флегмовое число это отношение
Главные режимные параметры ректификационной колонны
Технологическая мощность
Для испарения спирта-сырца в наших установках используются ТЭНы. Увеличивая или уменьшая их электрическую мощность, мы, соответственно, увеличиваем или уменьшаем расход пара через колонну (меняем паровую нагрузку на насадку). Очевидно, существует некоторая максимальная предельная мощность, при превышении которой колонна «захлёбывается». У большинства насадок есть оптимальная паровая нагрузка (несколько меньше предельной), при которой насадка обладает максимальной эффективностью. Именно этой паровой нагрузке соответствует мощность, называемая технологической, при которой вся колонна обладает максимальной разделительной способностью.
Из-за переменности содержания спирта массовый расход пара M по высоте колонны переменен. Но в верхней части колонны, где находится наше «целевое» вещество, массовый расход пара практически постоянен и зависит (при отсутствии тепловых потерь) только от технологической мощности W [кВт]:
Флегмовое число (или производительность колонны).
Если отбора спирта нет ( Е = 0), то весь дистиллят в виде флегмы возвращается обратно в колонну ( R = М ). Флегмовое число колонны в этом случае равно бесконечности ( ƒ = ∞ ), а о колонне говорят, что она работает «сама на себя».
или производительность колонны
Флегмовое число не может быть выбрано любым по вашему желанию, оно зависит от высоты ректификационной части колонны.
Затраты энергии на один литр спирта и удельная производительность
Из двух зависимостей массового расхода [1] и [2] можно вывести формулу для расчета потребной технологической мощности W для ректификации спирта с заданной производительностью:
Удельные затраты электроэнергии на каждый литр спирта Q будут зависеть только от величины флегмового числа:
или, с учётом технологического запаса (
Величина тепловых потерь в кубе и колонне уменьшается при их теплоизолировании. Потери уменьшаются и с ростом производительности из-за уменьшения доли охлаждаемой поверхности по отношению к площади внутреннего сечения колонны.
Величина, обратная удельным затратам 1/Q [(л/ч)/кВт], будет удельной производительностью, означающей, сколько литров спирта в час «даст» 1 кВт мощности.
Обе эти величины с учетом тепловых потерь приведены в таблице:
Например, технологическая мощность для нашей колонны РУМ-2 составляет 2кВт (отсюда и название колонны), проектное (и подтверждённое многолетней практикой) флегмовое число ƒ = 3.
Тогда производительность колонны с учётом тепловых потерь должна быть не менее W·(1/Q) = 2 кВт·1,00(л/ч)/кВт = 2 л/ч, что и заявлено нами в её технических характеристиках.
ВЫВОД
Приобретя любую ректификационную колонну или сделав её самостоятельно, Вы вместе с ней преобретёте и главные режимные параметры, «зашитые» в её конструкцию. Вы уже не вольны менять их в широких пределах, потому что:
Главные режимные параметры ректификационной колонны
Технологическая мощность
Для испарения спирта-сырца в наших установках используются ТЭНы. Увеличивая или уменьшая их электрическую мощность, мы, соответственно, увеличиваем или уменьшаем расход пара через колонну (меняем паровую нагрузку на насадку). Очевидно, существует некоторая максимальная предельная мощность, при превышении которой колонна «захлёбывается». У большинства насадок есть оптимальная паровая нагрузка (несколько меньше предельной), при которой насадка обладает максимальной эффективностью. Именно этой паровой нагрузке соответствует мощность, называемая технологической, при которой вся колонна обладает максимальной разделительной способностью.
Из-за переменности содержания спирта массовый расход пара M по высоте колонны переменен. Но в верхней части колонны, где находится наше «целевое» вещество, массовый расход пара практически постоянен и зависит (при отсутствии тепловых потерь) только от технологической мощности W [кВт]:
Флегмовое число (или производительность колонны).
Если отбора спирта нет ( Е = 0), то весь дистиллят в виде флегмы возвращается обратно в колонну ( R = М ). Флегмовое число колонны в этом случае равно бесконечности ( ƒ = ∞ ), а о колонне говорят, что она работает «сама на себя».
