și formarea canalului încep să se manifeste. Coloanele de disc nu suferă de astfel de puncte slabe. Diametrul și capacitatea lor pot fi mărite la orice valoare necesară. Dacă există suficientă putere de încălzire.

Caracteristici tehnologice ale obținerii distilatelor aromatice

Atunci când se utilizează coloane împachetate pentru a limita gradul de armare, suntem obligați să folosim brațe laterale mai scurte și un ambalaj mai mare. În caz contrar, esterii, care conferă aroma principală distilatului, vor crea azeotropi cu amestecuri ale fracției capului, apoi vor zbura rapid din cub. Selectăm „capetele” în scurt timp, „corpul” - cu o viteză crescută. În ceea ce privește "cozile", cantitatea mică de duză și bara laterală scurtă nu permit să conțină complet fuselajul. Este necesar să treceți mai devreme la selecția fracțiilor de coadă sau să lucrați cu funduri mici.

Coloana discului are o capacitate de reținere relativ mare, prin urmare nu există întrebări cu privire la reținerea fuselajului. Pentru selectarea „capetelor” și „corpului” 5-10 plăci fizice dau 3-5 pași de întărire. Aceasta permite distilarea să fie efectuată în conformitate cu regulile distilării convenționale. Liniștit, fără riscul de a priva distilatul de aromă, îndepărtând „capetele”, și atunci când colectați „corpul” nu vă gândiți la abordarea prematură a „cozilor”. Aburirea pe plăcile inferioare la sfârșitul selecției va indica clar necesitatea schimbării containerului. Gradul de curățare poate fi setat prin schimbarea numărului de plăci.

Cinci sau zece farfurii nu sunt suficiente pentru a vă apropia de alcool în ceea ce privește gradul de purificare, dar este cu adevărat posibil să intrați în cerințele GOST pentru distilat.

Utilizarea coloanelor de disc pentru distilarea materiilor prime din fructe sau cereale, în special pentru îmbătrânirea ulterioară în butoaie, simplifică foarte mult durata de viață a distilatorului.

Bazele alegerii dimensiunilor de proiectare a tăvilor pentru coloană

Luați în considerare desenele celor mai comune plăci pentru uz casnic..

Placa de defect

La bază, este doar o placă cu găuri care pot fi rotunde, dreptunghiulare etc..

Refluxul curge în deschideri relativ mari spre abur, ceea ce determină principalul dezavantaj al plăcilor defecte - necesitatea unei reglări precise a modului prestabilit.

O ușoară scădere a puterii de încălzire duce la faptul că toată flegma cade în cub și o creștere a puterii blochează flegma pe placă și duce la inundații. Aceste tăvi pot funcționa satisfăcător într-un interval de sarcină relativ restrâns, unde sunt destul de competitive..

Simplitatea designului și performanța ridicată a plăcilor de avarie, împreună cu încălzirea obișnuită în distilarea locuinței prin elemente de încălzire cu o sursă de tensiune stabilizată, au condus la utilizarea lor pe scară largă pentru coloanele de mash continue (NBK), care, în combinație cu un carcasa din borosilicat sau sticlă de cuarț, face coloana simplă și intuitivă.

Pentru a calcula numărul și diametrul găurilor, se iau în considerare condițiile pentru a asigura barbotarea. S-a stabilit experimental că suprafața totală a găurilor trebuie să fie egală cu 15-30% din suprafața plăcii (secțiunea țevii). În cazul general, pentru BK de acțiune periodică, diametrul de bază al găurii de ordinul a 9-10% din diametrul coloanei vă permite să intrați în zona de lucru.

Diametrul găurilor plăcilor de scufundare pentru NSC este selectat pe baza proprietăților materiei prime. Dacă, la distilarea piureului de zahăr și a vinului, există suficiente găuri cu diametrul de 5-6 mm, atunci când se distilează piureul de făină, este preferabil un diametru al găurilor de 7-8 mm. Cu toate acestea, tăvile pentru NSC au propriile caracteristici de proiectare, deoarece densitatea vaporilor de-a lungul înălțimii coloanei se schimbă semnificativ, dimensiunile trebuie calculate pentru fiecare tavă separat, altfel funcționarea lor va fi departe de a fi optimă..

