Тема: Определение характеристик насадки для ректификационной колонны
Как рассчитать количество необходимой насадки для ректификационной колонны. В теме предложен упрощенный вариант расчета.
Для простого теоретического расчета параметров насадки потребуются:
1 Весы
2 Мерные градуированные цилиндры или медицинский шприц
3 Рулетка или любой метр
4 Штангенциркуль
5 Вода или спирт
Не обязательно стремиться к лабораторной точности, примерных расчетов более чем достаточно для работы в домашних условиях. Зная свойство своей насадки и приобретя некоторый опыт, вы легко сможете манипулировать своей ректификационной колонной, создавая разные режимы и подбирая "свой любимый" вариант работы колонны, дабы качество дистиллята соответствовало вашим запросам.
В домашних условиях как правило используется самая универсальная и дешевая насадка в виде нержавеющих мочалок-скрубберов. Необходимо определить средний вес насадки, в конкретном случае я остановился на 15 граммах, так как в эксперименте приняло участие небольшое количество нержавеющих мочалок и все они весили в диапазоне 14.5-15.5 граммов. В процессе эксперимента было использовано 2 одинаковые мочалки, на фото просто два разных вида.
Вычисление общей теоретической площади насадки
Выяснив общий вес мочалки, необходимо расплести ее часть и отрезать ровный участок "проволоки", (в конкретном случае это ровная стружка) длиной ровно 1 метр и взвесить.
Взяв общий вес мочалки и вес участка длиной 1 метр, легко понимаем общую длину стружки.
1 метр = 0.15 гр.
1 мочалка = 15 гр.
15:0.15 = 100 метров стружки. Средняя ширина стружки ~ 0.4 мм (плавает 0.39 -0.42 мм)
100 метров = 100000 мм. длины умножаем на 0.4 мм. = 40000 мм. площадь одной стороны стружки. Так как стружка имеет плоский профиль, вторая сторона имеет такую же площадь.
40000x2 = 80000 мм Общая теоретическая площадь одной мочалки равна 80000 квадратных миллиметров или 0.08 квадратного метра или 800 квадратных сантиметров. В случае использования насадки с элементами круглого сечения, необходимо посчитать длину окружности через радиус или диаметр.
Тут нужно еще раз напомнить, что это теоретическая площадь насадки. Дело в том, что насадка хаотическая, у нее нет идеально расположенных ровных сегментов в определенном объеме, где-то она прижимается сама к себе довольно плотно, а где-то могут получиться пустоты, часть ее прижимается к стенкам колонны. Реальная работающая площадь насадки в конкретном случае будет меньше! То же самое получится и с любой другой насадкой, элементы которой плотно прилегают друг к другу в объеме ректификационной колонны. К таким насадкам можно причислить кольца Рашига, любая проволочная насадка типа насадки Панченкова и любые иные элементы, способные к сжатию, уплотнению и плотному контакту своими частями к соседним элементам. 
Вычисление средней теоретической пористости насадки
Для этого потребуется мерный цилиндр или просто шприц и какой-то узкий сосуд цилиндрической формы. Чем больше сосуд и больше насадки, тем более точно можно определить пористость. Но это все не критично.
Мерный цилиндр заполняется жидкостью ровно до отметки, после чего вся жидкость переливается в другой сосуд или забирается в большой шприц (зависит от вашего объема).
После этого необходимо как можно равномерней и плотней уложить насадку ровно до той же отметки, до которой наливали жидкость. В моем случае, это мерный цилиндр 100 мл.
Для заполнения объема в 100 мл. мне потребовалось ровно 2 мочалки, можно бы было еще немного добавить, но я боялся раздавить цилиндр. Добавлял частями, уплотнял.
В итоге, в 100 мл объема удалось уложить 30.29 гр насадки – 2 мочалки.
После заполнения цилиндра насадкой, необходимо заполнить его так, чтобы вода дошла до той же самой отметки. Мне пришлось слегка нажать на насадку, чтобы она не "пружинила" наружу. В итоге из 100 мл объема, насадка выдавила 14 мл. воды. Хотелось бы повторить, что можно бы было упаковать больше насадки, но я побоялся раздавить цилиндр, потому, все цифры в калькуляции берутся из реального эксперимента.
100- 14 = 86 Если говорить простыми словами, свободный объем насадки равняется 86% или научным- пористость. 
Дабы не забивать обществу головы сложными формулами из книг, я не буду выкладывать уже готовые варианты по расчету критического поверхностного натяжения насадок, в нашем случае эта теоретическая величина равняется 0.075 H/м В конкретном случае это тоже только теоретическая величина, более развернутую информацию о методиках вычисления можно подсмотреть в википедии.
Практический пример применения
У большинства из нас колонны имеют достаточно скромный диаметр, у кого-то медная, у кого-то нержавеющая колонна, но это выбор каждого. Самые распространенные диаметры, это 28-55 мм. Возьмем для примера самый распространенный из распространенных, медная ректификационная колонна 35 мм. Необходимо знать внутренний диаметр колонны, в этом случае будет 33 мм.
Объем участка колонны длиной 1 метр = 0.855 л. или 855 мл. Можно воспользоваться первым калькулятором.
Объем участка необходимо разделить на объем, "принимавший участие" в расчете.
855 : 100 = 8.55
Известно, что в 100 мл. входит 2 мочалки, общим весом 30.29 гр, необходимо умножить эти цифры на 8.55.
2х8.55 = 17.1 – теоретическое количество требуемых мочалок. 17 штук. Или 30.29х8.55 = 258.97 гр в весовом эквиваленте.
То есть, из полученных данных можно быть уверенным, что конкретное количество насадки в отрезке трубы 1 метр точно войдет и при равномерном распределении насадки по указанной длине мы получаем теоретические характеристики:
Высота насадочной части 1 метр
Теоретическая пористость насадки 86%
Теоретическое критическое поверхностное натяжение 0.075 H/м
Теоретическая площадь 13680 квадратных сантиметров или 1,368 кв. метра
Для упрощения задачи дальнейшего расчета по теоретическим единицам переноса (теоретические тарелки) уже создан калькулятор . Для желающих вникнуть в тонкости, могу подсказать книгу.
Реальная практика использования насадки
В реальной практике мы можем оперировать только теоретическими единицами параметров, но они на самом деле будут отличаться в каждом конкретном случае. Например, критическое натяжение поверхности сильно колеблется просто от химического состава дистиллята в колонне и будет не постоянным. Общая теоретическая площадь насадки тоже будет не постоянной в каждом конкретном случае, также нужно учитывать, что сама флегма в насадке меняет ее характеристики как в большую сторону, например за счет увеличения площади при возникновении пузырьков, так и в меньшую, когда она переохлаждена и на самом деле стекает ближе к стенке, "спуская" температурный градиент ниже по колонне без образования пузырьков. Но в темах и обсуждениях, лучше использовать "идеальные" теоретические параметры своих установок, чтобы не было недопонимания.
Также, зная параметры своей насадки, можно экспериментировать и подбирать необходимое количество по своему усмотрению, в любом случае, вы уже точно будете знать сколько насадки находится в конкретном случае в вашей колонне и поделиться своими практическими наработками с обществом.
Любители экзотических способов эксплуатации колонны могут попробовать сделать из своей насадочной колонны "тарельчатую". Для этого необходимо сделать плотные "пыжы" из насадки и расположить их сегментами по высоте колонны, чередуя пустыми участками. В таком случае вы получаете большие участки с дистиллятом через который проходит пар как в тарельчатой колонне. Можете использовать меньше насадки, создавая условия для образования участка накопившегося дистиллята в верхней части и т.п. 
Регистрация на форуме отключает почти всю рекламу.
