Провальные тарелки своими руками
Добавил пользователь Alex Обновлено: 13.09.2024
Какие типы тарелок ректификационных колонн эффективнее? Какими проще пользоваться в домашних условиях? Отвечаем на эти вопросы ниже.
Виды тарелок в ректификационной колонне
Итак, на тарелках пары проходят через слой жидкости, образуя пену. Конструкция тарелок влияет на следующие показатели:
- интенсивность гидравлического сопротивления;
- скорость и эффективность фракционирования;
- производительность;
- рабочий диапазон мощности, в котором жидкость не уносит вниз, а капли — наверх.
Тарелки классифицируют на:
- перекрестноточные и противоточные;
- одно-, двух-, трех-, четырехпоточные;
- с кольцевым или однонаправленным движением жидкости на соседних тарелках.
А теперь чуть подробнее про классификацию по типу отверстий и току жидкости.
1. Ситчатые (дырчатые), перекрестноточные
Снабжаются мелкими круглыми, треугольными или щелеобразными отверстиями. Здесь работают перекрестные токи жидкости и пара. Есть на тарелках и сегменты без отверстий, которые расположены возле перегородок или сливных труб, погруженных в жидкость. Они разделяют потоки жидкости и пара, чтобы тарелки не захлебывались.
Работая с ситчатыми тарелками нужно точно управлять перегонкой.
Наименьшее гидравлическое сопротивление и эффективность массообмена у конструкции из листа с просечками и отбойными перегородками.
Расстояние между тарелками устанавливают с таким расчетом, чтобы минимизировать брызгоунос и оставить доступ для ремонта или очистки.
2. Струйные, перекрестно-прямоточные
Это фактически, лист с выдавленными отверстиями разной формы, обрамленные прямоугольными скругленными или треугольными лепестками.
Струйные тарелки хорошо справляются с высокой нагрузкой по пару
3. Противоточные
Могут быть:
а) провальными решетчатыми;
б) провальными волнообразными дырчатыми.
Самый простой вариант — тарелка со щелями, через которые проходит наверх пар и стекает вниз избыток жидкости. Решетчатая конструкция захлебывается или не может удержать на себе держит жидкость, если жидкости или пара поступает на ⅕-⅓ больше нормы.
Дырчатая тарелка с волнообразной (синусоидальной) поверхностью пропускает обе фазы через круглые отверстия, при этом слой жидкости закрывает неровности.
Провальные тарелки производительны, но работают в очень узком диапазоне мощности нагрева.
4. Тарелки с колпачками, туннельными, желобчатыми или капсульными
Один из наиболее популярных и универсальных типов — круглые или капсульные колпачки.
У каждого колпачка есть прорези или трубки внизу для поступления пара, который смешивается с жидкостью струйно. Струи от соседних колпачков образуют завихрения, повышая эффективность массообмена и КПД тарелки до 0,6-0,8. Диапазон мощности нагрева у колпачковых колонн шире.
Преимуществом колпачковых тарелок считают возможность остановить процесс перегонки и без проблем запустить его вновь. Фракционированная флегма при выключении нагрева остается на тарелках, а не сливается обратно. Примером колпачковой колонны может служить Luxstahl 8m.
Желобчатые представляют собой желоба, без колпачков, как таковых. По ним двигается жидкость. Туннельные колпачки имеют прямоугольную форму.
5. Вихревые
Характеризуются завихрением потока пара и жидкости, слабым брызгоуносом и представляют собой лист с отверстиями, лепестками, отбойными элементами, размещенными внутри окружностей.
Вихревые тарелки эффективно разделяют, обладают малым гидравлическим сопротивлением и поэтому используются при вакуумной перегонке.
6. Колпачки и полотно тарелок с S-образными элементами
Образуют повторяющиеся кластеры. При этом пар входит только с одной стороны потоком тонких струй. Такие тарелки достаточно эффективны, их КПД составляет 0,4-0,7.
7. Клапанные напоминают дырчатые
Позволяют регулировать подачу пара при помощи поднимающихся под его напором клапанов разной конструкции.
Медный самогонный аппарат от Пьяного Снайпера.
"Cuprum Gun". Дистиллятор и колонна.