Placă de sită cu preaplin

Dacă diametrul orificiilor plăcii defectuoase este mai mic de 3 mm, atunci chiar și cu o putere relativ redusă, refluxul va fi blocat pe placă și fără dispozitive suplimentare de revărsare va fi inundat. dispozitivele își extind semnificativ gama de lucru.

Cu ajutorul dispozitivelor de revărsare de pe aceste tăvi, este setat nivelul maxim de reflux, ceea ce vă permite să evitați inundațiile timpurii și să lucrați cu mai multă încredere cu o încărcare mare pe abur..

Într-un calcul simplificat al acestor tăvi, se iau în considerare următoarele relații:

• aria totală a găurilor este de 7-15% din aria secțiunii transversale a țevii;
• raportul dintre diametrele găurilor și pasul dintre ele este de aproximativ 3,5;
• diametrul țevilor de scurgere este de aproximativ 20% din diametrul tăvii.

Garniturile de apă trebuie să fie instalate în orificiile de scurgere pentru a evita pătrunderea aburului.Tăvile de sită trebuie instalate strict orizontal pentru a permite aburului să treacă prin toate deschiderile și pentru a preveni scurgerea flegmei prin ele..

Tăvi cu capac cu bule

Dacă, în loc de găuri în plăci, facem conductele de abur mai înalte decât conductele de scurgere și le acoperim cu capace cu fante, obținem o calitate complet nouă. Aceste tăvi nu vor scurge flegma atunci când încălzirea este oprită. Refluxul fracționat va rămâne pe tăvi. Prin urmare, pentru a continua să lucrați, va fi suficient să porniți încălzirea.

În plus, astfel de tăvi au un strat de reflux fixat structural la suprafață, funcționează într-o gamă mai largă de puteri de încălzire (sarcini de abur) și modificări ale raportului de reflux (de la absența completă la revenirea completă la reflux).

De asemenea, este important ca tăvile cu capac cu bule să aibă o eficiență relativ ridicată - aproximativ 0,6-0,7. Toate acestea, împreună cu estetica procesului, determină popularitatea tăvilor cu capac cu bule..

La calcularea construcției, acestea pornesc de la următoarele proporții:

• aria conductelor de abur este de ordinul a 10% din secțiunea coloanei;
• aria sloturilor este de 70-80% din aria conductelor de abur;
• zona de scurgere este 1/3 din aria totală a conductelor de abur (diametrul este de aproximativ 18-20% din diametrul secțiunii conductei);
• tăvile inferioare sunt proiectate cu un nivel ridicat de reflux și o secțiune transversală mare a sloturilor, astfel încât să funcționeze ca reținere;
• tăvile superioare sunt realizate cu un nivel inferior de reflux și o secțiune transversală a sloturilor, astfel încât acestea să funcționeze ca separare.

Pe baza graficelor date de Stabnikov, vedem că, cu un strat de reflux de 12 mm (curba 2), eficiența maximă este atinsă la o viteză de abur de aproximativ 0,3-0,4 m / s.

Pentru o coloană de 2 ”cu un diametru interior de 48 mm, puterea de încălzire utilă necesară este:

N = V * S / 750-

Unde:

• V este viteza aburului în m / s;
• N - putere în kW, S - secțiunea transversală a coloanei în mm².

N = 0,3 * 1808/750 = 0,72 kW.

S-ar putea crede că 0,72 kW determină o performanță mică. Poate, având în vedere capacitatea disponibilă, merită să măriți diametrul coloanei? Probabil, acest lucru este corect.Diametrele comune ale ochelarilor de cuarț pentru dioptrii sunt de 80, 108 mm. Luați 80 mm cu o grosime a peretelui de 4 mm, un diametru interior de 72 mm, o secțiune transversală de 4069 mm². Să recalculăm puterea - obținem 1,62 kW. Ei bine, este deja mai bine, potrivit pentru o sobă cu gaz de acasă.

