Практика использования, методы измерения, часть 1

Этот раздел посвящён сравнительной оценке разных массообменных насадок, они сравниваются по производительности и эффективности — это основные показатели качества насадки. В этой статье рассказывается, как эти показатели измеряются численно.

Производительность насадки — это максимальное количество спирта (пара и жидкости), которое она пропускает через себя без захлёбывания при бесконечном флегмовом числе. Единица измерения — миллилитры жидкости в минуту на один квадратный сантиметр площади внутреннего сечения колонны.

Эффективность насадки — для её численной оценки мы используем коэффициент извлечения из сильно разбавленного раствора, который численно равен доле отобранного спирта в объёме дистиллята, равному объёму загруженного чистого спирта. К примеру — загружаем в куб 15 литров воды и 0,5 л. водки 40% (с учётом большого количества проверок такой раствор можно считать эталонным) и отбираем 200 мл. дистиллята (т.к. в 0,5 л. водки содержится 200 мл. чистого спирта), измеряем крепость отобранного дистиллята возможно точнее и получаем искомую долю в % от загруженного количества. Это достаточно объективный и информативный показатель — читатель может протестировать свою колонну по этому методу и сравнить результат. Метод подробно излагается на примере ниже.

Конечно, этот показатель сильно зависит от флегмового числа, оно должно быть достаточно большим — в интервале 15-25. Менее 15 не вся разделяющая способность насадки используется, более 25 разница практически незаметна.

Ректификация — сложный процесс, результат зависит от многих факторов. Для того, что бы результаты измерений были адекватно сопоставимы мы унифицировали процесс — все измерения производятся на одной и той же ректификационной колонне (меняется только насадка) и с кубовой жидкостью одинакового состава и количества. Для определения производительности в куб загружается чистый спирт, для определения коэффициента извлечения в куб загружается 15 л. воды и 0,5 л. водки 40% (концентрация спирта в кубе 1,29 % об.).

Все измерения проводятся на одной колонне, вот этой:

Колонна имеет:

  • Куб 20 л.
  • Ректифицирующую часть высотой 1 м. и внутр. диаметром 46 мм.
  • датчики температуры пара в дефлегматоре и жидкости в кубе;
  • Манометр давления в кубе;
  • Датчики температуры воды на входе в дефлегматор и на выходе из него.

Производительность колонны считается по теплоте, отдаваемой поступающем в дефлегматор паром. В свою очередь эта теплота считается по разнице температур охлаждающей воды на входе и на выходе из дефлегматора с учётом расхода. Сколько тепла отдал пар в единицу времени (и сконденсировался), столько же тепла получила охлаждающая вода в дефлегматоре в ту же единицу времени. Отбора нет, весь сконденсированный пар в виде флегмы возвращается в колонну, постепенно увеличивая мощность нагрева мы находим максимальную нагрузку, которую допускает насадка без захлёбывания. С учётом того, что колонна захлёбывается не сразу мы увеличиваем нагрев очень медленно.

Производительность насадки определяется по спирту, при этом, для чистоты эксперимента, в куб загружается чистый спирт. производительность определяется при бесконечном ФЧ.

Колонна не имеет крана отбора дистиллята, отбор дистиллята регулируется потоком охлаждающей воды — чем он меньше, тем больше нагревается вода в дефлегматоре и меньше интенсивность охлаждения пара. При некоторой начальной скорости охлаждающей воды она нагреется настолько, что не сможет сконденсировать весь поступающий пар и его несконденсированная часть пройдёт дефлегматор и поступит в отбор.

Конечно, такой способ отбора дистиллята, на первый взгляд, представляется неудобным и неточным. Но только на первый — необходимый для этого точный регулятор расхода охлаждающей воды делает процесс не более трудоёмким, чем простой кран отбора дистиллята. И при этом такой способ отбора дистиллята имеет два важных преимущества перед краном — подробно в маленьких хитростях.

Производительность и эффективность — это скучные числа. Для наглядности мы построим ещё и график разгонки: по ординате — температура пара в верхней части колонны, по абсциссе — объём отобранного дистиллята.

Для примера рассмотрим измерение эффективности и производительности средней насадки, имеющейся на рынке:

Метод измерения, часть вторая

Связаться с нами