Тарельчатая колонна предназначена для разделения спиртосодержащей смеси на составляющие с последующим отбором этилового спирта, максимально очищенного от примесей.
Колонна с колпачковыми тарелками наиболее технологична, универсальна и удобна для домашней ректификации.
Подробно о колпачковой тарелке, принципе её работы и преимуществах здесь.
Другие виды тарельчатых колонн:
Ситчатая тарелка.
Самая простая конструкция тарельчатой колонны. Состоит из сита и переливной трубки. Флегма не протекает вниз сквозь сито, пока есть напор пара снизу. При превышении уровня барботируемой флегмы над уровнем края переливной трубки, флегма стекает на низлежащую тарелку.
Главные минусы ситчатой тарелки — необходима тонкая настройка всей системы и поддержание всех параметров в процессе перегонки на постоянной величине.
Ситчатая двухуровневая тарелка
Провальная тарелка.
В отличии от ситчатой, на провальной тарелке нет трубки для перелива флегмы. Удержание флегмы паром возможно только при определённом уровне, как только флегмы становится больше заданного значения, силы пара становится недостаточно и часть флегмы проваливается вниз.
Провальные тарелки из нержи и меди
Вихревая (или спирально-струйная) тарелка.
Принцип работы такой же, как и у провальной. Отличие в том, что пар из отверстий выходит под углом и создаёт вихревой поток для увеличения тепломассобмена.
Вихревые тарелки
Клапанная тарелка.
Используется в промышленности. На тарелке расположены клапана, которые открываются и закрываются в зависимости от давления пара.
Клапанная тарелка
Теоретическая тарелка ректификационной колонны (ТТ).
Если мы возьмём 10% раствор этилового спирта в воде и перегоним его один раз, то получим продукт примерно 40%.
Вторая перегонка даст нам укрепление уже 60%, третья — 70%, четвёртая — 75% и т. д.
Спирт 96% мы получим за 9-10 перегонок исходного 10%-ного раствора.
Каждая такая перегонка будет являться так называемой теоретической тарелкой — то есть количество теоретических тарелок показывает количество перегонок, которые потребуются для данного аппарата для получения 96% спирта из 10%-ного его раствора в воде.
Но поскольку мы отбираем спирт не из чистой воды, а из браги, в которой содержится более ста примесей, то понадобится порядка 25-50 перегонок, или, что одно и тоже — теоретических тарелок.
Физическая тарелка ректификационной колонны - это контактное устройство внутри колонны, на котором происходит максимальное соприкосновение пара и жидкости с последующим тепломассообменом.
Физическая тарелка представляет собой горизонтальную перемычку круглой формы с различными устройствами для пропуска пара и слива флегмы. Как правило тарелка герметично закрепляется в колонне с помощью резьбовых шпилек и ограничителей.
КПД тарельчатой колонны.
Производительность физической тарелки всегда будет отличаться в меньшую сторону от расчётных значений теоретической тарелки.
На эффективность работы ФТ будут влиять различные параметры: конструктивные особенности колонны и всего аппарата, вязкость жидкости, коэффициент диффузии, тепловые потери, пути движения флегмы и прочее.
Опытным путём доказано, что КПД физической тарелки составляет примерно 50-60% от теоретической.
К этой группе контактных устройств относится большое количество конструкций, отличающихся тем, что слив производится не через специальные сливные устройства, а через те же отверстия, через которые проходит газ или пар. Отсутствие сливных устройств значительно упрощает конструкцию тарелки, площадь тарелки используется более полно. Тарел ки не имеют гидравлического уклона, в них осуществляется принцип противотока пара и жидкости.
В настоящее время провальные тарелки можно классифицировать следующим образом: решетчатые, колосниковые, трубчатые, ситчатые (плоские или волнистые без сливных устройств) и провальные тарелки с направленным движением жидкости.
Конструкция. Основные конструкции (типы) провальных тарелок представлены на рис. 21.
