Устройство и работа ректификационной колонны

Полные ответы на все вопросы на тему: "Устройство и работа ректификационной колонны". Здесь собран весь тематический материал в удобном для чтения виде. Если у вас возникли вопросы - задавайте их дежурному специалисту.

Устройство и работа ректификационной колонны

Устройство

Классическая лабораторная ректификационная установка периодического действия с непрерывным отбором состоит из испарительной ёмкости (куба) с нагревателем, вертикальной ректификационной части колонны (царги) и дефлегматора с концевиком.

Если высота ректификационной части, технологическая мощность и флегмовое число выбраны правильно, то в этих установках происходит автоматическое разделение кубовой жидкости на фракции. Такие установки не требуют никакой автоматизации и оборудуются исключительно элементарными средствами регулировки и контроля (кран отбора, термометр,, смотровые стекла, а для высокогорья регулятор мощности).

Работа

Ректификационная установка работает следующим образом. С помощью нагревателя кубовая жидкость доводится до кипения. Образующийся в кубе пар поднимается вверх по царге колонны и попадает в дефлегматор, где происходит его полная конденсация.

Большая часть дистиллята (флегма) возвращается в царгу на орошение насадки, а меньшая (дистиллят) отбирается, проходит через концевик (концевой охладитель) и поступает в приёмную ёмкость. Соотношение между расходами возвращаемой флегмы и отбираемого дистиллята называется флегмовым числом и устанавливается с помощью крана отбора.

В насадке ректификационной царги происходит процесс тепломассообмена между стекающей по насадке флегмой и поднимающимся вверх паром. Чтобы окружающая среда не влияла на этот достаточно тонкий процесс ректификации, царгу снаружи покрывают теплоизоляцией.

В результате тепломассообмена в верхней части царги накапливается в виде пара и флегмы самый легкокипящий (с наименьшей температурой кипения) компонент кубовой жидкости, а следом за ним вниз по высоте царги, сама собой выстраивается «нумерованная очередь» из разных веществ. «Порядковым номером» в этой «очереди» является температура кипения каждого компонента, возрастающая по мере приближения к кубу.

С помощью регулятора отбора осуществляется медленный и последовательный отбор этих веществ. «Номер» отбираемого вещества регистрируется с помощью термометра. Зная эту температуру (и атмосферное давление), можно точно указать вещество дистиллята, отбираемого в данный момент.

Разделение многокомпонентных жидкостей

Приведём простейший и наглядный пример лабораторной ректификации 200 мл «неизвестной» жидкости. В процессе её ректификации сделаем запись текущей температуры (Tк) и текущего объёма получаемого дистиллята (V). Общий объём отобранного дистиллята доведём до 120мл, при этом остаток кубовой жидкости составит 80мл. По записям построим график изменения температуры от текущего объёма получаемого дистиллята.

КОНСУЛЬТАЦИЯ ЮРИСТА


УЗНАЙТЕ, КАК РЕШИТЬ ИМЕННО ВАШУ ПРОБЛЕМУ — ПОЗВОНИТЕ ПРЯМО СЕЙЧАС

8 800 350 84 37

На графике отчётливо видны четыре горизонтальных участка α (Тк=const) и три переходных участка β между ними. Участки α – это индивидуальные чистые компоненты исходной смеси, а переходные участки β – это промежуточные вещества, состоящие из смеси двух соседних чистых компонентов. Пусть процесс ректификации проходил при атмосферном давлении 760мм рт.ст, тогда по «высоте» и «длине» каждой ступеньки можно легко сделать вывод о качественном и количественном составе исходной смеси.

№ пп №1 №2 №3 №4
Вещество Ацетон Метиловый спирт Этиловый спирт Вода
Тк,°C 56,2 64,7 78,1 100,0
Кол-во, мл 20 30 50 20+80

В процессе ректификации имеет смысл каждые индивидуальные и промежуточные вещества отбирать в отдельные приёмные ёмкости, это позволит получить все компоненты раздельно.

О процессах внутри колонны

На примере ректификации бинарной водно-спиртовой смеси рассмотрим изменение температуры по высоте колонны – от дна куба до входа в дефлегматор. Допустим, что начальная концентрация спирта в кубе 40%, а количество ТС значительно выше, чем необходимо для получения спирта-ректификата из бинарной смеси (больше десяти).

На рисунке представлены два графика изменения температуры по высоте колонны – начало ректификации (красный цвет) и конец ректификации (зелёный цвет).

В начальный момент ректификации температура в кубе будет равна 83,5ºC (температура кипения 40%-ного раствора смеси). За счет пузырькового (газлифтного) перемешивания температура жидкости будет одинакова во всем объёме. При этом концентрация спирта в парах на выходе из куба в соответствии с кривой равновесия фаз составит 78% (что эквивалентно одной ТС).

В результате тепломассообменных процессов температура вверх по колонне уменьшается, а концентрация спирта увеличивается, и на самом верху колонны пар и флегма имеют температуру 78,1ºC, а концентрацию — близкую к концентрации спирта-ректификата.

Казалось бы, колонна с большим «запасом» ТС может получать на выходе спирт-ректификат даже при весьма низкой концентрации спирта в исходной смеси. Однако всё же существует предел. Когда количество спирта, «повисшего» в насадке, сильно уменьшится, фронт паров воды поднимется вверх по колонне настолько, что верхний (рабочий) участок колонны станет меньше 10ТС. В этом случае колонна уже не сможет дать ректификат на выходе – температура перед дефлегматором увеличится, а концентрация спирта упадет.

Таким образом, наиболее информативной в кривой изменения температуры по высоте колонны является верхняя точка. Измерение температуры именно в этой точке дает информацию о составе отбираемого дистиллята. Однако на определение момента окончания отбора спирта-ректификата влияют два фактора — точность измерения температуры и инерционность самого процесса отбора. Например, температура реально могла стать не 78,1ºC, а 78,2ºC, а это значит, что последние капли дистиллята были уже не спиртом-ректификатом.

Для домашней ректификации спирта такая ошибка, конечно, не принципиальна. Но для химических лабораторий это может быть уже недопустимо. Вы можете сказать, что в лабораториях эту температуру можно измерять каждую секунду, обрабатывать автоматикой (например компьютером), а он, как только температура достигнет 78,2ºC, даст команду на закрытие отбора. Всё правильно, но капли — то другого состава уже упали в чистейший дистиллят! Им бы хотелось заранее знать, что через 2…3 минуты температура перед дефлегматором изменится, и они заблаговременно подставят под отбор другую пробирку!

В этом примере атмосферное давление принималось постоянным в течение всего процесса. Однако наши графики в зависимости от уровня давления будут смещаться влево или вправо. Выходит, химикам для автоматизации процесса надо ещё измерять и атмосферное давление. А у измерителей давления есть своя погрешность, причём даже большая, чем у термометров. Проблема!

А решение есть, причём достаточно простое.

Если проследить на графиках поведение температуры в верхней части колонны на некотором характерном участке (⅓…¼ высоты колонны), можно заметить, что практически на всём этапе ректификации температура не изменяется (ΔТ=0), и только в конце ректификации, когда к дефлегматору приближается другая фракция (вода), появляется видимое различие температур.

Читайте так же:  Перечень замещения должностей

Именно этим эффектом мы и пользуемся, давно предлагая химическим лабораториям включать в состав ректификационного оборудования компаратор температур.

И что самое интересное, эта разность температур ΔТ не зависит от атмосферного давления, абсолютные значения температур меняются, а ΔТ остаётся неизменной, поскольку обе температуры (верхняя и нижняя) на этом характерном участке при изменении атмосферного давления изменяются на одну и ту же величину.

Источник: http://minispirtzavod.ru/?an=teach3-3

Типы ректификационных тарелок

Виды тарелок

В колонных аппаратах НПЗ в настоящее время используются десятки конструкций контактных устройств, отличающихся по своим характеристикам и технико-экономическим показателям. Наряду с тарелками первого поколения (колпачковые, желобчатые), которые до сих пор эксплуатируются на старых производствах, широкое распространение на установках АВТ получили S-образные, клапанные (пластинчатые, дисковые) и другие типы КУ.

Колпачковые

Ситчатые

Решетчатые

С S-образными элементами

Клапанные (дисковые)

Область применения различных типов тарелок

Основные характеристики сравнения

Нередки случаи, когда в одной ректификационной колонне в разных секциях используются тарелки разных типов. Это объясняется тем, что паровые и жидкостные нагрузки по высоте нефтяных колонн, особенно работающих с боковыми отборами, существенно различаются (иногда на порядок). При сравнении контактных устройств различного типа в качестве основных обычно выступают следующие показатели:

Расчет отводимого тепла выносным орошением

Для сложных колонн, работающих с выносными холодными циркуляционными орошениями, к которым относятся и колонны АВТ, весьма важной становится ещё одна специфическая характеристика: величина реализуемого теплосъема от внутреннего парового потока холодным орошением – Q, (кВт/м 3 ). В этой характеристике величина достигаемого теплосъема отнесена к 1 м 3 барботажного слоя или к 1 м 3 насадки. В отечественной литературе данная характеристика учитывается достаточно редко, хотя она в значительной мере определяет эффективность работы циркуляционных орошений.

Количество тепла, отводимого от циркуляционного орошения во внешнем теплообменнике, определяется:
Q=L(Hн-Hк)

Все это количество тепла затрачивается внутри колонны на конденсацию части парового орошения, а энтальпия жидкого потока достигает при этом значения Hн. В процедуре технологического расчета, который, как правило, проводится по «теоретическим тарелкам» процесс теплообмена будет завершен на первом же КУ. Фактически же именно реальная эффективность процесса теплосъема на КУ будет определять, на скольких реальных тарелках будет завершен этот процесс.

Выбор оптимальной конструкции контактных устройств

Конструкции КУ, выигрывающей у всех остальных конструкций по всем показателям, не существует. Каждая из конструкций обладает своими преимуществами и недостатками и своей областью рационального использования. В зависимости от особенностей конкретного процесса наибольшее значение могут приобретать те или иные характеристики из вышеперечисленных. Так, на выбор КУ для колонн атмосферного блока наибольшее влияние оказывают показатели производительности, эффективности и допустимого значения диапазона рабочих нагрузок, в котором обеспечивается высокая эффективность работы тарелок. Для колонн вакуумного блока на первое место выдвигается гидравлическое сопротивление КУ, поскольку оно будет определять интенсивность процесса разложения тяжелых углеводородов в зоне нагрева, а значит, в значительной мере и качество товарных фракций, хотя и в этом случае должны, конечно, учитываться и остальные характеристики. Наиболее распространенные типы КУ приведены на рисунке.

В атмосферных колоннах хорошо зарекомендовали себя различные модификации клапанных КУ с дисковыми, прямоугольными и трапециевидными клапанами, а также комбинированные S-образные тарелки с клапанами. В вакуумных колоннах представляет интерес использование дисковых клапанов эжекционного типа, которые характеризуются наименьшим гидравлическим сопротивлением среди всех типов КУ.

Рис. 3.1. Распространенные типы колпачков и клапанов:

Колпачки: а – круглый; б – шестигранный; в – прямоугольный; г – желобчатый; д – S-образный; клапаны: е – прямоугольный; ж – круглый с нижним ограничителем; з – круглый с верхним ограничителем; и – балластный; к – дисковый эжекционный перекрестноточный; л – пластинчатый перекрестно-прямоточный; м – S-образный колпачок с клапаном.
Обозначения: 1 – диск тарелки; 2 – клапан; 3 – ограничитель; 4 – балласт.

Переливные устройства тарелок

Для организации перелива рабочей жидкости с вышележащей тарелки на нижележащую в КУ используются специальные переливные устройства, включающие в себя сливную перегородку и карман (рис. 3.2). При больших значениях удельных нагрузок по жидкости (измеряется через расход фазы – м 3 /час отнесенный к 1 м 2 сечения колонны или к 1 м длины сливной перегородки), что характерно для многотоннажных колонн установок АТ-АВТ, для снижения градиента уровня жидкости применяются многопоточные конструкции КУ (от 2-х до 4-х потоков). Сливные карманы могут быть использованы также для подвода на КУ промежуточных потоков (холодные орошения) и/или для отвода боковых отборов (рис. 3.3). В последнем случае объемная емкость кармана наращивается за счет увеличения межтарельчатого расстояния, что повышает надежность работы откачивающего насоса.

Рис. 3.2. Устройство узлов перетока жидкости с тарелки на тарелку и ввода орошений для однопоточных (а) и двухпоточных (б) тарелок: 1 – корпус колонны; 2 – секции тарелок; 3, 4 – коллекторы ввода жидкости на верхнюю и промежуточную тарелки; 5, 6 – сливные карманы

Массо – теплообмен между взаимодействующими фазами (пар – жидкость) протекает на КУ в барботажном слое: структуре, которая образуется при истечении парового потока из небольших отверстий или щелей, выполненных в полотне тарелки или в специальных устройствах (колпачках), в слой жидкости под небольшим избыточным давлением. Эта структура представляет собой ансамбль пузырьков, размер которых измеряется миллиметрами. Паровые пузырьки зарождаются при истечении газа, всплывают в слое жидкости за счет разности плотностей жидкой и паровой фаз и разрушаются на верхней границе барботажного слоя. Размер пузырьков определяется свойствами паровой и жидкой фаз (плотность, вязкость, поверхностное натяжение, …), конструкцией КУ и гидродинамическими условиями взаимодействия фаз. Суммарная поверхность массообмена в барботажном слое измеряется десятками и даже сотнями м 2 поверхности, приходящихся на 1 м 3 объема барботажного слоя.

Рис. 3.3. Узлы вывода боковых погонов (жидкость) из колонны: 1 – корпус колонны; 2 – тарелки; 3 – сливной карман увеличенного размера; 4 – сборная (глухая) тарелка; 5, 6 – патрубки для прохода паров и отвода жидкости; 7 – уравнительная труба

Рассмотренные типы контактных устройств относятся к наиболее распространенным для условий работы блоков АТ-АВТ. К настоящему времени разработаны и другие эффективные конструкции КУ [6-10], которые могут представлять интерес при решении задач проектирования. Надо при этом отметить, что какой-либо универсальной конструкции, пригодной для любых условий эксплуатации, выделить нельзя. Каждая конкретная задача проектирования должна решаться с учетом технологии производства на основе обобщения опыта работы родственных установок.

Читайте так же:  Ученая академическая степень

Источник: http://pronpz.ru/kolonny/tarelchatye-kontaktnye-ustrojstva.html

Ректификационные колонны для самогонного аппарата

Колонна для получения ректификата – необходимое приспособление, которое позволяет выделить из браги не просто крепкий самогон, а настоящий чистый спирт крепостью до 96 градусов. Самогонный аппарат с ректификационной колонной открывает широкие возможности для начинающих и опытных винокуров. Чем отличается самогонный аппарат от ректификационной колонны? Обязательна ли она при изготовлении домашних алкогольных напитков, и какие преимущества дает? Давайте разбираться.

Что представляет собой ректификационная колонна?

Колонна – компонент дистилляционной схемы, состоящее из металлической (нержавеющая сталь, медь) или стеклянной колбы, а также наполнителя и специальных креплений-переходников (чаще всего используют соединение кламп, позволяющее быстро устанавливать и снимать устройство).

Ректификационная колонна, схема

В качестве наполнения, повышающего полезную площадь внутренней части ректификационной колонны используют различные варианты:

  • стеклянные или керамические шарики;
  • регулярную проволочную насадку (РПН);
  • СПН (спиральная проволочная насадка Селиваненко) и пр.

Принцип работы ректификационной колонны в самогонном аппарате основан на увеличении площади контакта испаряющихся из браги веществ – паров спирта, тяжелых и сверхлегких фракций.

В отличие от простой дистилляции, при ректификации с помощью колонны выделяющиеся при нагреве из браги пары разделяются на составляющие. Получаемый продукт – чистый, без примесей в виде тяжелых фракций, спирт. Посторонние вещества оседают обратно в перегонный куб, стекая по стенкам колонны, а более летучие спиртовые пары, проходят в конденсатор (холодильник трубчатого типа или со змеевиком). Дополнительно ректификационное оборудование оснащают специальными устройствами – дефлегматором, каплеуловителем, сухопарником и пр. Каждый из них служит для улучшения качества получаемого продукта.

Лучшие самогонные аппараты и ректификационные колонны позволяют получать в домашних условиях спирт, самогон и крепкие спиртные напитки отличного качества .

Что лучше – простой аппарат или ректификационная колонна?

На самом деле ставить вопрос именно так – не самый верный подход. Самогонный аппарат служит для получения достаточно крепкого спирта-сырца, крепость которого обычно не превышает 70 градусов. При грамотной перегонке с отсечением «голов» и «хвостов» на выходе получают крепкий спиртной напиток с богатой вкусоароматической композицией, включающей в себя нотки, свойственные исходному сырью. Особой популярностью пользуются самогоны из меда, фруктов, ягод, зерновых – их характерные вкусы радуют любителей.

Ректификационная колонна позволяет получить готовый продукт – спирт-ректификат

Получаемый на простом самогонном аппарате продукт требует дополнительных операций – очистки, фильтрации, двойной дробной перегонки.

Колонны используют для получения очищенного спирта с высокой крепостью, но без вкусов и ароматов исходного сырья. Они не нуждаются в дополнительной очистке и, в качестве нейтральной спиртовой основы, подходят для приготовления водки, настоек, наливок. Ректификационная колонна позволяет не перегонять брагу два раза, получая сразу готовый продукт – спирт-ректификат, пригодный как для технических нужд, так и для пищевых целей. При перегонке через колонну для улучшения вкусоароматических свойств применяют сухопарники и джин-корзины. В них помещают ароматическое сырье, которое отдает эфирные масла при прохождении через травы, сухофрукты, пряности спиртовых паров. Самогонный аппарат с ректификационной колонной и сухопарником отлично подойдет для приготовления джинов, ароматизированных водок, текилы.

Сухопарник с джин-корзиной

Плюсы и минусы использования ректификационной колонны в комплектации дистилляционного оборудования

Сразу стоит отметить, что обычное оборудование для дистилляции более доступно – оно дешевле и проще в обращении. Но его функционал менее широк. Среди преимуществ колонны:

  • возможность получать чистый спирт – ректификат;
  • режим дистилляции для получения самогона высокой степени очистки;
  • отсутствие в конечном продукте посторонних вредных примесей и веществ, ухудшающих вкус напитков.

Имеются у устройства и недостатки – колонны имеют меньшую производительность, при получении ректификата необходимо заливать в перегонный куб разбавленный спирт-сырец. Это подразумевает первичную перегонку на самогонном аппарате.

Многие опытные винокуры считают, что колонна нужна только для получения спирта из сырья, не имеющего особых ценных вкусовых свойств – сахарной браги, старого варенья и т. п. В остальном лучше использовать обычный аппарат.

Ситчатая колонна для дистилляции

Также можно воспользоваться специальной ситчатой колонной. Она, в зависимости от количества установленных тарелок (дисков), позволяет получать как самогон высокой степени очистки, так и напитки с сохранением исходной вкусоароматической композиции сырья.

Устройство устанавливают на универсальные дистилляционные аппараты с предусмотренными соединениями для монтажа различных дополнительных приспособлений.

Насадки для колонн и их разновидности

По-настоящему увлеченные винокуры охотно экспериментируют с насадками для наполнения ректификационных колонн. Они используют как фабричные модели, так и всевозможные самоделки. Среди первых можно выделить три варианта.

  • Проволочные регулярные насадки из металлической сетки. Материалом служит медь или нержавеющая сталь. Благодаря большой площади тяжелые фракции задерживаются, стекая обратно в перегонный куб, а летучие пары чистого спирта поднимаются выше – в конденсирующее устройство (холодильник – трубчатый или спиралевидный) и подаются на выход в виде жидкости.

Регулярная проволочная насадка для ректификационной или бражной колонны

  • Насыпные спиральные насадки. Они состоят из множества мельчайших спиралек. Материалом также служит металл – нержавейка или медь. Последнюю используют для устранения сернистых соединений, сильно портящих органолептические характеристики конечного продукта.

Насыпные спиральные насадки для ректификационной колонны

  • Специальные керамические или стеклянные шарики. Они также служат для увеличения рабочей площади колонны и удерживания тяжелых фракций.
Видео (кликните для воспроизведения).

Ректификационная колонна “Добровар Ермак”

Самодельные насадки порой обладают не худшими рабочими качествами. Любители изготавливают их из проволоки, свивая ее в спираль и нарезая на небольшие отрезки, применяют различные материалы, часто их комбинируя.

Некоторые винокуры с большим опытом считают, что ректификационная колонна для самогонного аппарата, сделанная своими руками – лучший вариант. Но, чтобы получить по-настоящему эффективное приспособление, нужно иметь необходимые знания и умения, понимать принципы работы устройства. Поэтому для новичков выход один – приобрести колонну в специализированном магазине. Но, если есть желание, схему ректификационной колонны для самогонного аппарата можно найти на любом форуме, посвященном самогоноварению.

Распространенные вопросы

У новичков в деле изготовления спирта и домашних напитков из него часто возникают различные вопросы. Вот ответы на самые распространенные из них.

Можно ли получить ректификат за одну перегонку из браги?

Нет. Прямая перегонка через колонну браги может привести к засорению колбы и насадки из-за поднятия пены. Необходимо перегнать брагу, получив спирт-сырец, разбавить его до 15-20 градусов и перегнать с помощью ректификационной колонны при малой температуре.

Читайте так же:  Судебная практика по увеличению размера алиментов

Нужна ли колонна для получения самогона высокой степени очистки?

Ректификационная колонна для самогонного аппарата необязательна для получения такого продукта, хотя с ней это сделать проще. Для получения качественного продукта можно использовать дробную двойную перегонку на обычном аппарате.

Можно ли получить на обычном самогонном аппарате спирт с крепостью 96 градусов?

Максимальная крепость получаемого на дистилляционном оборудовании – 70-80 градусов. Для получения ректификата (96 градусов) требуется ректификационная колонна.

Заменяет ли медная регулярная насадка в колонне аламбики, колпаки и змеевики из того металла?

Да, сернистые соединения удаляются с помощью медной сетки или спирального наполнения не менее эффективно, а стоимость насадок гораздо меньше, чем перегонного оборудования из меди.

Выводы из представленной информации просты – ректификационные колонны предназначены для получения из не слишком ценного сырья спирта высокого качества. Перегонка браги из фруктов, зерновых, ягод потребует более тонкого подхода и привычного дистилляционного оборудования. С другой стороны, новичкам больше подойдет ректификационная колонна. С ее помощью проще получить спирт без вредных и опасных примесей. В качестве компромисса можно использовать профессиональный самогонный аппарат с ректификационной колонной, другими полезными приспособлениями, а также возможностью модернизации.

Источник: http://vinohobby.ru/vino/poleznoe/rektifikatsionnye-kolonny.html

Принцип работы/действия ректификационной колонны

Очень часто в рекламных заголовках домашних дистилляторов встречается упоминание «ректификационной колонны». Нет, это не та огромная конструкция, предназначенная для разделения жидкостей на фракции в промышленных масштабах. Но именно ректификационная колонна позволяет добиться максимальной чистоты продукта, а именно – этилового спирта. Максимально возможная крепость этанола в нормальных условиях составляет 96 градусов. Именно такую крепость имеет медицинский спирт-ректификат.

Купить самогонный аппарат с ректификационной колонной (рекомендуем выбрать аппарат марки Luxstahl 6) в наши дни достаточно просто. И получение спирта любой крепости в домашних условиях – не преступление (преступлением является только его незаконная продажа). А применить спирт высокой степени очистки и крепости в домашних условиях можно на самые разнообразные нужды: от дезинфекции и обезжиривания до приготовления лекарственных рецептов настоек из самогона в домашних условиях.

Устройство и работа ректификационной колонны в самогонном аппарате

Принцип работы самогонного аппарата с ректификационной колонной или без нее остается неизменным – в основе всего лежит дистилляция. Однако именно колонна позволяет осуществить в процессе дистилляции максимально точное разделение фракций и убрать все ненужные примеси.

Какова ее конструкция?

Ректификационные колонны бывают:

Соответственно, внутри колонны имеются тарелки или насадки (например, РНП – регулярная насадка Панченкова). Они могут располагаться не по всей высоте колонны, а заполнять лишь нижнюю ее часть.

Обратите особое внимание: если колонна совершенно полая – она не может называться ректификационной. Это просто бражная (пленочная) колонна. И то с оговоркой, что эта самая трубка оборудована дефлегматором (дополнительным, укрепляющим холодильником). Если нет и дефлегматора, то это не колонна, это просто кусок трубы, не имеющий ничего общего с качественной очисткой дистиллята.

Некоторые аппараты с бражной колонной можно доукомплектовать царгами (имеют наполнение насадками, но не оборудованы дефлегматором). Тогда в случае использования царги качество очистки спирта существенно увеличивается, и колонна может называться ректификационной.

Таким образом, ректификационная колонна в самогонном аппарате – это вертикальная трубка (высотой 1200-1500 мм, диаметром 30-40 мм), имеющая внутри контактные насадки, оборудованная дефлегматором (охлаждающей «рубашкой»). В верхней части колонны в обязательном порядке должен быть установлен термометр. Ну, или должна быть возможность установки термометра, если производитель экономит на комплектации. Термометр нужен для точного контроля температуры паров внутри колонны и, соответственно, для точного соблюдения технологии разделения фракций.

Разные вещества имеют разную температуру кипения, и разделение их происходит за счет испарения жидкости и конденсации пара на контактных насадках (или тарелках), повторяющиеся многократно. Контактируя с жидкостью, пар «выхватывает» из нее легкокипящие вещества, а жидкость «забирает» из пара тяжелокипящие. Плюс происходит и обмен теплом.

Таким образом, в ректификационной колонне при контакте пара и жидкости происходит постоянный тепломассообмен.

Жидкость, обогащенная тяжелокипящими примесями (флегма), стекает обратно в перегонный куб, тогда как спиртовые пары, укрепляясь, поднимаются вверх и переходят уже в конденсирующий холодильник. В верхней части колонны и происходит «отбор» практически чистых компонентов. При более низких температурах покидают колонну эфиры, альдегиды и спирты, а при более высоких – так называемые «сивушные масла» — смесь разнообразных веществ с преобладанием многоатомных спиртов.

Принцип действия ректификационной колонны заключается в том, что в процессе перегонки происходит около 10 одновременных ступенчатых дистилляций, происходящих на разных контактных площадках по всей высоте колонны. Почему именно столько? Не вдаваясь в физические формулы и графики, поясним, что для получения чистого спирта из браги (10-12% содержания спирта по любому из рецептов браги для самогона) в теории потребуется около 10 последовательных перегонок с постепенным повышением крепости дистиллята. Но на практике дистилляция спиртосодержащих растворов крепостью выше 30 градусов связана с большой опасностью возгорания и солидными затратами энергии. То есть со всех сторон – невыгодно. Ректификационная колонна решает эту проблему.

Контактные элементы ректификационной колонны

Чем больше внутри колонны контактных элементов, тем эффективнее происходит разделение веществ по температурам кипения. Тарелки чаще всего используются только на промышленных установках, тогда как для домашнего использования применяются насадки. Насадка – это скрученная во много раз длинная проволока из нержавеющей стали или меди. Насадки многократно увеличивают площадь внутренней поверхности колонны, обеспечивая максимальный контакт пара и жидкости и, следовательно, максимальный тепломассообмен. Насадки могут быть изготовлены из нержавеющей стали или меди. В случае с медью – химически активным металлом – происходит еще и дополнительное связывание вредных соединений серы. Лучше всего использовать насадки промышленного производства, изготовленные из качественного металла, поскольку его коррозия в случае низкого качества испортит и аппарат, и дистиллят.

Подводим итог

Отзывы о самогонных аппаратах колонного типа почти всегда положительны, так как работает ректификационная колонна в самогонном аппарате очень эффективно. Однако при несоблюдении технологии или неправильной эксплуатации самой колонны может происходить снижение качества итогового напитка. Самогонный аппарат с ректификационной колонной – это сложный агрегат, требующий внимательного изучения режимов его работы и приобретения некоторых навыков в регулировке температурных режимов. Но качество получаемого на нем продукта получается ничуть не хуже, а иногда и лучше промышленного производства.

Читайте так же:  Алименты образец на 4 детей

Источник: http://alcoprof.ru/stati/samogonnye-apparaty-faq/rektif-kolonna-kak-princip-raboty/

Для чего нужна ректификационная колонна

Все больше моделей самогонных аппаратов на современном рынке позиционируются как ректификационные колонны. Кто-то из потребителей смело идет за технологиями, а кто-то неизменно остается верен старой доброй “классике”. Однако купить самогонный аппарат с ректификационной колонной (рекомендуем выбрать аппарат марки Luxstahl 6) сегодня можно у целого ряда производителей. Настолько ли они эффективны, как о них говорят, и каково назначение ректификационной колонны в бытовом дистилляторе? Об этом ниже и поговорим.

Для чего нужна ректификационная колонна

Для получения чистого спирта при помощи обычного классического дистиллятора теоретически требуется от восьми до десяти циклов перегонки. Каждая перегонка на выходе дает постепенное повышение крепости. Фактически же спиртосодержащие жидкости с концентрацией этанола свыше 30% объема перегонять в обычных условиях небезопасно и очень энергозатратно. Не зря ведь готовить дома, например, абсент, знающие умельцы не рекомендуют. Рецепты настоек из самогона в домашних условиях — пожалуйста, но вот перегонять их после настаивания в неразбавленном виде небезопасно.

В ректификационной же колонне на специальных контактных элементах, расположенных внутри, все эти 8-10 перегонок проходят по всей высоте колонны одновременно. Здесь происходит многократные конденсация и испарение веществ, благодаря чему спиртовые пары очищаются и укрепляются, а ненужные примеси флегмой стекают обратно в перегонный куб. Иными словами, ректификационная колонна — это тот элемент самогонного аппарата, в котором происходит процесс дистилляции, очистки и укрепления.

При этом в Вашей власти получить тот напиток, который нужен именно Вам. Достаточно правильно отрегулировать температурный режим перегонки, и вне зависимости от рецепта браги для самогона можно получить как чистый спирт, так и дистиллят, сохраняющий вкусоароматические свойства исходного сырья. Любая ректификационная колонна требует внимательной подготовки и некоторых навыков работы с ней. В помощь начинающим винокурам в отзывах о самогонных аппаратах можно вычитать мелкие технологические нюансы, разведанные опытным путем.

Таким образом, становится понятно, зачем нужна ректификационная колонна в самогонном аппарате. Только с ее помощью возможно получение чистого спирта-ректификата. Ни классический аппарат с сухопарником, ни бражная (пленочная) колонна не дадут Вам спирта крепостью 96 градусов (максимально возможная крепость при нормальных условиях). А более подробно о том, какие процессы происходят в ректификационной колонне, Вы можете прочитать в нашей статье.

Источник: http://alcoprof.ru/stati/samogonnye-apparaty-faq/rektif-kolonna-dlya-chego-nuzhna/

Ректификационные колонны, их устройство и принцип работы

Пожарная безопасность процесса ректификации

Ректификация

это метод разделения смеси на чистые компоненты, осуществляемый путем многократного чередования процессов испарения жидкой фазы и конденсации паров.

Физическая сущность процесса заключается в двустороннем массо- и теплообмене между неравновесными потоками пара и жидкости при высокой турбулизации поверхности контактирующих фаз. В результате массообмена пар обогащается низкокипящими, а жидкость — высококипящими компонентами. При определенном числе контактов можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих компонентов и жидкость, состоящую в основном из высококипящих компонентов.

Процесс ректификации можно проводить, в простейшем случае, в многоступенчатой установке. В первой ступени такой установки испаряется исходная смесь. На вторую ступень поступает на испарение жидкость, оставшаяся после отделения паров первой ступени. В третьей ступени испаряется жидкость, поступившая из второй ступени (после отбора из последней паров). Аналогично может быть организован процесс многократной конденсации, при котором на каждую следующую ступень поступают для конденсации пары, оставшиеся после отделения от них жидкости (конденсата) в предыдущей ступени.

При достаточно большом числе ступеней таким путем можно получить жидкую или паровую фазу с достаточно высокой концентрацией компонента, которым она обогащается. Однако, выход этой фазы будет достаточно мал по отношению к ее количеству в исходной смеси. Кроме того, такие установки громоздки и их эксплуатация сопровождается большими потерями тепла в окружающую среду.

Значительно более экономичное, полное и четкое разделение смесей на компоненты достигается путем проведения процессов ректификации в более компактных аппаратах – ректификационных колоннах.

Работа ректификационных колонн основана на создании двух встречных потоков – поднимающихся паров и стекающих навстречу им жидкости. Контакт между ними происходит на горизонтальных тарелках, причем пар, подходящий к тарелкам, имеет температуру несколько более высокую, чем жидкость, находящаяся вних. Внутренний объем колонны условно разбивается на три части – эвапорационной, укрепляющей, исчерпывающей. В первом объеме происходит испарение подаваемой жидкости. Подача производится в среднюю часть колонны, так как в этой части состав флегмы примерно равен составу раствора подлежащего ректификации. Подогретая смесь поступает в питающую тарелку колонны и частично испаряется. Паровая фаза движется вверх, а неиспарившаяся смешивается с флегмой и стекает вниз. Часть колонны, расположенная выше ввода начальной смеси называется укрепляющей, так как в ней паровая фаза укрепляется легкими фракциями. Часть колонны, находящаяся ниже ввода начальной смеси называется исчерпывающей, так как в ней из стекающей вниз флегмы отгоняются (исчерпываются) оставшиеся легкие фракции.

Для обеспечения нормальной работы ректификационной колонны необходимо постоянное наличие восходящего потока пара и нисходящего потока флегмы. Для получения пара в нижней части колонны предусмотрена система обогрева. Процесс ректификации может осуществляться при атмосферном давлении, под вакуумом, под избыточным давлением при пониженной температуре. В основном процесс ректификации осуществляется при давлении близком к атмосферному. Вакуумной ректификации подвергают смеси веществ склонных к термическому распаду или полимеризации при высоких температурах. Низкотемпературная ректификация применяется для разделения растворов, имеющих низкую температуру кипения.

Рассмотрим принцип действия ректификационной колонны, входящей в состав ректификационной установки непрерывного действия, предназначенной для разделения бинарных смесей.

Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со сварным или сборным корпусом 1 . Исходная смесь предварительно нагревается в подогревателе 5 и подается в среднюю часть колонны. В нижней части колонны обеспечивается подогрев жидкости до температуры кипения. Образующиеся при этом пары поднимаются вверх по колонне и создают восходящий поток. В верхней части колонны пары отбираются и поступают в дефлегматор 3, где происходит их частичная конденсация. Смесь флегмы (жидкости, полученной в результате частичной конденсации пара) и несконденсировавшегося пара из дефлегматора подается в сепаратор 4 на разделение. Пар из сепаратора поступает в конденсатор-холодильник 6 на полную конденсацию и там же происходит охлаждение дистиллята (ректификата), а флегма направляется обратно в колонну и создает в ней нисходящий поток.

Читайте так же:  Как рассчитывается задолженность по алиментам судебными приставами

Таким образом, в ректификационной колонне создаются два встречных потока – поток поднимающихся вверх паров и поток стекающей навстречу им жидкости. Контакт между ними происходит на специальных тепломассообменных устройствах, расположенных по высоте колонны с определенным шагом. Такие устройства выполняются в виде горизонтальных тарелок или насадок.

Сущность теплообменных процессов. В колпачковой колонне каждая тарелка имеет несколько отверстий с невысокими патрубками 3, предназначенными для пропускания паров, поднимающихся снизу. На тарелках колонны всегда имеется слой флегмы. Сверху каждого парового патрубка монтируется колпачок 2 , нижние края которого погружены в жидкость. Колпачки у основания имеют зубчатые прорези для дробления пара на мелкие струйки. Тем самым увеличивается площадь контакта между парами и жидкостью. Так как флегма несколько холоднее паров, последние, барботируя через слой жидкости, охлаждаются и частично конденсируются. В процессе конденсации паров выделяется некоторое количество теплоты. Кроме того, дно каждой тарелки обогревается парами нижележащей тарелки. За счет этого тепла флегма нагревается и кипит. Уровень флегмы на каждой тарелке поддерживается с помощью переливных труб 4, которые связывают между собой все тарелки.

Таким образом, на тарелках происходит обогащение флегмы высококипящим компонентом (за счет частичной конденсации паров). А восходящие потоки пара обогащаются низкокипящим компонентом. Поскольку пары по мере продвижения снизу вверх все больше обогащаются низкокипящим компонентом, температура кипения жидкости на тарелках (снизу вверх) становится все ниже и ниже. При этом флегма, стекающая с тарелки на тарелку все больше обогащается высококипящим компонентом, и поэтому на нижних тарелках температура кипения максимальна. В результате многократного протекания процесса теплообмена пар, отводимый из верхней части колонны, представляет собой почти чистый низкокипящий компонент, а остаток в нижней части колонны – чистый высококипящий компонент.

Из вышесказанного следует, что для нормальной работы любой ректификационной колонны необходимо: чтобы исходный продукт был предварительно нагрет, непрерывно происходило орошение верхней части колонны, и подогрев нижней части.

Следует обратить внимание на то, что в промышленности чаще всего разделяют не бинарные, а многокомпонентные смеси. В этом случае для разделения смесей на три и более фракций применяют несколько последовательно работающих простых колонн или специальные сложные колонны, состоящие из нескольких простых.

В идеальном случае на каждой тарелке колонны паровая фаза и флегма находятся в состоянии фазового равновесия и, следовательно, каждой тарелке соответствует одна из точек, лежащей на кривой равновесия (рассматривали в начале лекции). В действительности полное равновесие фаз на тарелках ректификационной колонны не достигается. Это учитывается путем введения коэффициента полезного действия.

Для приближения к фазовому равновесию действительных концентраций жидкости и пара разработаны различные конструкции тарелок и насадок. Тарелки или насадки являются наиболее важным конструктивным элементом ректификационных колонн. Именно на них происходит процесс тепломассообмена между восходящим потоком пара и флегмой.

Ректификационные колонны в которых тепломассообменные устройства выполнены в виде тарелок называют барботажными, так как пар барботируется через слой флегмы. Если тепломассообменные устройства выполнены в виде различных насадок, то колонны называют насадочными.

Барботажные ректификационные колонны могут иметь тарелки со сливными устройствами или без них. Тарелки со сливными устройствами. К ним относятся колпачковые, ситчатые и клапанные.

Для разделения растворов используют колпачковые тарелки. Это связано с тем, что данный тип обеспечивает хороший контакт между паром и флегмой на тарелках. Смесь паров, поднимаясь, проходит патрубки (рис 3, методический материал) и, ударяясь о колпачки, барботирует сквозь слой флегмы на тарелках. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези для дробления пара на мелкие струи. Приток и отток жидкости регулируют с помощью переливных трубок.

Ситчатые тарелки, имеют большое количество мелких (от 0,8 до 3мм) отверстий. Пар, проходит сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. Важным требованием является постоянные скорость движения пара и его давление, достаточное для преодоления давления слоя жидкости на тарелке и предотвращающее ее стекание через отверстия.

Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонта. Но они чувствительны к наличию примесей, которые забивают отверстия тарелок и создают условия для образования повышенных давлений. В случае значительного снижения давления пара вся жидкость с ситчатых тарелок сливается вниз и для возобновления процесса приходится запускать колонну вновь. Указанное накладывает существенные ограничения на использование данного типа тарелок.

Клапанные тарелки. Имеют отверстия перекрывающиеся специальными клапанами, которые поднимаются в зависимости от величины давления пара. При подъеме клапана образуется зазор, через который проходит пар барботирующийся через слой жидкости. С изменением давления клапан закрывается под действием силы собственной тяжести. Высота подъема клапана не превышает 8 мм. Достоинством таких тарелок является сравнительно высокая пропускная способность по пару, высокая эффективность в широком интервале нагрузок. Недостаток – повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное весом клапана.

Тарелки без сливных устройств. Их особенностью является то, что пар и флегма проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелках одновременно с взаимодействием флегмы и пара путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку. Жидкость «проваливается». Выделяют дырчатые тарелки, решетчатые, трубчатые, волнистые.

Насадочные колонны. Тепломассообмен между паром и флегмой протекает в объеме насадок, выполненных из твердых тел различной формы (таблица с типами насадок). Принцип действия колонн. Пар из исчерпывающей части движется вверх по колонне навстречу стекающей жидкости. Распределяясь по большой поверхности насадочных тел пар интенсивно контактирует с жидкостью и теряет при этом часть высококипящего компонента и обогащается легкокипящим. Требования к насадкам – большая поверхность в единице объема, хорошая смачиваемость флегмой и равномерное ее распределение по всей насадке, малое гидравлическое сопротивление, химическая инертность, механическая прочность.

| следующая лекция ==>
Пожарная опасность при нагреве веществ водяным паром | Особенности пожарной опасности ректификационных установок. Основные противопожарные меры при их проектировании и эксплуатации
Видео (кликните для воспроизведения).

Дата добавления: 2014-01-11 ; Просмотров: 24858 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет


Источник: http://studopedia.su/10_9227_rektifikatsionnie-kolonni-ih-ustroystvo-i-printsip-raboti.html
Устройство и работа ректификационной колонны
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here