или производительность колонны
Флегмовое число не может быть выбрано любым по вашему желанию, оно зависит от высоты ректификационной части колонны.
Затраты энергии на один литр спирта и удельная производительность
Из двух зависимостей массового расхода [1] и [2] можно вывести формулу для расчета потребной технологической мощности W для ректификации спирта с заданной производительностью:
Удельные затраты электроэнергии на каждый литр спирта Q будут зависеть только от величины флегмового числа:
или, с учётом технологического запаса (
Величина тепловых потерь в кубе и колонне уменьшается при их теплоизолировании. Потери уменьшаются и с ростом производительности из-за уменьшения доли охлаждаемой поверхности по отношению к площади внутреннего сечения колонны.
Величина, обратная удельным затратам 1/Q [(л/ч)/кВт], будет удельной производительностью, означающей, сколько литров спирта в час «даст» 1 кВт мощности.
Обе эти величины с учетом тепловых потерь приведены в таблице:
Например, технологическая мощность для нашей колонны РУМ-2 составляет 2кВт (отсюда и название колонны), проектное (и подтверждённое многолетней практикой) флегмовое число ƒ = 3.
Тогда производительность колонны с учётом тепловых потерь должна быть не менее W·(1/Q) = 2 кВт·1,00(л/ч)/кВт = 2 л/ч, что и заявлено нами в её технических характеристиках.
ВЫВОД
Приобретя любую ректификационную колонну или сделав её самостоятельно, Вы вместе с ней преобретёте и главные режимные параметры, «зашитые» в её конструкцию. Вы уже не вольны менять их в широких пределах, потому что:
Что такое флегмовое число
Термин флегмовое число изначально употреблялся лишь в химической промышленности. Чуть позже, ректификационные колонны начали применяться в бытовом самогоноварении и как следствие все его принципы стали актуальными уже здесь. Сегодня мы разберемся, что такое флегмовое число и как оно используется при изготовлении домашнего алкоголя.
В первую очередь следует сказать, что флегмовое число эта характеристики исключительно ректификационных колонн. Она касается дистилляции лишь косвенно и посему для владельцев бытовых дистилляторов будет не особо важна. В то же время, если у вас самогонный аппарат типа ректификационной колонны, то понимание флегмового числа очень важно. Если сформулировать краткое определение, то флегмовое число представляет собой коэффициент орошения который отражает эффективность процесса разделения фракций циркулирующих внутри колонны.
В ходе нагрева брага начинает постепенно испаряться. Соответственно спиртовые пары начинают уходить в верхнюю часть колонны. Там они достигают дефлегматора внутри, которого охлаждаются до состояния конденсата. Конденсат начинает стекать по стенкам образуя некую пленку. Собственно именно за это многие самогонные аппараты, имеющие в своем составе ректификационную колонну зовут пленочными. Если абстрагироваться от типа браги и конструкции колонны то, по сути, мы увидим 2 массы которые взаимодействуют друг с другом внутри контура. Главная цель ректификации заключается том, чтобы максимально эффективно разделить фракции получив на выходе высококачественные спирты. Для решения этого вопроса используется сразу несколько подходов:
Наибольшей универсальностью обладает схема жидкостного отбора. Она является простой и наглядной при этом, позволяя при желании автоматизировать процесс и уменьшить роль человека в нем.
Жидкостный отбор возможен при наличии в схеме специального узла отбора. Он устанавливается между царгой и дефлегматором. Суть работы данного устройства заключается в сборе части жидкой фракции в специальный желоб, откуда флегма может выводиться наружу.
Наиболее наглядно картину жидкостного отбора отображает схема приведенная ниже:
Как говорилось выше пар M поднимается в верхние части колонны. Потом в виде дистиллята он начинает опускаться. На свое пути он минует узел отбора, через который часть жидкой фракции выводится наружу E. Остальная флегма опускается прямиком в куб при этом орошая контактные элементы колонны. Теперь, когда мы обозначили все элементы процесса вполне просто выразить их в виде формулы: M = E+R. Самый главный вопрос заключается в том, сколько флегмы мы можем отобрать не нарушив при этом процессы происходящие внутри колонны. Здесь опять же уместно привести формулу: V=R/E.
