Насадки для колонн. Новые практические разработки. Выжимаем максимум с СПН
Насадки, применяемые в РК в основном делятся на два типа:
• Регулярная (правильно уложенная) насадка
• Беспорядочная (засыпаемая внавал) насадка
К регулярным насадкам относятся Зульцер, Хордовая, кольцевая (при правильной укладке), тарелки, блочная насадки и ряд других. Чаще они применяются на больших (пром.) и бражных колоннах.
Беспорядочная насадка (насыпная) наиболее часто применяются и имеет хорошие показатели в колоннах с малыми размерами. Т.е. домашний вариант.
На сегодня наиболее перспективными и качественными насадками есть насадки СПН. Проволока, используемая для ее изготовления, должна быть пищевой и не вступать в хим.реакцию с агрессивными продуктами дистилляции/ректификации. Нержавейки пищевых марок и нихром, вполне удовлетворяют этим характеристикам. Но известны случаи использования медных насадок, что, на мой взгляд, более рационально не на ректификационных колоннах (РК), а на бражных (БК) и аппаратах простой перегонки. Лично я использую финскую 100%% пищевую нержавейку. Дабы не повторять информацию по ТТХ СПН и выходных параметрах продукта, полученного с ее помощью, перейду к вариантам СПН.
Принято считать, что оптимальные расчетные параметры этого наполнителя должны иметь размер примерно кратный 1/10 вн.диам. колонны. Т.е. если д.вн.=40 мм, насадка должна иметь размер 4мм, или возле него. Да, если высота колонны и ФЧ будут соотв-ть определенным условиям, получить спирт на такой насадке не составит труда, но. НО! – далее предоставляю информацию, которая собрана на практике, рассчитана на компьютере, и часто противоречит придерживающейся официальной теории, да и практике тоже.
Итак, предоставляю несколько видов насадки, которые с успехом мною производились и производятся, имеют соответствующие характеристики (уточню – это не единичная информация, а результат теории и БОЛЬШЕ – практического использования).
1. СПН «тройка» . Эта насадка зарекомендовала себя как одна из первых, которая круто перешагнула рубеж «колец Рашига», Зульцера, мочалок и подобных, с выдачей на гора продукта в разы качественнее с более четким отделением голов, и т.д, т.е. разделением на фракции. Первые варианты такой насадки даже не протравленные, готовы были круто соперничать с предыдущими насадками. Изменение поверхности проволоки, используемой в насадке, а именно придание ей шероховатости методом травления для большей удерживающей способности (большей смачиваемости), усилили свойства «тройки» намного и в лучшую сторону. На сегодня вопрос о не травленной насадке ушел в прошлое. Одно НО – цена насадки выросла, и выросла в основном за счет стоимости качественного металла, используемого для ее производства + использовании реагентов и способов для качественного ее травления.. Такая насадка имела (имеет) наполнение 1350-1550-1650 грамм в литре объема, в зависимости от межвиткового сдвига, плотности витков и формы стенок самой призмы. и др. тех моментов.
2. СПН «четверка» . С увеличением разделительных возможностей насадок, автоматически увеличился диам. используемых труб для РК. С 25-ки, а то еще меньше, совершен прыжок на 40 и 50 трубы. Тут, согласно теории 1/10, автоматически начали использовать насадку в 4 мм. Дабы рационально использовать увеличенные параметры колонны, с «четверки» хотели взять и качество и скорость. Насадка в 4 мм работает. В литре такой насадки находится от 1250 до 1500 грамм проволоки.
Вот краткая информация, с чего я начинал, на чем экспериментировал и дальше – к чему пришел. Тут готов не только отбиваться от камней, но и от брыл.
Итак.
СПН «3». Модификаций этой насадки множество. Программа, которая мне помогает вычислить исходные параметры насадки (длина грани, загиб грани призмы, длина сегмента, натяжение, межвитковый зазор и межвитковый сдвиг. ), намного облегчила участь в получении оптимального наполнителя для колонн с разными ее параметрами.
