Данная методика описана на форумах пользователем «Алкобрат». Ниже приведу полный текст поста: «Cразу предупреждаю, чтобы не ждали сиюминутного результата, но с каждой ректификацией спирт будет всё лучше и чище, может быть в течение года научитесь делать настоящую водку, без сахара, глюкозы, кислот и прочей дряни, которая хоть и делает водку мягкой и питкой, но утро делает дрянным.
Вся нижеследующая информация будет без лишних формул и прочего занудства. Выше прикреплён калькулятор для расчёта насадочной колонны, с его помощью можно посчитать не вдаваясь в подробности.
Итак: речь идёт о классической кубовой ректификационной установке, без царги пастеризации, нижнего отбора, ПБ или ШБ.
Расчёт домашней ректификационной колонны начинают с определения максимально возможной высоты колонны.
К примеру: имеем помещение с высотой потолков 2400 мм. отнимаем 300 мм на высоту дефлегматора, 400 мм — на высоту куба и 50 мм — на всякий случай. Итого получается: 2400-300-400-50=1650 — это и будет высота колонны.
1.2. Основные технологические схемы для проведения разрабатываемого процесса
Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно легколетучий или низкокипящий компонент, которым обогащаются пары, а из паров конденсируется преимущественно труднолетучий или высококипящий компонент, переходящий в жидкость.
Такой двухсторонний обмен компонентами, повторяемый многократно, позволяет получить, в конечном счете, пары, представляющие собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате образуют дистиллят (ректификат) и флегму – жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися парами.
Пары получают путем частичного испарения снизу колонны остатка, являющегося почти чистым высококипящим компонентом. Достаточно высокая степень разделения однородных жидких смесей на компоненты может быть достигнута путем ректификации. Сущность процессов, из которых складывается ректификация, и получаемые при этом результаты можно проследить с помощью t–х,у диаграммы (см. рис. 1.1).
Рис. 1.1. Диаграмма t–x,у.
Нагрев исходную смесь состава х1 до температуры кипения получим находящийся в равновесии с жидкостью пар (точка b).
Реконструкция ректификационной колонны К-301 с целью
... выше) в газовую фазу. Этот недостаток обусловливает ограниченное применение данного способа. При втором способе стабилизация конденсата проводится в ректификационных колоннах по одноколонной ... переработке является применение процессов фракционирования с дальнейшим повышением октановой характеристики выделенных бензиновых фракций введением высокооктановых добавок. Газовый конденсат - ценное сырье ...
Отбор и конденсация этого пара дают жидкость состава x2, обогащенную низкокипящим компонентом (х2 > х1).
Нагрев эту жидкость до температуры кипения t2 , получим пар (точка d), конденсация которого дает жидкость с еще большим содержанием низкокипящего компонента, имеющую состав ха , и т. д.
Аналогично, исходя из паровой фазы, соответствующей составу жидкости x4 , путем проведения ряда последовательных процессов конденсации и испарения можно получить жидкость (остаток), состоящую почти целиком из высококипящего компонента.
В простейшем виде процесс многократного испарения можно осуществить в многоступенчатой установке, в первой ступени которой испаряется исходная смесь.
На вторую ступень поступает на испарение жидкость, оставшаяся после отделения паров в первой ступени, в третьей ступени испаряется жидкость, поступившая из второй ступени (после отбора из последней паров) и т. д.
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 мал по отношению к ее количеству в исходной смеси. Кроме того, описанные установки отличаются громоздкостью и большими потерями тепла в окружающую среду.
Значительно более экономичное, полное и четкое разделение смесей на компоненты достигается в процессах ректификации, проводимых обычно в более компактных аппаратах – ректификационных колоннах.
Процесс ректификации осуществляется путем многократного контакта между неравновесными жидкой и паровой фазами, движущимися относительно друг друга.
При взаимодействии фаз между ними происходит массо- и теплообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящим компонентом, а жидкость – высококипящим компонентом. Многократное контактирование приводит к практически полному разделению исходной смеси.
Таким образом, отсутствие равновесия (и соответственно наличие разности температур фаз) при движении фаз с определенной относительной скоростью и многократном их контактировании являются необходимыми условиями проведения ректификации.
Рассмотрим смесь, состоящую из двух компонентов А и В. Характер поведения жидкой смеси зависит главным образом от природы составляющих ее веществ и давления.
рА = РА хА (1.1)
рВ = РВ (1–хА ) (1.2)
идеальные растворы, которые подчиняются закону Рауля;
- нормальные растворы – жидкие смеси, частично отклоняющиеся от закона Рауля, но не образующие смесей: с постоянной температурой кипения ( азеотропов);
- неидеальные растворы – жидкости со значительными отклонениями от закона Рауля, в том числе смеси с постоянной температурой кипения (азеотропы).
