Колпачковая или ситчатая колонна что лучше?

Типы тарельчатых колонн. Теоретическая и физическая тарелка. КПД колонны.

Промокод со скидкой 5% на лучшие охотничьи ножи.

Тарельчатая колонна предназначена для разделения спиртосодержащей смеси на составляющие с последующим отбором этилового спирта, максимально очищенного от примесей.

Колонна с колпачковыми тарелками наиболее технологична, универсальна и удобна для домашней ректификации.
Подробно о колпачковой тарелке, принципе её работы и преимуществах здесь.

Другие виды тарельчатых колонн:

Ситчатая тарелка.
Самая простая конструкция тарельчатой колонны. Состоит из сита и переливной трубки. Флегма не протекает вниз сквозь сито, пока есть напор пара снизу. При превышении уровня барботируемой флегмы над уровнем края переливной трубки, флегма стекает на низлежащую тарелку.
Главные минусы ситчатой тарелки — необходима тонкая настройка всей системы и поддержание всех параметров в процессе перегонки на постоянной величине.


Ситчатая двухуровневая тарелка

Провальная тарелка.
В отличии от ситчатой, на провальной тарелке нет трубки для перелива флегмы. Удержание флегмы паром возможно только при определённом уровне, как только флегмы становится больше заданного значения, силы пара становится недостаточно и часть флегмы проваливается вниз.


Провальные тарелки из нержи и меди

Вихревая (или спирально-струйная) тарелка.
Принцип работы такой же, как и у провальной. Отличие в том, что пар из отверстий выходит под углом и создаёт вихревой поток для увеличения тепломассобмена.


Вихревые тарелки

Клапанная тарелка.
Используется в промышленности. На тарелке расположены клапана, которые открываются и закрываются в зависимости от давления пара.


Клапанная тарелка

Теоретическая тарелка ректификационной колонны (ТТ).

Если мы возьмём 10% раствор этилового спирта в воде и перегоним его один раз, то получим продукт примерно 40%.
Вторая перегонка даст нам укрепление уже 60%, третья — 70%, четвёртая — 75% и т. д.
Спирт 96% мы получим за 9-10 перегонок исходного 10%-ного раствора.

Каждая такая перегонка будет являться так называемой теоретической тарелкой — то есть количество теоретических тарелок показывает количество перегонок, которые потребуются для данного аппарата для получения 96% спирта из 10%-ного его раствора в воде.

Но поскольку мы отбираем спирт не из чистой воды, а из браги, в которой содержится более ста примесей, то понадобится порядка 25-50 перегонок, или, что одно и тоже — теоретических тарелок.

Физическая тарелка ректификационной колонны — это контактное устройство внутри колонны, на котором происходит максимальное соприкосновение пара и жидкости с последующим тепломассообменом.

Физическая тарелка представляет собой горизонтальную перемычку круглой формы с различными устройствами для пропуска пара и слива флегмы. Как правило тарелка герметично закрепляется в колонне с помощью резьбовых шпилек и ограничителей.

КПД тарельчатой колонны.

Производительность физической тарелки всегда будет отличаться в меньшую сторону от расчётных значений теоретической тарелки.
На эффективность работы ФТ будут влиять различные параметры: конструктивные особенности колонны и всего аппарата, вязкость жидкости, коэффициент диффузии, тепловые потери, пути движения флегмы и прочее.
Опытным путём доказано, что КПД физической тарелки составляет примерно 50-60% от теоретической.

Колпачковая колонна

Доступные варианты

Заказать по телефону

Колпачковая колонна для дистилляции Алковар

Доставка по России ответственно надежно.

прозрачное термостойкое стекло

Колпачковая колонна функциональный узел, внутри которого осуществляется тепломассообмен между жидкостью и паром. Колпачки здесь выступают в качестве преобразователей пара. Подходит для перегона фруктовых и зерновых браг с сохранением ароматов исходного сырья.

Преимущества колпачковой колонны

  1. 1) Не требуется точная настройка и баланс между подачей пара и флегмой рано или поздно тарелка заполнится и войдет в рабочее состояние.
  2. 2) Устойчиво работают при значительных изменениях уровня нагрева и колебаниях отбора. Захлёб на колпачковой тарельчатой колонне практически исключён.
  3. 3) Работают в широком диапазоне мощности.
  4. 4) Высокая производительность. Ограничена только мощностью нагревательного элемента и дефлегматора.
  5. 5) Продукт получается высокого качества, его невозможно получить на обычном самогонном аппарате.

Колпачковая колонна АЛКОВАР

Колпачковая колонна относятся к дистилляционным колоннам. Фактически это наиболее продвинутый вариант, используемый в изготовлении крепких напитков. Процесс применения состоит в том, что идёт переиспарение спиртов на каждой из тарелок, что позволяет плавно укрепляться спиртосодержащему пару. В зависимости от количества тарелок, получать более крепкий и более чистый продукт. Стандартная комплектация в 4 медных этажа позволяет получать качественный дистиллят крепостью до 80 градусов. Можно установить сразу 2 колонны друг на друга при помощи силиконовой прокладки и клампового хомута. Такая конструкция позволит получить качественный дистиллят крепостью около 96 градусов.

Конструкция колпачковой колонны.

Представляет собой стеклянный цилиндр, внутри которого расположены тарелки. В тарелках сделаны специальные отверстия под размер колпачков в сборе и под размер специального перевёрнутого колпачка для отвода лишней жидкости (флегмы). Для пара предусмотрено конструкцией сразу три входа на каждом уровне, а для перелива излишков флегмы на нижний этаж только один. Такая конструкция, позволяет в несколько раз усилить пароиспарение, и за счет многократного повторения процесса улучшить качество дистиллята, очистив его от большей части сивушных масел, других примесей, при этом сохранив нужные ароматы, вкусы и послевкусия. Поскольку повторное пароиспарение происходит в колпачках, их количество имеет большое значение. Чем больше колпачков и тарелок расположено внутри колонны, тем интенсивней будет циркуляция спиртовых паров и флегмы. Большое значение имеет материал, из которого сделаны колпачки и тарелки. Лучшим материалом считается медь.

Принцип работы колпачковой колонны

  1. 1) Разогретый спиртосодержащий пар входит в колонну снизу и начинает подниматься вверх. Пока колонна сухая, пар беспрепятственно проникает сквозь колпачки, не встречая сопротивления флегмы, которая пока ещё не образовалась. Она образуется тогда, когда пар достигнет дефлегматора. Тогда пар частично сконденсируется, и флегма начнёт стекать вниз. Сначала на верхний этаж. Заполнив до уровня сливного отверстия верхнюю тарелку, флегма начнёт переливаться вниз, заполняя постепенно все этажи колонны с верхнего до нижнего. Заполнив до сливного отверстия нижний этаж, флегма переливается в перегонный куб.
  2. 2) С этого момента вся колпачковая колонна запущена в работу. Самое главное, что происходит внутри колпачковой колонны, это повторное переиспарение и барботация. По-другому это явление называют барботаж. По определению Барботаж это непрерывное смешивание жидкости и пара, в результате, которого происходит эффективное разделение спиртов на фракции.
  3. 3) Пар проходит через входные отверстия в колпачках под тарелкой, далее в три колпачка сразу. Дальше пройти легко не может из-за гидравлического сопротивления флегмы. Давление пара возрастает. Часть его конденсируется в новую флегму, а более лёгкие и летучие фракции прорываются через специальные прорези в колпачках в слой накопившейся флегмы. Происходит явление, очень похожее на бурное кипение, которое и называется барботаж или, по-другому, барботирование. После такого взаимодействия с флегмой спиртосодержащий пар, освободившийся от части вредных примесей и сивушных масел, летит выше к следующему уровню колонны, а излишки флегмы вместе с вредными примесями переливается в специально созданное устройство перелива, в виде перевёрнутого вверх ногами колпачка, на нижерасположенную тарелку. Таким образом происходит взаимодействие пара и флегмы на каждой тарелке, при взаимном противотоке пара (вверх) и флегмы (вниз).
  4. 4) Тепломассообмен продолжается. Вверх уходят всё более чистые фракции. Проходя через колпачки и через слой флегмы на каждой тарелке, спиртовой пар многократно насыщается. При этом объем вредных примесей почти доходит до нуля.

Очистка медной колпачковой колонны.

При работе колонны спиртосодержащие смеси и пары спирта, а также сконденсировавшаяся флегма контактируют с медными деталями, в результате чего на ее поверхности протекают химические реакции с образованием оксидов. Они покрывают поверхность медных деталей тонкой оксидной пленкой, тем самым снижая связывающие способности меди. На практике очистку медных деталей необходимо проводить после 2-3 перегонок. Несвоевременная чистка медных узлов может привести к образованию плотного налёта, удаление которого займет значительно больше времени и сил, чем при своевременном и регулярном уходе. Вот простой и эффективной способ ухода за медной колонной:

  1. 1) Разводим необходимый объём раствора пищевой лимонной кислоты в воде (примерно 50-100 г на литр воды).
  2. 2) Отсоединяем колонну с медными колпачками целиком, не разбирая, от нижнего клампового зажима, соединяющего колонну с крышкой перегонного куба.
  3. 3) Берем заглушку необходимого размера или складываем стретч плёнку в несколько слоёв, по размеру больше диаметра клампового соединения.
  4. 4) Прикрепляем заглушку хомутом или накрываем плёнкой патрубок клампа на крышке перегонного куба и ставим колонну на место. Закрепляем соединение кламповым хомутом. Теперь у нас колонна временно снизу загерметизирована.
  5. 5) Вставляем воронку в верхнее открытое отверстие в колонне и заливаем раствор лимонной кислоты до верху.
  6. 6) Оставляем на 40 минут.
  7. 7) Через 40 минут выливаем отработанный раствор.
  8. 8) Отсоединяем колонну и тщательно промываем водой. В результате получаем медные детали колонны в первозданном виде и с восстановленными свойствами. Эту процедуру необходимо делать регулярно через каждые 2-3 прогона. Иначе, вы получите трудно удаляемую оксидную плёнку на медных деталях. Важные свойства чистой меди перестанут действовать, и потребуется больше усилий и времени для очистки.
  9. 9) В конце процедуры очистки ставим колонну на место.
Читайте также  Что тяжелее свинец или железо?

Написать отзыв

Ваш отзыв: Примечание: HTML разметка не поддерживается! Используйте обычный текст.

Оценка: Плохо Хорошо

Введите код, указанный на картинке:

Виды и устройство ректификационных колонн

Тарельчатая колонна – разновидность ректификационных устройств для изготовления домашнего спиртного.

Представляет собой вертикальный цилиндр, внутри которого на определенном расстоянии помещаются горизонтальные перегородки (тарелки), по которым стекает жидкий продукт во время перегонки.

Позволяет получать довольно качественный алкоголь даже при однократной дистилляции благодаря многократному контакту жидкости и газа.

рецепты самогона

Преимущества тарельчатой колонны

  1. Хорошая очистка от ядовитых примесей (чем больше перегородок – тем выше);
  2. Вариативность конструкции (можно менять характеристики дистиллята, уменьшая или увеличивая число тарелок);
  3. Отсутствие зависимости от перепадов давления воды или напряжения (в отличие от устройств насадочного типа);
  4. Высокая производительность (усиливается за счет большего диаметра цилиндра).

Тарельчатые колонны делают и меди, стали, стекла и фторпласта. Медные варианты в простонародье называют «флейтами» из-за сходства с музыкальным инструментом.

Отличаются колонны и типом отверстий на тарелках. Они могут быть колпачковыми, ситчатыми, решетчатыми, пластинчатыми, дисковыми.

Для получения качественного домашнего спиртного лучше всего подходят колпачковые варианты, которые отличаются высокой производительностью и легкостью эксплуатации.

Однако они довольно сложны в сборке и требуют дорогих комплектующих. Поэтому чаще всего такие приборы используют для изготовления благородных напитков: виски, коньяка, бурбона.

При желании можно собрать самостоятельно и более дешевый аналог колпачковой колонны.

Виды и устройство ректификационных колонн

Бытовая ректификационная колонна — это высокоэффективный аппарат, позволяющий получать спирт-ректификат прямо в домашних условиях. Имея под рукой рецепты браги для самогона, Вы можете получить и классический самогон, которому присущи аромат и привкус сырья, и абсолютной чистоты этиловый спирт без посторонних примесей. Какие же бывают виды ректификационных колонн?

Типы ректификационных колонн и их устройство

Ректификационные колонны отличаются от обычных бражных (пленочных) наличием контактных элементов, расположенных внутри колонны. Это могут быть тарелки или насадки. По типу контактных элементов и различают два типа ректификационных колонн: тарельчатые и насадочные.

Устройство ректификационной колонны тарельчатого типа:

Колонна (вертикальная труба) большого диаметра имеет внутри установленные на определенном расстоянии тарелки, на которых и происходит тепломассообмен (подробнее о принципе работы ректификационной колонны читайте в нашей статье). Тарельчатые колонны имеют внушительные габариты, а также стоят немалых денег, поэтому они применяются преимущественно в промышленности. Зато такая колонна позволяет отделить фракции еще более точно.

Конструкция ректификационной колонны насадочного типа:

Насадочная ректификационная колонна с регулярной проволочной насадкой из меди

Вертикальная трубка колонны может быть заполнена: 1. нерегулярной насадкой; 2. регулярной насадкой.

Первая представляет собой россыпь достаточно мелких элементов из инертного материала (чаще нержавеющая сталь), которые просто заполняют колонну, образуя неупорядоченный слой. Примером может служить спирально-призматическая насадка (СПН). Площадь поверхности для тепломассообмена такая насадка увеличивает, но вот из-за неравномерного ее размещения затрудняется проход паров и отток флегмы.

Регулярная же насадка представляет собой сетку или перфорированный лист, закрученный определенным образом. Пример такой насадки — регулярная проволочная насадка Панченкова (РПН). Такая насадка позволяет максимально эффективно использовать площадь контакта жидкости и пара, обеспечивая тепломассообмен без каких либо препятствий.

Выбор любителей и профессионалов

Купить самогонный аппарат с ректификационной колонной (рекомендуем выбрать аппарат марки Luxstahl 7m) для домашнего использования достаточно просто, рынок на сегодняшний день богат различными моделями. Отзывы о самогонных аппаратах свидетельствуют: тем, кто планирует регулярно готовить домашние спиртные напитки, лучше всего подойдет ректификационная колонна насадочного типа. С ней Вы сможете разнообразить домашний бар любыми крепкими напитками, как “классикой”, так и рецептами настоек из самогона в домашних условиях на различных ягодах, фруктах или травах.

Какой должна быть тарельчатая колонна

Корпус устройства обычно делают из нержавейки, но стеклянные модели обладают большей наглядностью.

Диаметр зависит только от мощности нагрева: можно увеличивать его на свое усмотрение, тем самым повышая КПД устройства.

Градус и степень очистки напитка усиливают, добавляя тарелки внутрь цилиндра.

Чаще всего используют колонны с 5–10 перегородками (диапазон крепости дистиллятов – от 88 до 95%).

Для герметизации этажей применяют обычные силиконовые диски.

По желанию можно дополнить колонну узлом промежуточного отбора или штуцером под термометр.

Примерные параметры элементов:

  1. Площадь паровых трубок – около 10% от сечения колонны;
  2. Площадь прорезей – 70–80% площади паровых трубок;
  3. Площадь слива 1/3 от общей площади паровых трубок (диаметр – около 18–20% от толщины трубы).

Формула расчета высоты тарельчатой колонны

H = (N-1)*h + z₁ + z₂

Где h – расстояние между тарелками, z₁ – расстояние между верхней перегородкой и крышкой колонны, z₂ – расстояние между нижней перегородкой и дном колонны, N – число тарелок.

Нижние перегородки делают с большим сечением отверстий и уровнем флегмы (как удерживающие), верхние – с меньшими параметрами (как разделяющие).

Колпачки выбирают из доступных размеров (например, заглушки диаметром 28 или 22 мм).

Форма отверстий в тарелках особой роли не играет, но лучше делать их максимально узкими, чтобы пар разделялся на мелкие пузырьки, тем самым увеличивая площадь контакта фаз. Большее число колпачков также пойдет на пользу.

Усовершенствовать устройство можно, разместив вместо отверстий в тарелках паропроводные трубки (большей высоты, чем сливные) и накрыв их колпачками с прорезями. Разделенная по фракциям флегма останется на перегородках даже после отключения нагрева.

Типы тарелок для тарельчатой ректификационной колонны

Тарелки бывают разнообразных конструкций и различаются по типу барботажных устройств.

Ситчатые тарелки

Ситчатые тарелки имеют отверстия 2 диаметром 3-12 мм, расстояние между которыми в 3,5-4 раза больше их диаметра. Слой жидкости 1 высотой 25-30 мм удерживается на тарелках восходящим потоком паров, которые проходят через отверстия 2 и барботируют через слой жидкости. Избыток флегмы перетекает вниз по сливным стаканам 3. Если сливные стаканы отсутствуют, то жидкость перетекает на нижележащую тарелку через те же отверстия, через которые проходят пары. Площадь сечения всех отверстий (степень перфорации) иногда достигает 40% от площади тарелки. 15)

Отверстия ситчатой тарелки отличаются по форме:


а) круглые; б) щелевидные; в) просеченные треугольные. 16)

Решетчатые тарелки провального типа

Решетчатые тарелки провального типа являются разновидностью ситчатых, в них нет сливных устройств. Секция тарелки представляет собой стальной лист 1 со щелями 2 прямоугольной или иной формы. Барботаж паровой фазы через жидкость осуществляется по всему сечению колонны. Пары и жидкость, как правило, в противотоке проходят через одни и те же щели в тарелках. На тарелках удерживается слой жидкости, высота которого определяется величиной подпора потока паров. Избыток жидкости проваливается через щели на нижележащую тарелку. С увеличением расхода паров на тарелке растёт перепад давления и удерживается слой жидкости большей высоты. Прорези работают периодически: места стока жидкости и прохода пара произвольно перемещаются по полотну тарелки. 17)

Ситчатые тарелки с S-образной перегородкой

Ситчатая тарелка с S-образной перегородкой – перфорированный лист, к которому припаяна S-образная перегородка 3, делящая тарелку на две части. Стекающая с верхней тарелки жидкость через прорези в сливном стакане 2 и далее через переливную перегородку 5 поступает на тарелку и движется в направлении, указанном стрелками, контактируя с паром, поднимающимся через отверстия в листе 1. Подойдя к перегородке 3 с другой стороны, жидкость стекает на следующую тарелку через сливную перегородку 4 и сливной стакан. 18)

Читайте также  Как разобрать ротор на медь?

Колпачковые тарелки

Колпачковая тарелка представляет собой перфорированную пластину 1 с патрубками 4 и прикрывающими их колпачками 3 со щелями 5 (прорезями). По патрубкам, кольцевому пространству 6 и через щели пары вводятся под слой жидкости на тарелке. Постоянство уровня жидкости обеспечивается подпорными перегородками 7. Избыток флегмы по сливным стаканам 2 перетекает на нижележащую тарелку. 19)

Тарелки с S-образными элементами


Тарелка из S-образных элементов: 1—S-образный элемент; 2—плоский сегмент; 3—карман; 4—сливная перегородка; 5—опорная полоса; б—струб­цина-скоба; 7—первый элемент; 8—колпачок. 20)
S-образные колпачки штампуют из листовой стали с прорезями по одной из продольных кромок. При сборке образуется ряд продольно расположенных и чередующихся желобов и колпачков. На тарелке поддерживается определенный слой флегмы, а ее избыток перетекает вниз через сливные стаканы. Прорези колпачков погружены в слой жидкости на тарелках, образуя гидравлический затвор. Пары, двигаясь снизу вверх, распределяются прорезями на струйки, барботирующие через слой жидкости на тарелке. 21)

Клапанные (дисковые) тарелки

Основным элементом тарелок с пластинчатыми клапанами является L-образный клапан 1 – пластина, закрывающая щель прямоугольной формы. В нерабочем состоянии под действием собственного веса клапан закрывает отверстие. Вращаясь в месте перегиба пластины, клапан приподнимается проходящими парами. При 70% проектной нагрузки клапан полностью открывается. Полное открытие клапана фиксируется ограничителем в форме скобы. 22)


Клапанные колпачки – прямоугольный (а) и круглый (б): 1 – клапан; 2 – удерживающая скоба.

Особенности устройства колпачковой колонны

Переработка браги и других продуктов брожения методом дистилляции возможно с применением различных устройств. Самым известным и привычным для многих является обычный самогонный аппарат, состоящий из бака холодильника и, в лучшем случае, сухопарника. Такие малоизвестные приспособления как ректификационная, колпачковая, бражная колонна многим людям, занимающимся производством самогона на любительском уровне, неизвестны.

Колпачковая колонна для дистилляции представляет собой промышленные устройства, которые используются, преимущественно, при производстве спирта сырца на больших спиртзаводах и водочных фабриках. В любительских условиях пользоваться ей сможет не каждый, а тем более сделать своими руками.

Заводская колпачковая колонна

Это не потому что ее устройство слишком сложное, а изготовление требует особых инструментов или высокого мастерства. Справиться со строительством колпачковой колонны в домашней мастерской сможет любой квалифицированный слесарь, или человек умеющий работать основными ручными электроинструментами. Все составные части колпачковой колонны можно без труда купить в магазине или интернете. Собрать их своими руками не сложно на оборудовании, которые есть в любом гараже. При определенных навыках многие части колонны изготовляются самостоятельно.

Если вы решили построить своими руками самогонный аппарат, оборудованный колпачковой колонной, то следует помнить, здесь очень важную роль играют размеры устройства. Если нарушить пропорции, то вместо ректификационной колонны колпачкового типа получится обыкновенный дистиллятор, работающий даже хуже аппарата классической конструкция.

Принцип работы колпачковой колонны

Работает колпачковая колонна по принципу тепломассобмена между поднимающимся снизу, из испарителя, паром и стекающей сверху охлаждённой флегмой. Колпачки, или тарелки служат для увеличения площади контакта нагретого пара и жидкости. От количества тарелок зависит количество точек превращения пара в жидкость и повторного испарения жидкости. Конденсируется спиртосодержащий пар не только на внутренних стенках колонны, но и на поверхности тарелок. Они имеют форму полусферы, обращенной выпуклостью вверх.

Конденсирующаяся на внешней поверхности флегма стекает вниз сквозь переливные отверстия и попадает на нижнюю тарелку, нагретую до более высокой температуры. Спирт и другие легкокипящие фракции повторно испаряются, а жидкости с более высокой температурой кипения (сивушные масла и вода) стекают обратно в испаритель, где остаются в виде водного раствора.

При прохождении спиртового пара колонной высотой 50 сантиметров при монтаже внутри нее 8- 10 колпачков, процесс превращения жидкости в пар и обратно происходит не менее 30- 40 раз. Это количество называется кратностью очистки. Если вы прочитаете в характеристиках колпачковых колонн промышленного изготовления, которые можно без труда купить в интернете, что их кратность очистки составляет 20 или 50, это не значит, что спирт становится во столько раз чище, а характеризует только особенности технологического процесса.

Естественно, чем выше кратность, тем качественнее спирт получается, и тем меньше в нем примесей. Соотношение диаметра и высоты колонны должно составлять не менее 1 к 8, это оптимальные размеры, как для промышленных установок, так и для любительских. Поднимаясь вверх по колонне, пар обогащается спиртом и из него удаляются примеси, он укрепляется, поэтому часто такие колонны называются укрепляющими.

Особенности работы

Если на колпачковой колонне вы собрались перегонять брагу, то следует помнить, что в процессе дистилляции отсекаются только хвосты самогона, для удаления головы — метилового спирта, ацетона, эфира и альдегидов, необходимо использовать дробную перегонку, и отобрать расчетное количество голов, как и при работе на обычном дистилляторе. Если же вы перегоняете спирт сырец, отбор голов уже не требуется, они удалены на этапе первичной перегонки.

Температурный режим перегонки на колпачковой колонне поддерживать очень просто — температура на верхнем термометре (возле патрубка выхода из колонны) должна составлять 72- 75 градусов Цельсия. При повторной перегонке температуру можно поднять до 78 С, качество получаемого спирта сырца от этого не слишком ухудшится.

Изготовление колпачковой колонны

Сделать своими руками колпачковую колонну несложно, если у вас есть в наличии одна из самых сложных в изготовлении ее составных частей — колпачковые тарелки. Купить их можно на соответствующих сайтах в интернете. В большинстве случаев, продаются тарелки из Китая. Но выбирать не приходится — товар слишком специфический и занимаются их производством считанное количество мастерских. Самостоятельно же сделать рабочие тарелки достаточно сложно, но возможно.

Для этого понадобятся медные или нержавеющие пластины, из которых вырезаются круги, равные внутреннему диаметру основной трубы колонны. Сама колонна изготовляется из стеклянной, медной или нержавеющей трубы, диаметром 8-10 мм и длиной (высотой) около 75 см. Стеклянные колонны, предлагаемые многими производителями, пользуются популярностью из-за того, что за процессом барботирования можно наблюдать — это довольно эффектное зрелище. Но на работоспособность колонны материал ее влияет мало.

В вырезанных дисках проделываются 4 отверстия диаметром 1-1,5 мм и в них вставляются трубки из меди или нержавейки высотой около 1,5 см. Они служат для прохождения пара снизу вверх. Два отверстия делаются по краям диска. Их диаметр около 10 мм. В них также вставляются трубки, но высотой поменьше — 1,5-0,8 см. Стыки трубок и дисков пропаиваются.

Медные тарелки для колонны

На торцы средних трубок насаживаются колпачки с таким расчетом, чтобы они касались поверхности диска. Верхняя часть трубок перфорируется по периметру отверстиями 1-2 мм диаметром, для выхода пара. Чем их больше, тем лучше. Нижние края колпачков пропиливаются на высоту 0,5 см. Они должны быть на 2 мм ниже среза боковых трубок.

Колпачки классического полусферического вида изготовить сложно, поэтому можно выполнить их конусообразными или стакановидными. Закрепить их на паропроводных трубках можно саморезами или муфтами. Тарелка в сборе представляет один рабочий элемент. В колонне указанной высоты их должно быть не менее 5, максимально — 8.

Чтобы тарелки было удобнее вставлять в колонну и извлекать для чистки, их насаживают на штырь, диаметром 5-8 мм и закрепляют гайками на равном расстоянии друг от друга. Верхний край колонны паропроводом соединяется с холодильником проточного типа. Термометры устанавливаются в верхней точке колонны и на кубе. Чтобы устанавливать и извлекать тарелочную сборку из корпуса было удобнее, верх колонны выполняется в виде винтовой крышки. Патрубок отвода пара устанавливается ниже уровня резьбы на 1-1,5 см.

Читайте также  Как запаять фляжку из нержавейки?

Как это работает

Видео как сделать колпачковую колонну:

Пар из куба с брагой поднимается вверх и сквозь паропроводные трубки заполняет пространство над первой тарелкой. Там он конденсируется и оседает в виде жидкости на ее поверхности. Когда ее уровень становится выше прорезей на колпачках, пар прорывается сквозь жидкость и, вследствие явления барботажа, удаляет из нее оставшиеся пары спирта и поднимается вверх, поступая в другую тарелку. Там процесс повторяется.

Когда на тарелке уровень флегмы поднимется выше среза проливной трубки, она стекает вниз, в куб. По мере поднятия пара вверх, он становится все богаче спиртом и, после прохождения последней тарелки, практически полностью освобождается от примесей.

Наиболее эффективно работает колпачковая колонна для дистилляции при повторной перегонке самогона, полученного на обычном самогонном аппарате, но и первичную брагу на ней можно дистиллировать. Правда, при этом процесс будет идти довольно медленно.

Типы ректификационных тарелок

Виды тарелок

В колонных аппаратах НПЗ в настоящее время используются десятки конструкций контактных устройств, отличающихся по своим характеристикам и технико-экономическим показателям. Наряду с тарелками первого поколения (колпачковые, желобчатые), которые до сих пор эксплуатируются на старых производствах, широкое распространение на установках АВТ получили S-образные, клапанные (пластинчатые, дисковые) и другие типы КУ.

Тарелки клапанные, колпачковые, ситчатые

Колпачковые

Ситчатые

Решетчатые

С S-образными элементами

Клапанные (дисковые)

Область применения различных типов тарелок

Основные характеристики сравнения

Нередки случаи, когда в одной ректификационной колонне в разных секциях используются тарелки разных типов. Это объясняется тем, что паровые и жидкостные нагрузки по высоте нефтяных колонн, особенно работающих с боковыми отборами, существенно различаются (иногда на порядок). При сравнении контактных устройств различного типа в качестве основных обычно выступают следующие показатели:

  • Производительность.
  • Гидравлическое сопротивление.
  • Эффективность (коэффициент полезного действия) – характеризует степень приближения реального процесса разделения на тарелке к теоретически достижимому (теоретическая тарелка).
  • Допустимый диапазон варьирования рабочих нагрузок (и по пару, и по жидкости), который определяется отношением максимально допустимой нагрузки к минимально допустимой.
  • Градиент уровня жидкости по ширине полотна тарелки, который определяется тем обстоятельством, что жидкость на тарелку вводится с одного края тарелки (секции), а отводится с другого. При течении жидкости по полотну тарелки она преодолевает определенное гидравлическое сопротивление, поэтому высота слоя жидкости у приемного кармана превышает соответствующий уровень у сливного кармана. Наличие градиента приводит к нарушению равномерности распределения пара по ширине барботажного слоя и в итоге – к снижению эффективности КУ.
  • Высота межтарельчатого расстояния, которая должна обеспечивать нормальную работу гидравлического затвора для обеспечения гарантированного перетока жидкости с верхней тарелки на нижнюю.
  • Обеспечение длительной работоспособности при работе на загрязненных средах и средах, склонных к образованию смолистых или других отложений.
  • Металлоемкость.
  • Стоимость.
  • Удобство монтажа и ремонта, простота конструкции.

Расчет отводимого тепла выносным орошением

Для сложных колонн, работающих с выносными холодными циркуляционными орошениями, к которым относятся и колонны АВТ, весьма важной становится ещё одна специфическая характеристика: величина реализуемого теплосъема от внутреннего парового потока холодным орошением – Q, (кВт/м 3 ). В этой характеристике величина достигаемого теплосъема отнесена к 1 м 3 барботажного слоя или к 1 м 3 насадки. В отечественной литературе данная характеристика учитывается достаточно редко, хотя она в значительной мере определяет эффективность работы циркуляционных орошений.

Количество тепла, отводимого от циркуляционного орошения во внешнем теплообменнике, определяется:
Q=L(Hн-Hк)

Все это количество тепла затрачивается внутри колонны на конденсацию части парового орошения, а энтальпия жидкого потока достигает при этом значения Hн. В процедуре технологического расчета, который, как правило, проводится по «теоретическим тарелкам» процесс теплообмена будет завершен на первом же КУ. Фактически же именно реальная эффективность процесса теплосъема на КУ будет определять, на скольких реальных тарелках будет завершен этот процесс.

Выбор оптимальной конструкции контактных устройств

Конструкции КУ, выигрывающей у всех остальных конструкций по всем показателям, не существует. Каждая из конструкций обладает своими преимуществами и недостатками и своей областью рационального использования. В зависимости от особенностей конкретного процесса наибольшее значение могут приобретать те или иные характеристики из вышеперечисленных. Так, на выбор КУ для колонн атмосферного блока наибольшее влияние оказывают показатели производительности, эффективности и допустимого значения диапазона рабочих нагрузок, в котором обеспечивается высокая эффективность работы тарелок. Для колонн вакуумного блока на первое место выдвигается гидравлическое сопротивление КУ, поскольку оно будет определять интенсивность процесса разложения тяжелых углеводородов в зоне нагрева, а значит, в значительной мере и качество товарных фракций, хотя и в этом случае должны, конечно, учитываться и остальные характеристики. Наиболее распространенные типы КУ приведены на рисунке.

В атмосферных колоннах хорошо зарекомендовали себя различные модификации клапанных КУ с дисковыми, прямоугольными и трапециевидными клапанами, а также комбинированные S-образные тарелки с клапанами. В вакуумных колоннах представляет интерес использование дисковых клапанов эжекционного типа, которые характеризуются наименьшим гидравлическим сопротивлением среди всех типов КУ.

Рис. 3.1. Распространенные типы колпачков и клапанов:

Колпачки: а – круглый; б – шестигранный; в – прямоугольный; г – желобчатый; д – S-образный; клапаны: е – прямоугольный; ж – круглый с нижним ограничителем; з – круглый с верхним ограничителем; и – балластный; к – дисковый эжекционный перекрестноточный; л – пластинчатый перекрестно-прямоточный; м – S-образный колпачок с клапаном.
Обозначения: 1 – диск тарелки; 2 – клапан; 3 – ограничитель; 4 – балласт.

Переливные устройства тарелок

Для организации перелива рабочей жидкости с вышележащей тарелки на нижележащую в КУ используются специальные переливные устройства, включающие в себя сливную перегородку и карман (рис. 3.2). При больших значениях удельных нагрузок по жидкости (измеряется через расход фазы – м 3 /час отнесенный к 1 м 2 сечения колонны или к 1 м длины сливной перегородки), что характерно для многотоннажных колонн установок АТ-АВТ, для снижения градиента уровня жидкости применяются многопоточные конструкции КУ (от 2-х до 4-х потоков). Сливные карманы могут быть использованы также для подвода на КУ промежуточных потоков (холодные орошения) и/или для отвода боковых отборов (рис. 3.3). В последнем случае объемная емкость кармана наращивается за счет увеличения межтарельчатого расстояния, что повышает надежность работы откачивающего насоса.

Рис. 3.2. Устройство узлов перетока жидкости с тарелки на тарелку и ввода орошений для однопоточных (а) и двухпоточных (б) тарелок: 1 – корпус колонны; 2 – секции тарелок; 3, 4 – коллекторы ввода жидкости на верхнюю и промежуточную тарелки; 5, 6 – сливные карманы

Массо – теплообмен между взаимодействующими фазами (пар – жидкость) протекает на КУ в барботажном слое: структуре, которая образуется при истечении парового потока из небольших отверстий или щелей, выполненных в полотне тарелки или в специальных устройствах (колпачках), в слой жидкости под небольшим избыточным давлением. Эта структура представляет собой ансамбль пузырьков, размер которых измеряется миллиметрами. Паровые пузырьки зарождаются при истечении газа, всплывают в слое жидкости за счет разности плотностей жидкой и паровой фаз и разрушаются на верхней границе барботажного слоя. Размер пузырьков определяется свойствами паровой и жидкой фаз (плотность, вязкость, поверхностное натяжение, …), конструкцией КУ и гидродинамическими условиями взаимодействия фаз. Суммарная поверхность массообмена в барботажном слое измеряется десятками и даже сотнями м 2 поверхности, приходящихся на 1 м 3 объема барботажного слоя.

Рис. 3.3. Узлы вывода боковых погонов (жидкость) из колонны: 1 – корпус колонны; 2 – тарелки; 3 – сливной карман увеличенного размера; 4 – сборная (глухая) тарелка; 5, 6 – патрубки для прохода паров и отвода жидкости; 7 – уравнительная труба

Рассмотренные типы контактных устройств относятся к наиболее распространенным для условий работы блоков АТ-АВТ. К настоящему времени разработаны и другие эффективные конструкции КУ [6-10], которые могут представлять интерес при решении задач проектирования. Надо при этом отметить, что какой-либо универсальной конструкции, пригодной для любых условий эксплуатации, выделить нельзя. Каждая конкретная задача проектирования должна решаться с учетом технологии производства на основе обобщения опыта работы родственных установок.