Я и раньше замечал очень существенный разброс в параметрах насадки, связанный в первую очередь длиной сегмента. Дабы воочию убедиться, насыпал в стеклянные цилиндры и утрамбовывал соот-но.
— Насадка с длинными сегментами (1,5-2 длины от размера по диам.) ложилась больше равномерно горизонтально и давали большое НАОЧНОЕ! сопротивление, особенно если она сильно «пушистая» (с большим межвитковым сдвигом). Но на практике такая насадка больше годится не как для разделения, как основы, а как для укрепления и скорости отбора. Оптимум ракой разветвленной насадки был найден – длина сегмента находилась в пределах диам. самой СПНки, или даже меньше.
— Насадка с сегментом = диам. насадки, «пушистая» . Она зарекомендовала себя как хорошая СПН как по скорости так и по разделению. Один ее минус – большое размазывание голов и стабилизация колонны после смены режимов работы.
Насадка со средним и малым углом сдвига витков (далее – УСВ) . Такая насадка у меня в первую очередь заняла основное место в производстве и опытах над ней. И я не ошибся. Разделение СПН с малым и средним УСВ оказалось выше, чем у СПН с большим УСВ. Дабы не утруждать цифрами о кол-ве тарелок, режимах работы, и т.д., добавлю – насадка с малым УСВ намного! качественнее и четче отделяет головы.. Минусы ТАКОЙ насадки – скорость отбора тела уменьшается до 7-8%% , более ранний захлеб, и, желательный более длительный режим работы «на себя» после отбора голов и продувки колонны. Это связано с большим удержанием такой насадки, ее сопротивления, и мест глухого переиспарения.
СПН «4» . На сегодня я очень осторожно отношусь к такому размеру насадки. Осторожно потому, что на 40-50 мм вн. диам. колонн, для более качественного продукта можно использовать иные размеры и виды СПН.
Т.к. на таких диам. колонн скорость пара конечно выше, кол-во стекающей флегмы тоже, то, соотв-но и пристеночный (пагубный в данном случае) эффект усиливается. Крупная насадка, а еще и с развитой поверхностью, уложенная в таких трубах, имеет большие зазоры и мало снимает пристеночной флегмы, тем самым сводя на нет саму суть высокой производительности за счет диаметра. Почти однозначный диагноз для 40-50 диаметров для РК – это СПН с малым или средним сдвигом витков. Для БК – средний и большой УСВ.
Модификации СПН.
Не останавливаясь на банальном копировании СПН, я все же больше создаю, экспериментирую и видать добиваюсь. Для этих целей использую смеси спирта от высокого (15-20%%) его содержания, до малого(5-2%%). Далее подробнее.
Бытующее мнение об использовании проволоки для «3» — 0,3 и, скажем для «4» — 0,4 как панацеи, считаю неким консервативным заблуждением, или может безысходностью. Тут я вижу варианты, часто с бесконечными тоже вариантами. А посему в подтверждение – СПН «тройка» на проволоке 0,4 имеет право на жизнь. Да, удорожание насадки, вес ее, это никуда не денешь, но равноразмерная «3» и «4» на 0,3 и 0,4 проволоке работают по разному. Уточню – разделение на 0,4 выше.
На сегодня мной разработаны два основных вида насадки, в которых я вижу будущее, как на сравне разницы – кольца Рашига и банальная СПН.
Насадка – РАН (регулярный асимметричный наполнитель). Внешне такая насадка определяется как набор в сотни разноразмерных форм. Тут не только длина сегмента, но и УСВ, межвитковый, и т.д. Это внешне. Не буду углубляться в сложности процесса ее изготовления, продолжу. Физика же единицы объема РАН такова, что в любой меньшей единицы объема за общий объем насадочной части колонны, физич. свойства РАН одинаковы.
Компьютерная программа, куда заложен диам колонны, ее высота и т.д, сама задает и натяжение, и длину сегмента, и угол сдвига, и др. составляющие, что как бы эту насадку не уложил, в сумме она единообразна и не имеет «мостиков хода». Уплотнение такой насадки (РАН) качественно лучше и большее. На сегодня проверены характеристики уплотнения 2,070 кг/л, и в процессе 2,350 кг/л.
Насадка РАН проверена на колоннах от 30 до 50 мм, и наиболее качественно зарекомендовала на 38-42 мм колоннах.
Плюсы РАН – существенно уменьшился пристеночный эффект, разделение кардинально улучшилось, возможно использовать на колоннах с малой высотой с аналогичными характеристиками рядовой СПН меньших диам. и высотой около 1,5-1,7м. Минусы – производительность (за счет разделения) по скорости меньше на до 10%%, укладывание РАН требует определенной техники( колонна ставится под 30-45 град, медленно засыпая насадку ПОД УГЛОМ, и через каждые 15-20 см слоя РЕЗКО но не сильно постукивать по трубе снизу, не смещая наклона колонны. Только после заполнения царг/колонны, фиксируем насадку путанкой/заглушкой, и тогда насадка РАН будет работать на полную производительность).
Изготовление РАН занимает намного больше времени по сравнению с СПН, увеличивает в разы выход отрезков проволоки (технологически это для НЕЕ нормально), и, соотв-но, увеличивает ее стоимость.
На сегодня более перспективной насадки я не видел.
ДСПН и ТСПН (двойная СПН и тройная СПН). Внешне эта насадка похожа на СПН, но существенно тяжелее. ЕЕ изготовление занимает много времени, но это того стоит.
Суть ДСПН и ТСПН в том, что каждый сегмент вмещает в себе еще одну СПНку внутри и (или) две соответственно. Плотность в литре=1,800-2,250кг и больше. Насадка не рассыпается и плотно удерживается одна в одной. Не шуршит и не создает шума.
Согласно опытам, такая насадка отлично зарекомендовала себя на более малых диам., до 32 мм. На метровой трубе получен спирт с отличной органолептикой на скорости отбора около 450мл/час, и это далеко не предел. Головы отходят настолько резко, что можно сравнить: «шли-шли, и пропали». Это на ДСПН. ТСПН показала малоощутимые пюсы, хотя спирт на выходе был явно чище (куда уж далее. 
). Минусы – потери в скорости отбора на 3-5%% (по отнош. к ДСПН.).
На больших диаметрах (40-50) ДСПН и ТСПН не дотягивает по скорости/качеству к РАН, но разделение по сравнению с одинарной (банальной) СПН намного лучше. Приблизительные потери по скорости/качеству (по ставн. с СПН) равны около 20%%.
Моменты ее изготовления – для правильного задания формы ДСПН и ТСПН необходимо соотв. программное обеспечение, матрица. Тут важен не только размер, но и межвитковый зазор внешних спиралей, и внутренних. Зазоры каждого слоя намного увеличены, второго стоя ( и третьего тоже) тоже. Тем самым, получающийся эффект таков, что пар/флегма, просачивающиеся сквозь витки, наталкиваются на встречные, тем самым определяя свойства насадки.
До конца ДСПН и ТСПН не изучены. Испытания показывают перспективу, возможно сравнимую с РАН, а пока большое значение в характеристиках двух и трехслойных СПН имеет толщина использования проволоки в каждом ряду. И как факт – разброс в диам. 1 и 2 ряда проволоки на 5 сотых миллиметра играет очень позитивно. Но это пока еще в разработке.
Ниже на фото :
1. «пушистая «СПН 3,3 мм не травл.
2. СПН-4 с малым УСВ не травл.
3. СПН -3,3 средний УСВ травл.
4. РАН травл (не полный ассортимент!)
5. ДСПН/ТСПН не травл
6. путанка-удержатель/заглушка
Spn_33_pyshistaya_s_bolshim_ysv_ne_travlennaya. Насадки для колонн. Новые практические разработки. Выжимаем максимум с СПН. Оборудование для перегонки и ректификации. 