7 стр., 3068 слов
Специальные жидкости и ремонтные материалы
... (технического картона, резины и др.). Требования к охлаждающим жидкостям: высокие теплоёмкость и теплоотдача; невысокая вязкость; низкая температура замерзания и высокая температура кипения; отсутствие ... эти вещества и составляют технические жидкости, которые обладают необходимыми физико-химическими и эксплуатационными свойствами. К специальным жидкостям, обеспечивающим работу автомобиля, относят ...
С=К–Ф 2=2–2 2=2 (1.3)
Для технических расчетов наиболее важной является диаграмма t–х,у, так как обычно процессы перегонки в промышленных аппаратах протекают при Р=const, т. е. в изобарных условиях. На этой диаграмме (см. рис. 1.2) по оси абсцисс отложены концентрации жидкой х и паровой у фаз, отвечающие различным температурам.
По закону Дальтона рА = Рy*A , и тогда
y*A = pA /P=(PA /P)xA , (1.4)
Р=pA pB =PA xA PB (1–xB )=PB (PA –PB )xA (1.5)
xA =(P–PB )/(PA –PB ) (1.6)
- 1.2. Диаграмма t–х, у.
По уравнению (1.6) по известным РА и РB при заданной температуре t1 , t2 и т.д. находят хA , хB и т.д., а затем по уравнению (1.4) –соответствующие значения у*A1 , у*А2 и т.д. и по найденным точкам строят линии кипения жидкости (кривая tA A2 A1 tB) и конденсации паров (кривая tA B2 Bl tB).
Точки, лежащие на кривой tA A2 A1 tB,, отвечают жидкой фазе, находящейся при температуре кипения. Очевидно, что любая точка, лежащая ниже этой кривой, характеризует систему, состоящую только из жидкой фазы. Аналогично, любая точка, лежащая выше кривой tA B2 В1 tB , характеризует систему, температура которой выше температуры начала конденсации пара, т. е.
пары в этой точке являются перегретыми, и система состоит только из паровой фазы. Точки, находящиеся между кривыми кипения и конденсации (например, точка С на рис. 1.2), характеризуют системы, температуры которых выше температуры кипения жидкости данного состава и ниже температуры конденсации паров этого же состава. Таким образом, эти точки отвечают равновесным парожидкостным системам.
у*А =ахА /[1 хА (а–1)], где (1.7)
а =РА /РВ – относительная летучесть компонента А (иногда а называют коэффициентом разделения).
yA =(РA /Р)хA ; yB =(РB /Р)хB ; yC =(РC /Р)хC ; yD =(РD /Р)хD (1.8)
Поскольку
P=PA xA PB xB PC xC PD xD …= (1.9)
то для любого j-го компонента
yj =Pj Xj / (1.10)
yj =аj Xj /, где (1.11)
аA =РА /РВ ; ав =РВ /РА ; аC =РС /РА и т.д.
lnРА =А–В/(Т C), где (1.12)
А – постоянная, не зависящая от температуры;
- В и С – константы, определяемые по справочникам;
T – абсолютная температура.
Уравнение (1.12) описывает температурную зависимость давлений паров в интервале температур до нескольких десятков градусов и при давлениях, не слишком близких к критическим.
Предлагаем ознакомиться Расчет абсолютного спирта в спирте сырце формула
pA =PA xA (1.13)
Для смесей с положительным отклонением от закона Рауля>1; для смесей с отрицательным отклонением – <1.Определение значений часто затруднительно, поэтому диаграммы P–х обычно строят по экспериментальным (справочным) данным.
14 стр., 6554 словРасчет ректификационной колонны
... низком давлении. Атмосферное давление принимают при разделении смесей, имеющих температуру кипения от 30 до 150ъ С. Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и ... зависимости от скорости и количества поднимающихся по колонне паров: , (1.26) м м Тогда диаметр колонны равен: м Скорость пара в колонне: Выбираем тарелку типа ТСБ-II Диаметр отверстий ...
Рис. 1.3. Диаграмма P–x для смеси с положительным отклонением от закона Рауля (пунктиром показаны соответствующие линии для идеального раствора).
Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных давлениях: при атмосферном давлении, под вакуумом (для разделения смесей высококипящих веществ), а также под давлением больше атмосферного (для разделения смесей, являющихся газообразными при нормальных температурах).
Периодически действующие ректификационные установки применяют для разделения жидких смесей в тех случаях, когда использование непрерывнодействующих установок нецелесообразно.
Один из возможных вариантов установки показан на рис. 1.4.
5 Конструктивный расчёт тарельчатых ректификационных колонн
Колпачковая тарелка включает в себя следующие основные детали: паровые патрубки, колпачки, сливные патрубки или переточные пороги.
При определении количества паровых патрубков, колпачков и количества сливных патрубков вначале производят проверочный расчёт, а затем по нормалям НИИХИММАШа выбирают их окончательные размеры и число. Живое сечение φ
всех паровых патрубков на тарелках принимается равным 10-20% от живого сечения колонны. Диаметры паровых патрубков по нормалям НИИХИММАШа рекомендуется брать при изготовлении их из углеродистых сталей 57/3,5 и 70/4 и из нержавеющих сталей 57/3 и 70/3 мм.
Задавшись диаметром парового патрубка, определяют их количество на тарелке:
где Fn
- общее сечение паровых патрубков,
м
²;
ƒ n
- сечение одного патрубка,
м
².
Скорость пара в паровом патрубке должна быть в пределах 3-8 м/с
- Поэтому необходимо делать проверочный расчёт и определить фактическую скорость пара. Если она не лежит в допустимых пределах, необходимо задаться новым диаметром патрубка и сделать перерасчёт.
Диаметр колпачка вычисляют из условия равенства скорости пара в патрубке и в кальциевом сечении между паровым патрубком и колпачком:
где dn
- толщина стенки патрубка (1¸3
мм
Возвышение колпачка над паровым патрубком, мм
:
Возвышение нижнего края зубца колпачка под тарелкой Sк
= 5
мм
- Возвышение уровня жидкости над верхним обрезом прорезей колпачков
hср
= 15-40
мм
Размеры прорезей в колпачках лежат в пределах:
l
- высота – 10-50
мм
;
b
- ширина – 2-7
мм
Расстояние между прорезями – 3-4 мм
При размещении колпачков на вершинах правильных треугольников минимальный шаг колпачков рассчитывают по зависимости:
где l
2 – минимальный зазор между колпачками (12,5¸0,25
Общие сведения о перегонке и ректификации
... Перегонка с ректификацией - наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах - ректификационных колоннах - путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости. ... и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, то есть температуры ...
мм
dк
- толщина стенки колпачка (1¸3
мм
Диаметр сливного патрубка, мм
:
где wсл
- скорость жидкости в сливном патрубке,
м/с (
можно принять 0,1-0,2
м/с
1.3. Типовое оборудование для проектируемой установки
Для проведения процессов ректификации применяются аппараты разнообразных конструкций, основные типы которых не отличаются от соответствующих типов абсорберов.
Предлагаем ознакомиться Кедровка – настойка самогона (водки, спирта) на кедровых орешках
В ректификационных установках используют главным образом аппараты двух типов: насадочные и тарельчатые ректификационные колонны. Кроме того, для ректификации под вакуумом применяют пленочные и роторные колонны различных конструкций.
Насадочные, барботажные, а также некоторые пленочные колонны по конструкции внутренних устройств (тарелок, насадочных тел и т. д.) аналогичны абсорбционным колоннам. Однако в отличие от абсорберов ректификационные колонны снабжены теплообменными устройствами – кипятильником (кубом) и дефлегматором. Кроме того, для уменьшения потерь тепла в окружающую среду ректификационные аппараты покрывают тепловой изоляцией.
Кипятильник или куб, предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадку или нижнюю тарелку).
Кипятильники имеют поверхность нагрева в виде змеевика или представляют собой кожухотрубчатый теплообменник, встроенный в нижнюю часть колонны (см. рис. 1.8).
Рис. 1.8. Варианты установки дефлегматоров: а – на колонне; б – ниже верха колонны; 1 – дефлегматоры; 2 – колонны; 3 – насос.
В периодически действующих колоннах куб является не только испарителем, но и емкостью для исходной смеси. Поэтому объем куба должен быть в 1,3–1,6 раза больше его единовременной загрузки (на одну операцию).
Обогрев кипятильников наиболее часто производится водяным насыщенным паром.
Дефлегматор, предназначенный для конденсации паров и подачи орошения (флегмы) в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденсируются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода).
Однако вопрос о направлении конденсирующихся паров и охлаждающего агента внутрь или снаружи труб следует решать в каждом конкретном случае, учитывая желательность повышения коэффициента теплопередачи и удобство очистки поверхности теплообмена.
В случае частичной конденсации паров в дефлегматоре его располагают непосредственно над колонной, чтобы обеспечить большую компактность установки, либо вне колонны. При этом конденсат (флегму) из нижней части дефлегматора подают непосредственно через гидравлический затвор наверх колонны, так как в данном случае отпадает необходимость в делителе флегмы.
В случае полной конденсации паров в дефлегматоре его устанавливают выше колонны, непосредственно на колонне или ниже верха колонны для того, чтобы уменьшить общую высоту установки. В последнем случае флегму из дефлегматора 1 подают в колонну 2 насосом. Такое размещение дефлегматора часто применяют при установке ректификационных колонн вне зданий, что более экономично в условиях умеренного климата.
Барботажные колонны применимы для больших производительностей, широкого диапазона изменений нагрузок по пару и жидкости и могут обеспечить весьма четкое разделение смесей. Недостаток барботажных аппаратов – относительно высокое гидравлическое сопротивление – в условиях ректификации не имеет такого существенного значения.
При ректификации повышение гидравлического сопротивления приводит лишь к некоторому увеличению давления и соответственно к повышению температуры кипения жидкости в кипятильнике колонны. Однако тот же недостаток (значительное гидравлическое сопротивление) сохраняет свое значение для процессов ректификации под вакуумом.
В этих колоннах (см. рис. 1.9) используются насадки различных типов, но в промышленности наиболее распространены колонны с насадкой из колец Рашига. Меньшее гидравлическое сопротивление насадочных колонн по сравнению с барботажными особенно важно при ректификации под вакуумом. Даже при значительном вакууме в верхней части колонны вследствие большого гидравлического сопротивления ее разрежение в кипятильнике может оказаться недостаточным для требуемого снижения температуры кипения исходной смеси.
Для уменьшения гидравлического сопротивления вакуумных колонн в них применяют насадки с возможно большим свободным объемом.
В самой ректификационной колонне не требуется отводить тепло, как в абсорберах. Поэтому трудность отвода тепла из насадочных колонн является скорее достоинством, чем недостатком насадочных колонн в условиях процесса ректификации.
Однако и при ректификации следует считаться с тем, что равномерное распределение жидкости по насадке в колоннах большого диаметра затруднено. В связи с этим диаметр промышленных насадочных ректификационных колонн обычно не превышает 0,8–1 м.
1)хорошо смачиваться орошающей жидкостью, т.е. материал насадки по отношению к орошающей жидкости должен быть лиофильным;
2)оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, т.е. иметь, возможно, большее значение свободного объема или сечения насадки;
3)создавать возможность для высоких нагрузок аппарата по жидкости и газу;
4)иметь малую плотность;
5)равномерно распределять орошающую жидкость;
6)быть стойкой к агрессивным средам;
7)обладать высокой механической прочностью;
8)иметь невысокую стоимость.
Рис. 1.9. Насадочная ректификационная колонна с кипятильником: 1 – корпус; 2 – насадка; 3 – опорная решетка; 4 – перераспределитель флегмы; 5 – патрубок для слива кубового остатка; 6 – кипятильник; 7 – ороситель.
Очевидно, что насадок, которые бы полностью удовлетворяли всем указанным требованиям, не существует, так как соответствие одним требованиям нарушает соответствие другим (например, увеличение удельной поверхности а насадки влечет за собой повышение гидравлического сопротивления, а также снижение предельно допустимых скоростей газа и т.д.).
Поэтому в промышленности используют большое число разнообразных по форме и размерам насадок, изготовленных из различных материалов (металла, керамики, пластических масс и др.), которые удовлетворяют основным требованиям при проведении того или иного процесса ректификации.
Эти аппараты применяются для ректификации под вакуумом смесей, обладающих малой термической стойкостью при нагревании (например, различные мономеры и полимеры, а также другие продукты органического синтеза).
В ректификационных аппаратах пленочного типа достигается низкое гидравлическое сопротивление. Кроме того, задержка жидкости в единице объема работающего аппарата мала.
К числу пленочных ректификационных аппаратов относятся колонны с регулярной насадкой в виде пакетов вертикальных трубок диаметром 6–20 мм (многотрубчатые колонны), а также пакетов плоскопараллельной или сотовой насадки с каналами различной формы, изготовленной из перфорированных металлических листов или металлической сетки. Одна из распространенных конструкций роторно–пленочных колонн показана на рис. 1.10.
1 – колонна; 2 – рубашка для обогрева; 3 – ротор; 4 – роторный испаритель; 5 – конденсатор–дефлегматор; 6 – штуцер для ввода исходной смеси; 7 – штуцер для ввода флегмы; 8 – штуцер для ввода пара; 9 – штуцер для вывода остатка.
Недостатки роторных колонн: ограниченность их высоты и диаметра (из–за сложности изготовления и требований, предъявляемых к прочности и жесткости ротора), а также высокие эксплуатационные расходы.
В случае загрязненных сред целесообразно применять регулярные насадки, в том числе при работе под повышенным давлением. Для этих сред можно использовать также так называемые колонны с плавающей насадкой. В качестве насадки в таких колоннах обычно применяют легкие полые шары из пластмассы, которые при достаточно высоких скоростях газа переходят во взвешенное состояние. Вследствие их интенсивного взаимодействия такая насадка практически не загрязняется.
В колоннах с плавающей насадкой возможно создание более высоких скоростей, чем в колоннах с неподвижной насадкой. При этом увеличение скорости газа приводит к расширению слоя шаров, что способствует снижению скорости газа в слое насадки. Поэтому существенное увеличение скорости газового потока в таких аппаратах (до 3–5 м/с) не приводит к значительному возрастанию их гидравлического сопротивления.
Предлагаем ознакомиться Как сделать ректификационную колонну – расчет параметров системы
Для интенсификации массообмена и повышения эффективности разделения были предложены аппараты, работающие на принципе использования центробежной силы (колонны с вращающейся трубой, горизонтальные аппараты с вращающимся спиралевидным ротором).
Центробежный пленочный ректификационный аппарат состоит из неподвижного кожуха, в котором вращается с большой скоростью ротор, состоящий из спиральной металлической ленты, ограниченной изнутри и снаружи сетчатыми цилиндрами. Начальная смесь движется по стенкам спирали в виде тонкой пленки от центра к периферии.
Несмотря на сложность устройства, центробежные ректификационные аппараты могут быть успешно применены при разделении смесей, требующем очень большого числа тарелок.
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.
Преимущество и недостатки метода ректификации
Ректификация спирта обладает двумя достоинствами:
- Мизерное содержание примесей в конечном продукте. Метод позволяет с высокой точностью отделить друг от друга компоненты, отличающиеся температурой кипения всего на 0,1 градуса. Концентрация спирта на выходе составляет 96% — 98%.
- Низкие потери спирта. В отходы попадает всего 1% — 3%.
Недостатки:
- Сложность метода. Ректификация возможна только при правильном сочетании ряда условий, что требует от оператора глубокого знания процесса. Ректификационная колонна устроена просто, но все ее параметры нужно точно рассчитать.
- Относительно большая высота ректификационной колонны.
- Отсутствие привкуса сырья.
Аромат и вкус присутствующих в сырье фруктов в ходе ректификации полностью отсекается, что компенсируют следующими способами:
- готовят из полученного чистого спирта настойки;
- добавляют к спирту в допустимых количествах высококипящие фракции.
Часто ищут:
Печка мангал для беседки Как проверить крепость самогона без спиртометра Обустройство землянки Как построить хозблок дешево
| Высота царги (см) | Производительность при оптимальной мощности нагрева (мл/ч) | |
| 52 | 100 | 1900-1950 |
| 51 | 150 | 1750-1790 |
| 42 | 150 | 1120-1190 |
| 40 | 100 | 1100-1130 |
| 32 | 150 | 630-660 |
| 28 | 150 | 450-490 |
2.5.2 Определение объёмного расхода паров
Определение объёмного расхода паров производиться по формуле:
(11)
где P
- мольный расход, кмоль/с;
R
- оптимальное флегмовое число;
Mcp
- средняя мольная масса пара, кг/кмоль;
ρ
п.ср
- плотность пара для среднего сечения, кг/м2 .
Средняя мольная масса пара определяетсяпоформуле :
(12)
где M
нк, Мвк
- мольные массы компонентов, кг/кмоль;;
y
ср –
средний мольный состав пара, кмоль/кмоль.
Средняя плотность пара определяетсяпоформуле :
(13)
где Т˚
=273К;
Р
=760 мм.рт.ст.
Тср
- средняя температура кипения смеси в среднем сечении верхней части колонны в ˚ С (определяется по t-x-y диаграмме по значению yср )
Определение объёмного расхода паров в колонне производиться для верха и для низа колонны отдельно.
Что такое ректификация спирта
Ректификация спирта — разделение спиртосодержащей смеси на составляющие с различной температурой кипения, осуществляемое за счет тепломассообмена. Последний происходит как результат стремления системы уравновесить температуру, давление и концентрацию каждой составляющей (спирты, вода, сивушные масла и пр.) в жидкой и газообразной фазах.
В ходе тепломассобмена пар насыщается веществами с низкой температурой кипения (летучие или низкокипящие), жидкость — высококипящими. Пар поднимается вверх, что позволяет по достижении системой равновесия произвести отбор самого летучего компонента.