Собственно именно эта формула и определяет наше флегмовое число. Его можно сформулировать как отношение количества флегмы, которая возвращается в колонну к количеству флегмы попавшей в отбор.
Для большей наглядности взглянем на узел отбора. На нем имеется кран. Собственно благодаря этому крану осуществляется регулировка объема отбора. Важно понимать, что регулируя данный кран мы изменяем эффективность работы колонны, т.е. ее флегмовое число. Если, например, полностью открыть кран то вся флегма будет выходить наружу. В таком режиме колонна будет выдавать самый обыкновенный дистиллят. Именно для него на узле отбора установлен доохладитель. При открытом кране укрепление внутри колонны отсутствует, поскольку флегма выводится из системы слишком рано. В результате флегмовое число равно нулю. Напротив если полностью перекрыть узел отбора, то все фракции будут возвращаться в колонну. В данном случае флегмовое число будет максимально большим. В подобном режиме колонна работает как бы на себя.
Следует сказать, что флегмовое число это вполне конкретная характеристика, которая привязана к объему жидкости циркулирующей внутри системы. В идеале флегмовое число должно составлять одну четверть от всех фракций. Иными словами если в баке имеется 4 литра фракций из них в отбор можно отправить 1 литр.
Флегма в ректификации, основные понятия и термины
Флегма и флегмово число часто вызывают ступор у простого самогонщика, поэтому об этих понятиях стоит поговорить подробнее.
Что такое флегма в самогоноварении
Закипающая водно-спиртовая смесь создает пары, которые поднимаются вверх, проходят через сухопарник, поступают в холодильник (дефлегматор). Там пары охлаждаются, конденсируются, превращаясь в дистиллят, а затем уже стекают в приемную посуду. Этот пар, конденсирующийся и превращающийся в дефлегматоре в жидкость, и называют флегмой.
Флегма в ректификации
Это тоже самое, что и в самогоноварении (дистилляции).
Флегма — это конденсат в ректификационной колонне. Только ректификация, в отличие от самогоноварения, предполагает более чистое разделение компонентов водно-спиртовой смеси в результате ее многократного испарения, конденсации и возврата флегмы в куб.
Возврат флегмы
Поток флегмы, поступающей из дефлегматора колонны делится. Часть уходит в узел отбора, а часть — стекает вниз, орошая насадки (тарелки) и разделяясь снова на фракции. В результате многократного разделения получается чистый спирт-ректификат.
Флегма нужна, чтобы…
Смачивать насадки (тарелки), отделять сивушные масла, получать спирт.
Флегма колонны
Мы уже выяснили, что флегма орошает насадки и по ним стекает вниз. Часть ее выводится из куба колонны, как кубовый остаток.
Число флегмы
Флегмово число (R) — это отношение количества флегмы к количеству дистиллята. Величина R и количество потребленного в процессе получения флегмы тепла и холода прямо связаны.
Если Е — отобранный дистиллят, R — флегма, вернувшаяся в куб, то весь полученный дистиллят — М= R + Е, а V= R : Е — как раз флегмово число.
Если спирт не отбирают, то Е=0, а R=М и он возвращается вниз. В этом случае V бесконечно.
Если полностью открыть отбор Е=М, без возврата флегмы, то R будет нулевым. Тогда флегмовое число равно нулю, а колонна будет работать, как обычный самогонный аппарат, с сухими насадками и сивушными маслами в продукте.
Чистый спирт (тело) можно получить, если флегмовое число больше или равно трем. То есть, ¾ дистиллята возвращается, а ¼ отбирают. Следует помнить, что чем меньше отбор, тем качественнее спирт.
R для отбора голов может равняться 20, хвостов — 10-20.
Отбор флегмы
Расход флегмы
Количество флегмы, общее, отобранное или вернувшееся в куб.
Узел отбора флегмы
Узел отбора с термометром позволяет проще контролировать температуру отбора той или иной фракции и поддерживать ее, добавляя нагрев или охлаждение. Фракции смешиваются, если температура бесконтрольно меняется из-за снижения/увеличения:
Распределитель флегмы
Это как раз узел отбора.
Распределение флегмы
В колоннах с насыпными контактными элементами флегма распределяется у стенок, не орошая центр. Для равномерного распределения применяют
Концентратор флегмы
Это устройство, которое устанавливают внутри колонны, вверх насадочного слоя, чтобы флегма равномерно распределялась по ее сечению. Большинство концентраторов напоминает чайное ситечко.
Возврат флегмы с прямотока
Не бывает возврата, если вся флегма идет в отбор (он полностью открыт) или перегонка выполняется на прямоточном дистилляторе.
Температура флегмы
Влияет на количество и качество получаемых фракций и должна измеряться в узле отбора. Температура флегмы там равна температуре отбора той или иной фракции.
Переохлаждение флегмы
Когда на дефлегматор подается избыточное охлаждение, флегма конденсирует пары, которые не успели достигнуть дефлегматора. Между узлом отбора и насадкой появляется жидкая пробка, колонна захлебывается, флегма выливается через трубку связи с атмосферой. Нужно следить, чтобы вода из теплообменника выходила температурой не ниже 50-60 о С.
Коэффициент флегмы
Чаще его называют коэффициентом избытка флегмы. Он не превышает 1,05-1,5 и участвует в расчетах рабочего флегмового числа.
где K = R раб : R мин, К — коэффициент избытка флегмы.
Если данных о K нет, можно принять, что R = 1,3 * R мин + 0,3.
Избыток флегмы
Возникает, когда колонна испаряет слишком интенсивно, флегма не успевает стекать вниз и скапливается в верхней части. Если колонна стучит, трясется, нужно немедленно убавить или выключить подогрев.
Флегма — это слизь?
Флегма — это жидкость?
Если вы еще не нашли агрегат себе по душе и по карману, посмотрите реальные отзывы о самогонных аппаратах. Выберите свою модель и делайте алкоголь легко и с удовольствием.
Читайте также
Прогресс никогда не стоит на месте. И даже в деле получения крепких спиртных напитков в домашних условиях технологии совершенствуются ежегодно. На смену примитивным дистилляторам пришли дистилляторы с сухопарником, а их в свою очередь постепенно вытесняют бражные и ректификационные колонны. Отзывы о самогонных аппаратах свидетельствуют о том, что бражная колонна позволяет получать продукт более высокой степени […]
Издавна известно, что правильно полученный самогон не дает тяжелого похмелья. Очистку спиртовых паров лучше производить сразу при перегонке, чем потом, народными средствами. Ведь при неправильной очистке даже рецепты настоек из самогона в домашних условиях могут не спасти загубленный напиток. Что может способствовать точному разделению фракций? Каждый самогонный аппарат, если он гордо именуется колонной, имеет дефлегматор. […]
Чтобы получить крепкий алкогольный напиток в домашних условиях, обычно необходимо две вещи. Выбрать рецепт браги для самогона и правильно его приготовить. Иметь надежный и эффективный самогонный аппарат, чтобы полученную брагу перегнать. Такой дистиллятор, как бражная колонна, по качеству и чистоте получаемого продукта находится между сухопарником и ректификационной колонной. Напиток получается чище и крепче, чем на […]
Особенности ректификационных колонн Часть 5
Ректификация существенно более сложный процесс нежели дистилляция. Он требует осуществления ряда предварительных расчетов. Сегодня мы разберем что такое флегмовое число а также покажем какую роль играют расчеты в ректификации.
