Тарельчатые ректификационные колонны представляют из себя устройства, в которых вместо насадки устанавливаются классические тарелки. Дома эти колонны используются для получения, пусть и не ректификованного спирта, но очень качественного и очищенного дистиллята – степень его укрепления составляет 90-95% вплоть до протоспирта.
Традиционно тарельчатые колонны используются для производства коньяка, виски и подобных благородных напитков. Небольшое число дисков сохраняет органолептику сырья при высокой производительности и стабильности устройства.
Устройство и принцип работы самогонных аппаратов с дефлегматором
Колпачковый ректификационный абсорбер может содержать разное число колпачков.
- Во время перегонки браги колпачки разогреваются, а их температура растёт сверху вниз. Во всех колпачках имеется по нескольку отверстий, через них стекает флегма и попадает на нижерасположенный колпачок.
Так процессы испарения происходят повторяясь один за другим и в итоге выходит жидкость с более высокой температурой кипения. В результате этого и получается высокоградусный спирт. - Абсорберы по основным типам слива жидкости с тарелки разделяются на тарельчатые колонны со сливными устройствами и без сливных устройств (с неорганизованным сливом жидкости).
К изделиям со сливным устройством относятся абсорберы с клапанными, ситчатыми, колпачковыми и прочими тарелками, имеющими специфические устройства для перетекания жидкости с тарелки на тарелку – карманы, сливные трубки и пр. - Нижние концы сливных устройств погружены в жидкость на нижерасположенных тарелках для создания гидрозатвора, предотвращающего прохождение газа через сливное устройство.
Ректификационные колонны
Тепломассообмен между противоточно движущимися неравновесными паровой и жидкой фазами в ректификационных осуществляется на контактных устройствах (КУ), которые часто называются “тарелками”.
В ректификационных колоннах поток парового орошения создается нагревательными элементами (печь, ввод перегретого водяного пара), а жидкого – конденсационными устройствами (холодильники – конденсаторы, холодные циркуляционные орошения).
В результате взаимодействия между паровой и жидкой фазами на КУ в соответствии с законами термодинамического парожидкостного равновесия паровая фаза обогащается легкокипящими, а жидкая – тяжелокипящими компонентами. Поэтому именно КУ и определяют в значительной мере общую эффективность процесса разделения.
Для нефтяных колонн вообще и для колонн АВТ, в частности, можно выделить ряд присущих им характерных особенностей:
- очень высокая производительность по сырью (до 1000 м3/ч для атмосферной колонны);
- подвод тепла в разделительную систему осуществляется огневым нагревом сырья в трубчатой печи (основная и вакуумная колонны АВТ), вводом перегретого водяного пара (практически все колонны) и циркуляцией «горячей струи» (отбензиневающая колонна АТ);
- последнее обстоятельство предполагает применение специальных сепарационных зон для разделения паровой и жидкой фаз;
- в схеме ректификации присутствуют выносные отпарные секции, а также циркуляционные орошения, что предполагает возможность организации на КУ боковых отборов жидкой фазы и подводов как паровой, так и жидкой фаз в нескольких точках по высоте колонны.
Кстати, прочтите эту статью тоже: Отпарные колонны их классификация и принцип работы
Эти особенности должны учитываться при выборе конструкций контактных устройств в задачах проектирования блоков разделения нефти.
Конструктивные особенности и разновидности
Ниже приводятся несколько видов колонн в основном с медными комплектующими:
- Тарельчатый колпачковый абсорбер «DISTINEY» на 2 дюйма с 4 колпачковыми тарелками работает с благородными брагами (зерновые и фруктовые) с максимальным сохранением при перегоне вкусовых свойств исходного сырья.
Тарелки с медными колпачками, помимо фракционного разделения, также забирают на себя соединения серы, улучшая аромат получаемого продукта. Высота 415 мм, сами тарелки сделаны из нержавеющей стали, колпачки сделаны из меди, диаметр клампового соединения 2 дюйма. - Тарельчатый абсорбер «ХД/4-375КТС» с провальными тарелками размерностью 375 мм. применяется для фракционной перегонки сырого спирта.
С его помощью можно получить дистиллят крепостью ~92%, очень качественно отсекая «головы» и «хвосты», оставив органолептику исходного сырья в конечном продукте. При этом «ненужные» фракции можно прилично очистить за один перегон, что при использовании обычного дистиллятора достижима только путем 3-4-кратной дробной дистилляции. - Недавно представила свою версию тарельчатых абсорберов. Новинки представлены в виде 3 моделей и каждая имеет 8 модификаций, сами колонны двух видов – 3 тарельчатых уровня и 5 тарельчатый уровней.