? і ? і і і
Рис. 21. Типы провальных тарелок: а - дырчатая; б - решетчатые; в - волнистая (в продольном сечении); г - трубчатые; 1 - щели; 2 - трубы; 3 - перфорированный лист; 4 - коллекторы
Изготавливаются решетчатые тарелки большей частью из отдельных секций, количество которых зависит от диаметра колонны. Размеры секций принимаются такими, чтобы, с одной стороны, получить минимальное число опорных элементов и крепежных деталей и, с другой стороны, иметь возможность монтировать тарелку через люки колонны. Длина секций принимается примерно такой же, как и их ширина. Для придания секциям большей жесткости к листам могут привариваться снизу продольные ребра или в листах могут выштамповываться канавки.
Секции тарелки устанавливаются на каркас, уплотняются прокладками и крепятся резьбовыми или клиновыми соединениями. Щели тарелок выполняют штамповкой или фрезеруют, ширина щели 3-8 мм и длина 60 и 200 мм. Расстояние между щелями в ряду - 10 мм. Шаг рядов (?) - 8, 10-36 мм (четные значения). Наиболее распространены тарелки с параллельным и равномерным расположением щелей по всей плоскости тарелки. Щели не делаются в местах расположения опорных балок; их не рекомендуется доводить до края элементов опорной конструкции на 20-30 мм.
Тарелки не имеют гидравлического уклона, в них осуществляется принцип противотока пара и жидкости. Для выравнивания концентраций потоков по колонне тарелки располагают так, чтобы щели смежных тарелок располагались взаимно перпендикулярно.
Для расширения диапазона устойчивой работы можно делать щели разной ширины. Их делают либо равномерно по сечению колонны, либо щели одной ширины делают преимущественно у края или центра тарелки. При применении тарелок со щелями разной ширины при малых нагрузках по газу будут работать главным образом щели малой ширины, а по мере увеличения нагрузки в работу будут включаться остальные щели. Вопрос расположения щелей по тарелке является очень важным и требует самого тщательного изучения, поскольку с увеличением диаметра колонны на тарелках провального типа, так же как и в насадочных колоннах, проявляется тенденция к неравномерному распределению потоков. Располагая щели неравномерно по тарелке, указанный недостаток в какой-то мере удастся устранить.
Тарелки диаметром до 800 мм производятся из целого листа. Тарелки большого диаметра (от 1 000 до 2 400 мм) изготовляются разборными из 3-10 секций, ширина которых принимается такой, чтобы монтаж тарелок осуществлялся через люк. Для удобства сборки и разборки к каждой секции приварена одна или две скобы. Секции устанавливают на металлический каркас, приваренный к корпусу колонны, и крепят к нему болтами. Плотность соединений обеспечивается установкой прокладок. К монтажу тарелок предъявляют требования точности сборки. Отклонение полотна тарелки от горизонтальной плоскости не должно превышать 1/1 000 диаметра. Расстояние между тарелками принимается от 300 до 600 мм.
По отраслевым нормалям основные размеры тарелок изменяются в следующих пределах: свободное сечение принимается от 10 до 30%, ширина щелей - от 4 до 12 мм, шаг - от 8 до 60 мм, длина щелей - от 60 до 120 мм, толщина листов тарелки - от 2 до 4 мм.
В целях унификации тарелок и уменьшения необходимого числа штампов принимают следующие размеры: ширина щели - 4, 6, 8, 10, 12 мм; длина щели - 60 мм; шаг - 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0 мм. Толщина листа принимается 2, 3 и 4 мм [3].
Принцип работы. В тарелках без сливных устройств (рис. 22) газ и жидкость, двигаясь противотоком, проходят через одни и те же отверстия или щели. Слив флегмы на нижележащую тарелку, как и подъем паров из пространства под тарелкой, осуществляется через отверстия тарелки. В результате барботажа газа через жидкость на тарелке образуется дисперсная система в виде слоя пены и брызг, в которых осуществляется контакт между газом и жидкостью. Состояние дисперсной системы зависит от ряда факторов: линейной скорости газа (пара), геометрических размеров тарелки, физических свойств фаз и др.
Рис. 22. Схема работы колонны с провальными тарелками
Тарелки этого типа могут работать нормально лишь при узких диапазонах нагрузок по парам и жидкостям. При напоре паров выше нормального слив флегмы через отверстия тарелки нарушится, а при малом напоре не будет обеспечен нужный уровень флегмы на тарелке.
Контактирование газа (пара) и жидкости проходит в щелях и на верхней плоскости тарелки, где благодаря скоростному напору восходящего потока газа скапливается некоторое количество жидкости, через которую он барботирует.