După ce am ales diametrul coloanei și puterea calculată, determinăm înălțimea tubului de preaplin și distanța dintre tăvi. Pentru a face acest lucru, vom folosi următoarea ecuație:

V = (0,305 * H / (60 + 0,05 * H)) - 0,012 * Z (m / s)-

Unde:

• H este distanța dintre plăci;
• Z - înălțimea tubului de preaplin (adică grosimea stratului de reflux pe placă).

Viteza aburului 0,3 m / s, înălțimea plăcii nu trebuie să fie mai mică decât diametrul acesteia. Pentru tăvile inferioare, înălțimea stratului de flegmă este mai mare. Pentru blaturi mai mici.

Să calculăm cele mai apropiate variante de combinații de înălțimi ale plăcii și preaplin, mm: 90-11-100-14-110-18-120-21. Având în vedere faptul că sticla standard are o înălțime de 100 mm, alegem o pereche de 100-14 mm pentru un design modular. Bineînțeles, aceasta este doar alegerea noastră. Puteți lua mai mult, atunci protecția împotriva stropirii va fi mai bună odată cu creșterea puterii.

Dacă designul nu este modular, atunci există mai mult spațiu pentru creativitate. Este posibil să realizați tăvile inferioare cu o capacitate de reținere mai mare de 100-14, iar cea superioară cu o separare mai mare - 90-11.

Selectăm capacele din dimensiunile standard și disponibile. De exemplu, dopuri pentru țeavă de cupru de 28 mm, conducte de abur - țeavă de 22 mm. Înălțimea conductei de abur trebuie să fie mai mare decât cea a conductei de preaplin, să zicem 17 mm. Decalajele pentru trecerea aburului între capac și conducta de abur trebuie să aibă o zonă de secțiune transversală mai mare decât conducta de abur.

Sloturile pentru trecerea aburului în fiecare capac sunt necesare cu o secțiune transversală de ordinul a 0,75 din aria conductei de abur. Forma sloturilor nu joacă un rol special, dar este mai bine să le faceți cât mai înguste posibil, astfel încât aburul să se rupă în bule mai mici. Acest lucru mărește zona de contact dintre faze. Creșterea numărului de limitări beneficiază, de asemenea, de proces..

Moduri de operare ale coloanei de tip poppet

Orice coloană cu bule poate funcționa în mai multe moduri. La viteze mici de abur (putere de încălzire redusă), apare un regim de bule. Vaporii sub formă de bule se mișcă prin stratul de reflux. Suprafața de contact a fazelor este minimă. Odată cu creșterea vitezei aburului (puterea de încălzire), bulele individuale la ieșirea din sloturi se îmbină într-un jet continuu, iar după distanțe scurte, datorită rezistenței stratului de barbotare, jetul se rupe în multe bule mici. Se formează un strat abundent de spumă. Zona de contact este maximă. Acesta este modul spumă.

Dacă continuați să creșteți rata de alimentare cu abur, atunci lungimea jeturilor de abur crește și acestea ies la suprafața stratului de barbotare fără a se prăbuși, formând o cantitate mare de stropi. Zona de contact scade, eficiența tăvii scade. Acesta este modul inkjet sau injecție.

Trecerea de la un regim la altul nu are limite clare. Prin urmare, chiar și atunci când se calculează coloane industriale, numai viteza aburului este determinată în funcție de limitele inferioare și superioare de funcționare. Viteza de funcționare (puterea de încălzire) este selectată pur și simplu în acest interval. Pentru coloanele de acasă, se efectuează un calcul simplificat pentru o anumită putere medie de încălzire, astfel încât să existe o posibilitate de ajustări în timpul funcționării..

Cei care doresc să facă calcule mai precise pot recomanda cartea lui A.G. Kasatkina "Procese și dispozitive de bază ale industriei chimice".

P.S. Cele de mai sus nu sunt o metodologie completă care vă permite să calculați dimensiunile optime ale fiecărei tăvi în raport cu un anumit caz și nu pretinde a fi exactă sau științifică. Dar, totuși, acest lucru este suficient pentru a crea o coloană de disc de lucru cu propriile mâini sau pentru a înțelege avantajele și dezavantajele coloanelor oferite pe piață..

Autorul articolului - IgorGor.