Колонны имеют внутренний диаметр 80 мм, все тарелки с 3 колпачками из нержавеющей стали. Все разъемы для крепления – хомут кламп. - Ректификационный тарельчатый абсорбер «Прима» разработки ЦОП «у Счастливчика» является современным универсальным устройством для производства широкого ассортимента алкоголя, выполняющее 3 функции:
- перегонка браги в сырец;
получение ароматных благородных дистиллятов;
- получение спирта нейтрального вкуса с крепостью от 96%.
Абсорбер состоит из 4 основных частей: головная часть с узлами отбора по пару и жидкости, холодильник Димрота, доохладитель и царга (2 шт.) – полметра и метр.
Как изготовить и собрать своими руками?
Стоит ли покупать тарельчатую колонну или лучше изготовить своими руками?
Самостоятельно изготовить колпачковую колонну по чертежу не так сложно, особенно если имеются в наличии колпачковые тарелки, являющиеся практически самой сложной составной частью. В основном приобрести их можно в интернете на подходящих сайтах, например, на алиэкспресс, и чаще всего продаются тарельчатые колонны китайского производства.
Однако выбирать особо не приходится, так как данные изделия являются довольно специфическим товаром и производятся они в очень узком кругу мастерских. А самостоятельно изготовить такие тарелки очень сложно, но вполне реально.
Потребуются для этого медные или нержавеющие пластины для вырезки кругов, которые равны внутреннему диаметру основной трубы колонны. Тарельчатая колонна же делается из нержавеющей, медной или стеклянной трубы, диаметр которой составляет 8-10 мм. и высотой (длиной) приблизительно 75 см.
Готовые стеклянные колонны, которые предлагают производители, пользуются немалой популярностью, так как можно следить за процессом барботирования, а это очень необычный процесс. Хотя сам материал в расчете качества работы колонны не учитывается.
- В готовых дисках сверлятся четыре отверстия диаметром 1-1,5 мм. и вставляются трубки из нержавейки или меди длиной приблизительно 1,5 см, через которые пар поднимается вверх.
По краям диска сверлятся ещё два отверстия диаметром почти 1 см и в них уже вставляются трубки с меньшей высотой – приблизительно 0,8-1,5 см. Стыки дисков и всех трубок пропаиваются. - Сверху на средние трубки впритык к поверхности диска насаживаются колпачки. Для того, чтоб пар выходил, в верхней части трубок просверливаются отверстия диаметром 1-2 мм., чем чаще, тем лучше. Также на высоту 5 мм. пропиливаются нижние края колпачков, чтоб они получились на 2 мм. ниже среза боковых трубок.
- Так как сложно придерживаться классического полусферического вида, можно изготовить стакановидные или конусообразные колпачки. Закрепляются они на паропроводных трубках муфтами или саморезами. Такая тарелка в собранном виде являет собой один рабочий элемент и в колонне указанной высоты их количество должно быть от 5 до 8 штук.
- Для того, чтобы можно было вставлять и доставать тарелки из колонны, они насаживаются на штырь диаметром 5-8 мм. и закрепляются гайками равноудалённо друг от друга. Верхний край колонны соединяется паропроводом с прочным холодильником, а на кубе и вверху колонны устанавливаются термометры.
Для более удобного извлечения тарелочной сборки, верхняя часть колонны выполняется в виде винтовой крышки. Патрубок для отвода пара крепится ниже уровня резьбы на 1-1,5 см.
Рекомендации профессионала
Быстрый переход по статье
Важно позаботиться о качественной изоляции. Кипятильник не должен касаться дна, желательно, чтобы он был полностью покрыт жидкостью в процессе эксплуатации
В это же отверстие, через которое проходит шнур кипятильника, нужно вставить длинный конец змеевика для аппарата. Оставшиеся промежутки между трубкой и шнуром нужно забить кусочками ваты, сделав это достаточно плотно. Важно добиться наилучшей герметизации
Кипятильник не должен касаться дна, желательно, чтобы он был полностью покрыт жидкостью в процессе эксплуатации. В это же отверстие, через которое проходит шнур кипятильника, нужно вставить длинный конец змеевика для аппарата. Оставшиеся промежутки между трубкой и шнуром нужно забить кусочками ваты, сделав это достаточно плотно
Важно добиться наилучшей герметизации
Полученную конструкцию из ваты нужно залить суперклеем, который выполнен на цианакриловый основе. Это позволит получить максимально герметичное соединение, с использованием композитных материалов. После того как клей затвердеет, вам удастся получить герметичное прочное соединение. Останется сделать что-то наподобие кожуха для вентилятора, чтобы воздух омывал ребра теплообменника, представленного змеевиком.