При этом часть жидкости протекает через прорези на расположенную ниже
тарелку. Щели работают периодически: места стока жидкости и прохода пара произвольно перемещаются по полотну тарелки.
Допустимая скорость в полном сечении колонны с провальными тарелками выше, чем в колоннах с переливными тарелками. Поэтому и производительность колонн с провальными тарелками несколько больше [2].
Материал. Изготовляются решетчатые тарелки из стальных или медных листов толщиной 2,5-6 мм. Для изготовления решетчатых тарелок большого диаметра рекомендуется применять углеродистые стали СтЗсп, СтЗпс, при этом секции тарелок изготавливают из стали 08X13, или легированные стали 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х22Н6Т.
Характеристика тарелок. Площадь живого сечения провальных тарелок изменяется в пределах 15-30 % и выбирается таким образом, чтобы слив жидкости и проход газа (пара) осуществлялись через одни и те же отверстия. Это значительно упрощает конструкцию тарелки, а ее площадь совпадает с площадью сечения аппарата, т. е. используется более полно для массообмена (полезная площадь тарелок увеличивается на 15-30 %). Провальные тарелки очень чувствительны к точности изготовления и установке их в колонне, а также к изменению нагрузок по паровой и жидкой фазам. Для обеспечения заданной производительности и эффективности тарелок провального типа необходимо в первую очередь создать равномерное распределение потоков по сечению колонны. Для этого тарелки не должны иметь гидравлического уклона, т. е. должны быть установлены строго горизонтально.
Основные преимущества решетчатых тарелок по сравнению с колпачковыми:
- • более высокая производительность, обеспечиваемая большим живым сечением (до 40 % сечения колонны);
- • меньшие гидравлические сопротивления благодаря большому живому сечению и прямолинейному (без поворотов) движению паров;
- • простота конструкции тарелки, обеспечивающая возможность изготовления из коррозионностойких неметаллических материалов;
- • малая металлоемкость.
Недостатками их являются:
- • узкий диапазон устойчивой работы (при напоре паров, выше допускаемого, слив жидкости через отверстия тарелки нарушится, а при малом напоре не будет обеспечен нужный уровень жидкости на тарелке), поэтому такие тарелки используют в установках, рабочая производительность которых отклоняется от расчетной не более чем на 25 %;
- • сложность обеспечения равномерного распределения орошения по поверхности тарелок в начале процесса;
- • забивание щелей коксом, механическими примесями и продуктами коррозии.
Решетчатые тарелки типа ТР применяются в колонных аппаратах, работающих при повышенных нагрузках по жидкости [3; 5].
Алексей Олейников запись закреплена
Здравствуйте! Может кто-нибудь объяснить для чего нужна колонная с физическими тарелками?
Имею опыт перегонки пару лет. Делаю и спирт и зерновые дистиляты. Для зерна использую колонну с медной насадкой колечки скрученные из медного кабеля. Что запах что вкус. хоть убавляй крепость делаю 90. Пришел к ней экспериментально добавляя, убавляя количество насадки. Оптимальный на мой взгляд результат. Честно говоря не понимаю для чего нужны эти дорогие колонны.
Для каждого вида напитков нужна своя колонна. Мы же не берём плоскогубцы что бы забить гвоздь? Так и тут. что бы получить напиток для бочки или для фестивалей - нужен аламбик. Что бы получить более или менее нейтральный спирт, котрый в принципе можно употреблять в белом виде, необходима тарельчатая колонна, что бы получить спирт-ректификат (или НДРФ крепостью 94-96%) не обходима насадочная колонна.
Т.е. ваша колонна не подходит для получения ароматных дистиллятов, как не крути. То, что вы называете "запах и вкус хоть отбавляй", при ближайшем рассмотрении окажется банальным самогоном, с огромным количеством изоамилола. Это я не шучу, если вы сделаете ГХ своего дистиллята полученного при крепости 90%, то поверьте, вы это пить больше не сможете, там столько примесей, что туши свет.
Docter, а не подскажите где можно сделать этот анализ и цену ориентировочно ?
Так разве в колонне с насадкой при возврате флегмы фракции не выстраиваются по полочкам как и в колонне с тарелками? Может есть какой видос или статья где это грамотно и подробно расписано?