Флегмовое число
В прошлый раз мы произвели ряд расчетов, которые однозначно говорят сколько необходимо отбирать фракций. Самое время воспользоваться этой информацией. Колонну мы уже запустили, и она работает на себя. Время работы в таком режиме составляет около 15 минут. Этого времени более чем достаточно чтобы все фракции выстроились и пришли в состояние равновесия. В ходе такой стабилизации флегма непрерывно циркулирует внутри колонны орошая находящиеся внутри насадки. Количество флегмы в данном случае определяет эффективность колонны в целом. Так в случае работы колонны на себя эффективность колонны (эффективность разделения) абсолютна. Если же открыть узел отбора и вывести часть флегмы наружу эффективность разделения снизится. В обоих случаях мы воздействуем на т. н. флегмовое число. При работе колонны на себя флегмовое число равно бесконечности. Если же полностью слить всю флегму флегмовое число будет равно нулю.
Флегмовое число — это отношение дистиллята, возвращаемого в куб к дистилляту отбираемому. Запишем это правило в виде формулы:
R — флегма возвращаемая в куб
E — флегма уходящая в отбор
При работе с колонной важно учитывать правило, согласно которому флегмовое число должно быть больше или равно 3. Это говорит нам о том, что из 4х частей дистиллята, циркулирующего в колонне, мы можем отобрать всего одну. Вся остальная флегма должна находиться внутри колонны.
Скорость отбора
Еще одной важнейшей характеристикой ректификации выступает скорость отбора. Для того чтобы ее правильно посчитать важно помнить несколько важных особенностей.
В первую очередь следует помнить, что 1 кВт мощности на плите — это испарение 3,9 кг. Спиртовых паров. Согласовывая это число с правилом флегмового числа (¼ поступающая в отбор) можно легко определить скорость отбора для подобной мощности плиты: 1л/час.
Если мощность плиты установить на более высокий уровень скажем на 1,3 кВт следует отбирать продукт со скоростью 1,3 л/час.
Может показаться что данные расчеты являются пустой тратой времени, однако это не так. Зная скорость отбора и зная объем продукта, который планируется отобрать можно вычислить количество времени, которое понадобится для перегонки.
В прошлой части обзора мы вычислили объем спирта, который можно собрать с одной перегонки. В нашем случае получилась величина 5687 мл. Отталкиваясь от нее, а также от скорости отбора продукта 1,3 л/час (1300 мл/час) мы можем определить количество времени для перегонки: 5687/1300=4,3 часа.
Работа с узлом отбора
Как только колонна поработала на себя можно приступать к отбору. Мы рассмотрим вариант отбора по жидкости, ибо данный вариант более распространен. Вначале слегка приоткрываем кран. Все что собралось в узле начинает выходить наружу.
Согласно нашим более ранним расчетам (см предыдущую часть обзора) нам нужно отобрать 262 мл. Это наша головная фракция.
Кран нужно отрегулировать так чтобы выход продукта осуществлялся со скоростью 1 капля в секунду. В таком режиме мы отбираем 1/3 нашего объема голов. Для простоты можно округлить значение 262 до 300. Так будет проще.
Отобрав первые 100 мл. Кран следует подрегулировать до скорости 2 капли в секунду. Отобрав их, следует еще больше открыть кран до 3 капель в секунду.
Теперь, когда все головы отобраны шланг следует отправить в другую емкость. На данном этапе скорость может составлять 4-5 капель в секунду. В таком режиме мы отбираем промежуточную фракцию (подголовники). Если вернуться к нашим цифрам из предыдущей части обзора объем подголовников составляет 437,5 мл. Их мы и будем отбирать подобным образом.
На данном этапе мы закончили отбирать головы и начинаем отбирать основное тело. Вновь нужно приоткрыть узел отбора. Таким образом мы еще больше ускоряем процесс отбора. Теперь это уже небольшая струйка. В таком режиме будет осуществляться дальнейший отбор. Важно здесь следить за показаниями термометра. Их следует держать в уме. На протяжении отбора показания не должны колебаться более 0,1. Зная эту особенность можно еще больше открыть кран на узле. Смысл такой регулировки — получить наиболее высокую скорость отбора, но при этом не нарушив процесс в колонне.
Вывод
Мы рассмотрели процесс отбора головных фракций, а также основного тела. В обоих случаях это делалось при помощи узла отбора. Также мы рассказали о скорости отбора и о роли флегмового числа. В следующем обзоре мы расскажем о хвостовых фракциях и о том, как их правильно отбирать.