На четвертую сторону нужно вывести конец змеевика, чтобы осуществить отвод самогона. В оставшейся боковой стенке нужно проделать отверстие для этой части трубки и приклеить применяемым ранее суперклеем. Стенки между собой можно склеить скотчем. Когда изготавливается нужно обеспечить максимальную безопасность, его следует накрыть прозрачным защитным экраном.
На этом можно считать, что бражная колонна готова. В качестве источника питания для вентилятора можно использовать компьютерный блок питания. Для его включения без применения материнской платы необходимо замкнуть черный провод с зеленым. Специалисты используют более компактные источники на 12 вольт, которые вы можете найти самостоятельно.
Чем различаются абсорберы?
- Насадочные дистилляционные колонны имеют меньшую эффективность, нежели тарельчатые. При одинаковом рабочем объёме колонн, площадь контактной поверхности в насадочной колонне является меньшей.
Также неравномерное стекание жидкости по тарельчатой насадке ограничивает насадочные колонны по диаметру, так как тарельчатые колонны по диаметру достигают 4 м., а насадочные не превышают и 2,8 м. А это значительно ограничивает насадочные колонны в ректификационном использовании.Но благодаря невысокой себестоимости и простоте своего изготовления они пользуются популярностью в малом производстве.
- Колпачковые колонны являются более распространёнными за счёт более простой конструкции. Данный вид изделия использует процесс обмена массы и тепла между жидкостью и паром.
Данные абсорберы различаются общим количеством колпачков, которых, чем больше, тем больше количество точек преобразования пара в жидкость, и соответственно выше объём выходящего готового продукта. - Тарельчатая колонна обладает значительно большим удерживающим свойством и соответственно не стоит вопрос на счёт удержания сивухи. Пять-десять тарелок реализуют три-пять уровней укрепления при отборе «тела» и «голов».
Это даёт возможность заниматься перегоном по законам простой ректификации не рискуя оставить спирт без вкусовых качеств, отделять головные фракции и при сборе «тела» не думать о своевременном подходе хвостовых фракций.Запотевшие находящиеся внизу диски визуально покажут по окончанию отбора, что пора сменить тару. Качество очистки здесь задаётся сменой общего числа тарелок.
Область самогоноварения не ограничивается выгонкой одного лишь самогона и современные дистилляционные устройства позволяют производить куда большее разнообразие алкогольных напитков. При этом тарельчатые колонны можно, как приобрести готовые, так и изготовить своими руками, всё упирается лишь в возможности и желание.
Процесс ректификации позволяет добиться высокой чистоты и крепости спирта и оба этих качества зависят от понимания основы дела занимающимся им винокуром. Поэтому для проведения более верных вычислений, рекомендуется к прочтению издание А. Г. Касаткина «Основные процессы и аппараты химической промышленности».
Выбор питающего насоса
Выбор питающего насоса производится в зависимости от свойств подогреваемой смеси.
Основными типами насосов, используемых в химической технологии, являются центробежные, осевые, поршневые. Для проектируемой ректификационной установки используем центробежный насос. При проектировании обычно возникает задача определения необходимого напора Нл
, мощности
Nн
при заданной подаче жидкости
Qп
, перемещаемой насосом. Далее по найденному напору и производительности насоса определяем его марку, а по величине мощности на валу
Nп
— тип электродвигателя к насосу.
Мощность на валу насоса
Напор насоса
Геометрическая высота подъёма жидкости Нr
равна высоте исчерпывающей части ректификационной колонны:
Nч. к.
— число тарелок контакта в исчерпывающей части колонны;
h
— расстояние между тарелками,
м
;
hn
— напор, теряемый на преодоление гидравлического сопротивления в трубопроводе,
мм
.
Потери напора:
Определим диаметр трубопровода из основного уравнения расхода:
Для определения коэффициента трения λ
рассчитываем величину
Rе
:
Для гладких труб при найденном Rе
определяем
λ
. Сначала определим сумму коэффициентов местных сопротивлений:
Пусть количество колен равно 8, а вентилей — не меньше 4. Коэффициенты местных сопротивлений равны .
По приложению V устанавливаем, что значениям подачи и напора больше всего соответствует центробежный насос марки Х
8 /30.