Кстати 90% я после разведения водой фильтрую ещё кокосовым углем, затем в бочку.
Алексей, что бы фракции выстроились "по полочкам", колонне необходима флегма, которая орошает насадку. Если флегмы мало, колонна работает внештатном режиме, насадка фактически сухая, теплообмен нарушается, крепость на выходе падает, изоамилол (он является промежуточной примесью и поступает из куба постоянно) пролетает в отбор.
Что бы избавится от него, необходимо поддерживать крепость на выходе хотя бы 94-95%, а это возможно лишь когда скорость отбора составляет 1-1,2 л/ч на каждый кВт нагрева. Но. Для каждого диаметра колонны существует своя оптимальная рабочая мощность. Для диаметра в 1,5 дюйма она составляет 1 - 1,2 кВт. Для 2 - ух дюймовой колонны - 2-2,2 кВт. Если мощность завысить, крепость упадёт и вредные примеси полетят в отбор.
Для бочки углевать самогон не в коем случае не нужно, ей необходимо некоторое количество сивушных масел для формирования вкусоароматики напитка.
По ГХ. Необходимо узнать у вас в городе, где расположена ближайшая лаборатория. Проще всего это позвонить в СЭСку. По ценам не скажу, для каждого региона они разные.
Алексей, вот смотри. это ГХ спирта, полученного на такой же коротышке как у тебя, но при 93% на выходе. Сам сивухи 2,5 г на 1 литр АС. По вкусу и запаху это банальный самогон. А у тебя примесей на порядок больше, примерно 3,5 г на 1 литр.
Docter, спасибо за инфу, а возвращаясь опять же к тарельчатой колонне. Какой крепости можно получить дистилят с минимальным содержанием изоамила?
Docter, правильно же я понимаю, что углевание абсорбирует изоамилол? Даже если не углевать, бочке вы говорите, да я и сам об этом неоднократно слышал, нужно небольшое количество хвостов, которые она своей магией, так скажем, нейтрализует и улудшает и таким образом после нескольких месяцев выдержки алкоголь получается максимально очищенным.
Алексей, всё зависит от потребностей. У изиков есть такая особенность - при концентрации в дистилляте в 1 -1,5 г/л АС, они не ощущаются во вкусе. Для тарелок это примерно 94%, но при этом очень сильно страдает ароматика напитка.
Алексей, углевание удаляет не только изики (но не совсем, а только некоторую часть), но и эфиры, в добавок ко всему насыщает напиток уксусными альдегидами (водочный вкус). Сама бочка не очищает алкоголь, бочка "преобразует" некоторые невкусные примеси в другие, которые формируют аромат будущего напитка.
Docter, наверно неправильно спросил про крепость тарельчатой колонны..
Раз уж тарельчатая колонна позиционируется для перегонки фруктовых и зерновых, сколько брать тарелок и на какую крепость нужно ориентироваться чтобы получить дистилят максимально очищенный и в то же время содержащий вкус и аромат сырья?
Docter,
Что? Готовое решение. Это мне нравится
Я как раз пару лет назад по этому видео учился делать спирт )) пересмотрел его раньше раз 9 наверное, но там он только вскользь упоминал про тарелки и говорил что они как раз уступают насадке)
Алексей, тарельчатая колонна позиционирована для перегонки фруктовых или зерновых браг? К сожалению это не так. В промышленности, при производстве виски, коньяка и т.д. используют исключительно аламбики (или аппараты похожие на аламбики). Тарельчатые колонны используют исключительно для получения нейтральных спиртов (до 94%), которыми потом купажируют выдержанные спирты, получая виски типа блендед.
Тарельчатую колонну позиционировали как фруктовую или зерновую исключительно торгаши, для увеличения продаж. Не более того. Эта колонна по своему принципу действия ни чем не отличается от насадочной. Роль насадки (контактных элементов) тут выполняют тарелки. По своей эффективности они уступают насадке. Т.е. 10 см насадки примерно соответствуют 2-м реальным тарелкам. Иными словами насадочная колонна будет короче, при раной крепости на выходе.