Spn-4_s_malim_ysv_ne_travlennaya. Насадки для колонн. Новые практические разработки. Выжимаем максимум с СПН. Оборудование для перегонки и ректификации. 
Spn-33_srednii_ysv_travl. Насадки для колонн. Новые практические разработки. Выжимаем максимум с СПН. Оборудование для перегонки и ректификации. 
Ran_travl. Насадки для колонн. Новые практические разработки. Выжимаем максимум с СПН. Оборудование для перегонки и ректификации. 
Dspn-tspn_ne_travl. Насадки для колонн. Новые практические разработки. Выжимаем максимум с СПН. Оборудование для перегонки и ректификации. 
Spiralnaya_pytanka-zaglyshka. Насадки для колонн. Новые практические разработки. Выжимаем максимум с СПН. Оборудование для перегонки и ректификации.
Источник
Выбор насадки для ректификационных и бражных колонн
С проблемой выбора оптимальной насадки рано или поздно сталкиваются все владельцы аппаратов колонного типа. Обычно решение принимают, исходя из рекомендаций производителя колонны или советов на форумах. Проблема в том, что зачастую информация на популярных Интернет-ресурсах не является объективной, поскольку изготовители и продавцы насадок в явной и неявной форме выступают спонсорами постов, в которых нахваливают их детище. В этой статье мы попробуем на основе расчетов объективно оценить свойства самых популярных насадок: спирально-призматической (СПН), регулярной проволочной (сетки Панченкова, РПН) и бытовых металлических мочалок.
При выборе насадки главными критериями являются пропускная и разделительная способность. Немаловажны, конечно, вес и цена. Привяжем все эти показатели друг к другу для понимания, что получаем за свои деньги.
СПН 
РПН 
Мочалки
Сразу оговоримся, что разделительная и пропускная способности колонны зависят не только от свойств насадки, но и от других факторов: флегмового числа, мощности нагрева, вертикальности расположения колонны, качества засыпки насадки, теплопотерь и т. д. Поэтому при оценке насадки будем разбирать только её возможности и ограничения, без привязки к конкретному типу или конструкции колонны.
Разделительная способность насадки определяется площадью контактной поверхности между паром и флегмой. Другими словами, площадью поверхности смоченной насадки. Пропускная способность – свободный от насадки и флегмы объем.
Обе эти величины можно определить путем нехитрых расчетов. Сделаем их на примере популярной насадки СПН 3,5. В качестве исходных данных понадобятся следующие характеристики насадки:
- вес одного литра (Р) – 1050 грамм;
- диаметр проволоки (D) – 0,25 мм;
- если насадку травили, нужно учесть глубину травления (Ht) – 0,01 мм и плотность материала (Ro) – 7,9 г/см³;
- примем из экспериментальных данных величину удержания флегмы одним литром насадки (Vf) – 150 см³.
1. В одном литре объема колонны насадка займет (см³):
V = 1050 / 7,9 = 133 см³.
2. Диаметр травленной проволоки равен (мм):
Dt = 0,25 — 0,01 = 0,24 мм.
3. Площадь контакта пара с 1 литром смоченной насадки (см²):
S = 20 * ((2V + Vf) / Dt);
S = 20 * (2 * 133 + 150) / 0,24 = 34667 см².
4. Пропускная способность 1 литра смоченной насадки (%):
Рсп = (1000 — V — Vf) / 10;
Рсп = (1000 – 133 — 150) / 10 = 71,7%.
Привязать к полученным характеристикам стоимость насадки совсем уж просто. Разделим цену насадки на площадь контакта и пропускную способность, в результате получим, сколько заплатили.
Травленая насадка СПН 3,5 из проволоки 0,25 мм стоит у производителя порядка 33$ за 1 литр. Значит, каждый квадратный сантиметр площади контакта пара с флегмой обходится в 0,1 цента, а каждый процент пропускной способности – в 46 центов. Но эти цифры мало что говорят сами по себе. Давайте сравним насадку, сделанную из разных толщин проволоки, которая имеет различный вес одного литра.
| СПН легкая | СПН средняя | СПН тяжелая | РПН | |
| Вес насадки (г/литр) | 800 | 1050 | 1800 | 450 |
| Диаметр проволоки (мм) | 0.2 | 0.25 | 0.4 | 0.24 |
| Площадь контакта (м²/литр) | 3.5 | 3.3 | 3 | 2.1 |
| Пропускная способность (%) | 75 | 72 | 62 | 79 |
| Цена за литр ($) | 28 | 33 | 60 | 22 |
| Стоимость 1 кв. см площади контакта (центы) | 0.08 | 0.1 | 0.2 | 0.1 |
С увеличением веса одного литра насадки стоимость разделяющей способности растет, получается один и тот же результат за всё большие деньги. Кроме того, падает пропускная способность, значит, раньше наступит захлеб и в целом работать придется при меньшей производительности.
Сначала кажется, что самая выгодная насадка РПН, стоимость её разделяющей способности такая же, как и СПН среднего веса, проблема в том, что разделяющая способность в полтора раза хуже.
Среди популярных насадок таких как мочалки РПН и СПН безусловным лидером по разделяющей способности является СПН.
Это подтверждают практические выводы винокуров. Например, эксперимент по перегонке разбавленного до 40% спирта на полуметровой царге. После небольшого отбора «голов» последовательно и при одинаковых условиях было отобрано по 100 мл спирта с царгой, заполненной СПН, РПН и мочалками. В результате при применении СПН крепость отбора составила 96,4%, РПН – 94,4%, мочалок – 93,2%. Это наглядно иллюстрирует возможности этих насадок.
Если серьезный отрыв СПН в общем-то предсказуем, то большое отставание мочалок от РПН с первого взгляда не воспринимается и противоречит общепринятым догмам. Но эксперимент не сложен и все желающие могут легко его повторить.
Если же говорить о стоимости заполнения насадкой колонны, то и здесь есть чему удивиться. Для того чтобы заполнить 1,5 дюймовую колонну высотой 1 метр, понадобится или пару пыжей из мочалок и 1 литр насадки СПН стоимостью 1750 рублей, или 10 пыжей РПН длиной по 40 см, общей стоимостью 1250 рублей. Для двухдюймовой колонны высотой 60 см, имеющий тот же объем, понадобится 6 пыжей РПН на сумму 1350 рублей. Настолько ли велика экономия, как принято считать? Это больше самообман.
Анализируя возможности насадки, не стоит забывать, что несмотря на то что насадка из тонкой проволоки показывает лучшие расчетные результаты, она может сминаться. Это приведет к локальным уплотнениям, которые станут очагами захлеба или подвисания флегмы.
Оптимальным диаметром проволоки для СПН 2 – 0,2 мм, для СПН 3 – 0,22-0,25 мм, для СПН 3,5 – 0,25-0,28 мм.
Например, сравним насадку плотностью 1600 г/литр и толщиной проволоки 0,25 мм с насадкой плотностью 1200 г/литр и толщиной проволоки 0,35 мм. На первый взгляд разница не очевидна, но воспользовавшись графиками, видим, что первая насадка имеет площадь контактной поверхности около 4,5 м 2 /литр при пропускной способности порядка 600 см 2 /литр. Вторая же удерживает показатели на уровне 2,3 м 2 /литр и 750 см 2 / литр соответственно. Очевидно, что разделяющая способность первой насадки несравнимо больше, выбор между ними становится понятным.
В заключение не лишним будет напомнить, что нельзя верить устоявшимся догмам о дешевизне и эффективности тех или иных насадок. Нужно всё пересчитывать самим, а не становиться жертвой проплаченной рекламы. Инструмент для этого мы предоставили.
Источник
