1

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.

  • scrubber.jpg
    size: 70.55Кб type: jpg
  • scrubber2.jpg
    size: 81.54Кб type: jpg
  • scrubber3.jpg
    size: 87.11Кб type: jpg
  • scrubber4.jpg
    size: 88.64Кб type: jpg
  • scrubber5.jpg
    size: 158.19Кб type: jpg
У вас в жизни всегда будет все, что вы хотите, если вы будете помогать другим людям получать то, чего хотят они.
Внимание! Через приват НЕ КОНСУЛЬТИРУЮ! Пишите в паблик.

2 (2018-05-16 17:10:43 отредактировано SVS15)

Re: Определение характеристик насадки для ректификационной колонны

Иван спасибо за данную тему! Многим новичкам она поможет не один раз! Где вы на все находите время :(
Пошел считать для своей РК.

РК с вертикальным дефлегматором из нержавейки 53мм. Тема Наши Аппараты

3

Re: Определение характеристик насадки для ректификационной колонны

Иван, привет.

Некоторые шаги в определении пористости можно упростить, если вспомнить, что мочалка сделана из стали и ее плотность (а следовательно, и объем) известны.

4

Re: Определение характеристик насадки для ректификационной колонны

Piper,можно и упростить 7.7-7.9 на кубик см., но надо проверять, хрен знает что там с этими мочалками, китай все-таки. Кстати, толщина уже сильно влияет, можно ведь кубический сантиметр в колонну бросить, но он так и будет кубиком лежать, а его площадь будет маленькой (6 кв сантиметров всего) в сравнении с раскатанным в фольгу тем же кубиком.  То есть, чем тоньше элементы, тем больше площадь.

У вас в жизни всегда будет все, что вы хотите, если вы будете помогать другим людям получать то, чего хотят они.
Внимание! Через приват НЕ КОНСУЛЬТИРУЮ! Пишите в паблик.