Для стабильной работы необходимо примерно 5-6 тарелок, этого хватит для поучения 94-95%, при приемлемой производительности. Но не стоит ожидать от этой сборки чуда. Для белого пития этот дистиллят пойдёт, для бочки нет.
Docter, вот тут уже в голове все стало формироваться по полкам! ) значит по сути особой разницы в тарельчатых колоннах и насадочных колоннах нет. Ни тарелки ни насадка не дадут приемлемого результата на крепости 90, только 94-95. Но на крепости 94 будет совсем мало аромата и вкуса(
А какой итоговой крепости добиваются на аламбиках? И в чем там особая магия что изоамилол не лезет в отбор?
Алексей, лезет, но на этих аппаратах берут только ту фракцию, которая содержит наименьшее количество примесей. К тому же, эти напитки в основном для бочек и для оценок на различного рода конкурсах и фестивалях. Тут уж нужна "рука мастера", что бы вырвать их погона ту часть, которая тебе необходима. Итоговая крепость на аламбиках обычно колеблется от 63 до 72%, в зависимости от целей.
При крепости до 90% приемлемый результат даст только РБК2020, других аппаратов способных на такое я не знаю.
Docter, подскажите ещё насчёт колпачковой колонны. Я так понял скорость отбора она тянет значительно выше моей. Вопрос по конструкции..почему между тарелками такое большое расстояние ? Разве нельзя уменьшить его раза в полтора?
Алексей, именно эта колонна потянет 4 кВт, при отборе в 4 - 4,5 л/ч 94% об. Расстояние между тарелками тут фактически оптимально, при уменьшении качество разделения заметно падает.
Docter, а если сравнивать эти две колонны, какая лучше? Чуть отличается конструкция, правильно понимаю что они одинаковые? Если не брать в расчет количество этажей)
Алексей, интересней верхняя колонна, там больше колпачков на тарелке. Но лучше посмотри моё последнее видео, там колонна на порядок лучше, прямо из браги получаем питейный дистиллят. Вчера перегонял виноградное вино, там реально бомбический дистиллят.
Привет
Да, всё что сказано выше, - логично и правильно. 90%об на этой сборке чревато "залётом" в отбор ИА & промежуточных фракций.
Рекомендация : Следить за температурой воды с холодоса, - держать её в пределах 55÷65°С (всё зависит от "пробоя" самого холодоса
. А затем найти свою скорость отбора, чтоб ФЧ небыло низким. В итоге крепость поднимется. и будет слишком чисто
. Ещё есть один вариант : избавиться от большей части ИА на этапе перегонки браги, то есть, применить "метод Габриэля". или знание кректа (коэффициента ректификации)
Блин, может заумно написал, но на поверку, всё просто
Удачи и успеха!
Андрей, всё очень даже понятно)
"на этой сборке" я так понимаю тут основным важным критерием должна быть стабильность колонны, т.к. если колонна чуть выйдет из равновесия(уменьшится напряжение в сети или изменится температура в холодильнике) , то фракции попадают вниз и все перемещаются, а затем ринутся в отбор? Т.е на колпачковой колонне можно в теории брать 90% без попадания в отбор изиков? Но тут ведь речь именно о колпачковой колонне, а не о сетчатой и других..
Показать полностью.
Вода у меня кстати из скважины, можно сказать халявная и к тому же довольно жёсткая, потому температура на выходе не превышает градусов 40, чтоб меньше накипи собиралось внутри))
Про ФЧ мне известно. В ректификации отбираю не больше 1 л/ч с 1квт. Ну то есть 1к4 по-моему в теории)
А при дистиляции на такой колонне, если отбирать 1 л с 1 кВт крепость зашкаливает за 93. Кстати использую концентратор флегмы. После отбора голов , открываю кран отбора на максимум и даже немного прикрываю верхний кран, который идёт на холодильник, таким образом направляю большую часть пара в отбор. Ну для бочки ведь) так отбираю недолго, затем фч делаю повыше. К концу отбора постепенно уменьшаю скорость отбора и в итоге получается 90.
По идее если уменьшить количество насадки можно выйти на спиртуозность 90 даже при соблюдении правильного ФЧ ? Но почему-то этого ни разу ещё не делал.
Насчёт метода Габриэля в курсе, но тоже не пробовал.
Читайте также: