Принцип работы насадочной ректификационной колонны.
Насадочные аппараты.
Насадочные аппараты— колонные аппараты, предназначенные для интенсификации тепло — массообмена и обеспечения однородных гидродинамических условий проведения химико-технологических процессов.
Рис. 21. Схема насадочной колонны.
1. Корпус, 2. Распределительная тарелка, 3. Насадка,
4. Опорные решетки, 5. Перераспределительная тарелка,
6. 8, Люки, 7. Отбойное устройство, А, Б,В,Г,Д штуцера.
Корпус 1 насадочной колонны выполняют (рис. 21) либо цельносварным, либо из отдельных царг с приварными или съемными крышками. Насадочные аппараты весьма чувствительны к неравномерности орошения, поэтому жидкость для орошения насадки подается через распределительную тарелку 2. Насадку 3 располагают по высоте аппарата в несколько слоев (секций) и укладывают на опорные решетки 4. Для загрузки и выгрузки насадки в верхней и нижней частях каждой секции обычно устанавливают люки 6 и 8.
При больших нагрузках по газу и перепаде давлений 400-700 Па на 1 м высоты насадки, сверху на каждый слой укладывают удерживающую решетку, предотвращающую выброс насадки.
В верхней части колонны размещают отбойное устройство 7.
Газ и жидкость движутся противотоком. При этом газ вводится в колонну снизу через штуцер А, а выводится через штуцер Б. Орошающая жидкость вводится сверху через штуцер В, а выводится через штуцеры Г и Д.
При стекании жидкости по насадке происходит ее перераспределение и на некотором расстоянии от распределительной тарелки равномерность орошения может резко уменьшиться. При этом жидкость течет вдоль стенки аппарата, а центральная часть насадки остается не орошенной (так называемый пристеночный эффект — растекание от центра к стенкам). Для исключения этого явления и улучшения смачивания насадки насадочное пространство разделяют на слои высотой от 1,5 до 3,0м и устанавливают между слоями перераспределительные тарелки 5, которые собирают жидкость и распределяют ее вновь по сечению аппарата. отбойное устройство 7.
В зависимости от скорости потока газа насадочные аппараты могут функционировать в следующих гидродинамических режимах: пленочном, подвисания, эмульгирования и брызгоуноса.
Поэтому в каждом конкретном случае оптимальный гидродинамический режим можно установить только технико-экономическим расчетом.
Для работы с загрязненными газами и жидкостями применяют аппараты с подвижной насадкой (фиксируемой опорной и ограничительной решетками), сравнительно легкие элементы которой поддерживаются потоком газа во взвешенном (псевдоожиженном) состоянии.
Аппараты с подвижной насадкой могут функционировать при больших скоростях газа без захлебывания и обеспечивают более высокий коэффициент массопередачи, однако характеризуются большим гидравлическим сопротивлением, значительным брызгоуносом и износом насадочных тел.
Для эффективной работы насадочных аппаратов насадки должны удовлетворять следующим основным требованиям: иметь большую поверхность контакта, хорошо смачиваться орошающей жидкостью, оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, равномерно распределять орошение, быть стойкими к химическому воздействию газа и жидкости, обладать малой материалоемкостью и высокой механической прочностью, иметь невысокую стоимость.
Насадки изготовляют обычно из металлов, стекла, керамики, пластмасс, дерева и загружают в аппараты навалом (нерегулярные насадки) либо укладывают или монтируют в определенном порядке, в частности в жесткую структуру (регулярные насадки).
Элементы нерегулярных насадок выполняют в виде колец, спиралей, роликов, шаров, полусфер, седел и др. Наиболее распространены кольца Рашига, Паля, Лесинга, седла Берля
Регулярная насадка. Правильно уложенная насадка отличается от нерегулярной меньшим гидравлическим сопротивлением и более высокой пропускной способностью. Поэтому она особенно пригодна для процессов вакуумной ректификации.
К недостаткам следует отнести их высокую чувствительность к равномерности орошения.
К регулярным насадкам относятся плоскопараллельная, хордовая, кольцевая (при правильной укладке) и блочная насадки.
Подробная схема (чертежи с размерами)
Для начала разберёмся, что такое ректификация:
- Это процесс, когда из смеси выделяется один компонент под действием давления и температуры.
- Нагревающий элемент испаряет брагу, которая проходит через фильтры.
- Часть её возвращается назад, а часть проходит дальше.
- Так происходит из-за жидкости, которая поступает на изгибе трубки.
- Она конденсирует часть раствора и возвращает назад.
- Более легкая летучая часть проходит дальше, в последний сегмент, где находится поток воды.
Конечный продукт осаждается в сосуде.
Медная
Стандартная структура, которая подразумевает медную конструкцию в качестве основы. Такой материал как медь обладает отличными характеристиками теплопроводности, сжатия-расширения.
Внимание! Медь не добавляет вредные примеси и осадки в раствор, что делает её эталонным материалом.
Тем не менее, у меди есть один весомый минус — как и любой металл, она окисляется и приобретает зеленоватый цвет.
Коррозионные процессы негативно влияют на качество и чистоту продукта. Так же окисляются металлические фильтры внутри трубки и вся конструкция становится непригодной.
Из полипропилена
Также распространённый вариант.
Полипропилен материал, используемый в сантехнике:
- Он стоит дешевле и доступен в любой строительном магазине.
- Он не портится в ходе множества циклов нагрева-охлаждения и не трескается от перепада температур.
- Из-за большого количества форм можно соорудить конструкцию с любым изгибом.
Минусом является попадание примесей в раствор, так как часть полипропилена испаряется в ходе нагревания.
Из фитингов сантехники
Бюджетный вариант для любителей конструкторов.
Фитинги — это металлические закручивающиеся переходники для коммутации труб и шлангов.
Важно !!! Как сделать сухопарник для самогонного аппарата своими руками Конструкция сухопарника
Из них можно соорудить колонну, закрутив в определённом порядке. Металл для таких элементов может применяться любой (в том числе и нержавеющий). Минусов у такой конструкции практически нет, за исключением того, что на сбор и коммутацию уйдёт больше времени.
Справка! Хорошая колонна будет состоять из всех вышеописанных материалов, сочетая в себе плюсы и нивелируя минусы.
Как сделать своими руками?
В первое время, когда самогонное дело только начало развиваться, аппараты делали из всего, что было под ногами, поэтому качество самогона было соответствующее.
С развитием отрасли, любители научились делать продукцию всё лучшего и лучшего качества, модернизируя установки и дополняя стандартные конструкции новыми элементами.
Перегонный куб
Для того, чтобы сконструировать куб своими руками, понадобится выполнить сварочный шов на листе нержавеющей стали, предварительно согнув его в цилиндр.
Днище так же можно выполнить, приварив лист слили и обрезав ножницами по металлу (можно оставить лист необрезанным для большей устойчивости). Припоем послужит олово.
Герметичную крышку можно соорудить своими руками, обклеив стык резиной, или использовать крышку от кастрюли.
Справка! Куб можно полностью выполнить из кастрюли или металлического бидона, если крышка предусматривает возможность соединения со всей остальной конструкцией.
Как сделать перегонный куб своими руками рассказывается на видео:
Царга
Царга представляет собой обычный фильтр, соорудить который можно из обыкновенного водного смесителя или пластикового стакана, в который будет утрамбована металлическая губка для мытья посуды.
Несколько критериев, которые важны для хорошей царги:
- наличие входа и выхода,
- возможность отсоединять ее, чтобы сменить фильтр,
- возможность легко заменить корпус конструкции в случае поломки (поэтому рекомендуется использовать пластиковые стаканы).
Даже небольшое изменение диаметра колонны серьезно влияет на параметры. Для оценки достаточно помнить, что номинальные мощность (Вт) и производительность (мл/час) численно равны площади поперечного сечения колонны (кв. мм), а значит, пропорциональны квадрату диаметра.
Насадка
В качестве насадки применяется регулярная проволочная медная насадка, тем не менее можно использовать обычную металлическую губку.
От материала насадки будет зависеть чистота конечного изделия и длительность процесса ректификации. Можно соорудить многослойную насадку, комбинируя несколько элементов и материалов.
Узел отбора
Узел отбора находится на изгибе, в котором не происходит разделение первоначальной смеси, поступающей воды, конечного продукта.
Выполнить его желательно из меди, так как пластиковые конструкции имеют свойство к расширению под воздействием температуры, а изменение траектории движения раствора может затянуть процесс ректификации, или вовсе остановить его.
Справка! Например, давления и температуры недостаточно для того, чтобы летучая часть жидкости смогла преодолеть изгиб и осаждаться в сосуде. Тем не менее, более пологий изгиб позволит ей легко проходить и накапливаться.
Идеальным материалом для узла отбора является медь или нержавеющая сталь.
Важно !!! Купить самогонный аппарат от производителя
Элементы конструкции можно приобрести в тематических специализированных магазинах, или в отделе сантехники, выбрав то, что подходит конкретно для вашей конструкции.
На видео рассказывается, как сделать узел отбора своими руками:
Дефлегматор
Дефлегматор это своего рода продвинутый фильтр:
- Он установлен в непосредственной близости к узлу отбора и служит для того, чтобы возвращать часть раствора назад.
- Вода, поступающая внутрь конденсирует тяжёлые элементы раствора и отделяет ненужные части от нужных.
Дефлегматор можно выполнить из металла, железа, стали, или из стекла, так как она отлично отдает тепло и будет способствовать быстрой конденсации пара.
Холодильник
Чаще всего в самогонных аппаратов используются холодильные установки класса «холодильник-змеевик». Такое название он получил потому, что внутри находится металлическая спираль, которая служит для циркуляции жидкости. Невооружённым взглядом она напоминает змею, которая свернулась в клубок по диагонали.
Работа холодильника состоит в пропускании жидкости через себя и передачи её внутрь самогонного аппарата. Исходя из этого, материал стенок желательно делать неметаллическим, так как металл долго охлаждается и хуже передаёт тепло.
Наилучшим материалом будет:
- пластик,
- стекло,
- полимер.
Холодильник должен содержать всего два отверстия — вход и выход жидкости.
Между металлической спиралью и стенками холодильника должна быть вода или другая жидкость, хорошо пропускающая температуру, так как именно эта конфигурация позволяет максимально быстро поглощать тепло и понижать температуру.
Как изготовить простейший холодильник для самогонного аппарата рассказывается на видео:
Царга пастеризации (опционально)
Царга пастеризации — это конечный элемент самогонного аппарата, который служит для осаждения и фильтрации конечно жидкости:
- Представляет собой трубу, покрытую теплоизоляционным материалом, на выходе из которой находится фильтр.
- Именно оттуда, капля за каплей, жидкость будет попадать в сосуд.
Конструкция такой царги незамысловатая — труба из полипропилена или ПВХ, обшитая любым теплоизоляционным материалом, на конце которой можно установить стандартную царгу.
Только вот на выходе рекомендуется использовать исключительно медную проволоку, так как она обеспечит более высокое качество конечного продукта.
Важно !!! Правильный змеевик для самогонного аппарата своими руками: фото и пошаговый процесс изготовления, как правильно собирать прибор
Автоматика
Едва ли не самый сложный элемент конструкции, который может усилить КПД и увеличить общую производительность самодельного аппарата.
Автоматическая система управления может самостоятельно контролировать процессы, происходящие в аппарате, включать и выключать его, сигнализировать о готовности.
К элементам автоматического управления также относятся сенсорные анализаторы:
- датчик давления;
- датчик температуры;
- показатели расхода электроэнергии и жидкости;
- прочее.
Одной универсальной схемы нет, так как все самодельные аппараты имеют разную конструкцию, длину, высоту, объём и прочие характеристики.
Важно! Автоматику могут установить только опытные пользователи, которые имеют понятие о электронных цепях, устройстве микросхемы, процессе спайки и коммутации автоматических элементов. Намного проще приобрести готовую автоматику для самогонного аппарата, после чего подсоединить её к конструкции.
Плюс в том, что человек экономит время. Ему нужно просто описать конструкцию своего аппарата продавцу, который подберет для него оптимальную автоматическую контрольную панель.
