Какая насадка самая лучшая

Самое главное и самое дорогое в ректификационной колонне - это насадка. Чем она «лучше», тем, во-первых, выше качество спирта при прочих равных условиях, а во-вторых, её в колонне может быть меньше.

Какую насадку выбрать? Это первый вопрос, которым задается любой, кто начинает изготавливать ректификационную колонну.

Если говорить о «самодельщиках», то выбор у них невелик – делать надо из того, что можно достать. Обычно это нарезанная «китайская мочалка», продающаяся в хозяйственных магазинах, иногда «ректификационный рукав» для промышленных колонн, а сейчас все чаще «спирально-призматическая» насадка, которую можно добыть через Интернет. В результате работы с такими насадками у «форумистов» сложилось «общее» мнение, что самая лучшая насадка - это «спирально-призматическая». Естественно, в таком «не совсем честном соревновании» профессиональная насадка всегда будет выигрывать у «рукавов» и «мочалок».

А что лучше, «Зульцер рулонный» из сетки или «спирально-призматическая» насадка из проволоки? А это уже не корректный вопрос, поскольку сравнивать лучшие типы насадок только по их ИМЕНАМ, и не конкретизируя их характерные размеры, - вещь совершенно бессмысленная.

Порой приходится наблюдать, как спорят на форумах о том, какая «спирально-призматическая» насадка лучше – 3, 4, 5 или 10мм. Каждый из спорщиков приводит свои доводы, однако толковых и убедительных среди них нам не попадалось.

Поэтому, поговорим сейчас о том, «что такое хорошо, и что такое плохо» или как правильно сравнивать насадки разных размеров и даже разных типов.

Производители насадок обычно характеризуют свою продукцию гигантским количеством технических показателей:

1) удельная масса или насыпная плотностью [кг/л];
2) свободный объем [%];
3) удельная поверхность [дм²/л];
4) пропускная способность [(кг/ч)/м²];
5) высота теоретической тарелки [см];
6) статическое флегмоудержание [мл/л];
7) гидравлическое сопротивление [Па/м] или [мм.вод.ст./м];
8) прочность [кг/см²] (или предельная высота слоя [м]);
9) химическая инертность;
10) удельная цена [руб/л];
и т.п.

Необходимо их хотя бы кратко прокомментировать.

Показатели 1...3 являются чисто геометрическими и с помощью калькулятора легко пересчитываются один в другой, исходя из размеров и материала элементов. Если это сплошные тела, то вопросов к показателю 3 не возникает - это просто наружная поверхность всех элементов в литре насадки. А если материалом является проволока или сетка, то что это поверхность всей проволоки (исходя из её массы в литре и её диаметра), или площадь двусторонней плёнки, «натянутой» за счёт поверхностного натяжения на каркас получившейся конструкции? Чаще всего производители сообщают первое, поскольку в этом случае цифра удельной площади в несколько раз больше. Конечно, большая цифра и звучит более солидно, но не совсем честно - ведь в колонне работает именно плёнка на каркасе.

Показатели 4...7 относятся исключительно к конкретной жидкости. Т.е. если производитель насадки пишет цифру для этих показателей, то он обязан чётко написать, к какому веществу и при каких условиях эта цифра относится. К сожалению, мы, практически, нигде не видели такого рода четких комментариев.

Слава богу, что хотя бы к показателям 8-10 вопросов не возникает. А измерение прочности в метрах тоже понятно это такая высота слоя насадки, которая своим весом начинает разрушать собственные самые нижние элементы.

В действительности же для наших домашних спиртовых колонн, из всего этого многообразия показателей только два определяют практическую значимость насадки в колонне: пропускная способность и высота теоретической тарелки. Именно они, в конечном счете, определяют облик колонны (диаметр и высоту) и её стоимость.

Единство и борьба противоположностей

Надеемся, Вы прочитали более подробную информацию про два главных показателя насадки - пропускную способность ПС и ВЭТС, вместо которой мы договорились пользоваться МВРЗ насадки. Если второй показатель это просто высота ректификационной части колонны при выполнении одинаковых задач, то корень квадратный из величины обратной первому показателю, пропорционален её диаметру

D_к~(1/ПС)^1/2.

Понятно, что чем меньше МВРЗ и больше ПС, тем ниже и тоньше будет колонна - тем меньше в ней насадки, и тем колонна будет дешевле.

ПС насадки легко увеличить за счет увеличения её характерного размера, но, к сожалению, это приводит и к увеличению ВЭТС насадки (а, следовательно, и МВРЗ). Нам не известно ни одной насадки, у которой эта связь между этими показателями была бы иной.

На рисунке приведена связь между главными показателями для трёх ТИПОВ насадок:

№1 - «не профессиональная» насадка,
№2 и №3 - «профессиональные» насадки.

Мы приводим эти зависимости в качестве иллюстрации без цифр, и не называя насадок, поскольку связь между ПС и МВРЗ у каждой насадки абсолютно индивидуальна и форма кривых (выпуклось или прогнутость) тоже индивидуальна. Однако тенденция роста МВРЗ с увеличением ПС остается всегда, и, действительно, эти зависимости для двух разных насадок могут пересекаться!

Сравнение насадок можно проводить по совершенно разным критериям.

Критерий «высоты»

Поскольку МВРЗ это и есть высота ректификационной части колонны, то достаточно просто проанализировать этот график. Из него можно с уверенностью утверждать, что, насадка №1 самая худшая, поскольку график её МВРЗ лежит выше двух других во всем представленном диапазоне ПС.

О преимуществе насадок №2 и №3 можно судить только относительно точки их пересечения, в которой они абсолютно равноценны. Например, насадка №3 обладает лучшей, чем насадка №2, разделительной способностью в области малых ПС. И наоборот, в области больших ПС она по разделительной способности уступает насадке №2.

Критерий «объёма насадки»

Сравнивая только высоты, мы как-то забыли про производительность колонны, а это диаметр колонны. Поэтому на правом рисунке схематично изображены шесть колонн равной производительности с тремя разными насадками - три колонны при пропускной способности насадок ПС_А, и три колонны с теми же насадками, но с ПС_Б. Сравнение этих колонн корректно, поскольку все они решают одинаковую задачу - производят спирт одинакового качества, с равной производительностью и равными затратами энергии на каждый его литр.

Произвольные варианты сравнения колонн грешат неоднозначностью, и четкого понимания преимуществ одной насадки перед другой не получается. Сравните, например, колонны практически равной высоты - А₁ и Б₃. Отсюда, вроде бы, следует вывод о том, что насадки одинаковые. При таком подходе в сравнении насадок разница между ними лежит только в объёме насадки в колонне.

Кстати, объём насадки в любой из шести колонн пропорционален отношению этих двух показателей, взятых в соответствующих точках приведенных зависимостей, поскольку 1/ПС пропорциональна площади колонны:

V_н~МВРЗ/ПС

Проще всего насадки сравнивать при равной пропускной способности. В этом случае мы имеем колонны равных диаметров, но разной высоты. И вывод о преимуществе той или иной насадки однозначен - лучше та насадка, с которой колонна получилась ниже (с меньшим объёмом насадки)! При таком сравнении выиграли самые низкие колонны с разным типом насадки - А₃ и Б₂.

Критерий «цены»

Всё же, какая колонна лучше - «толстая и низкая» или «тонкая и высокая», ведь у них даже объёмы насадок одинаковые? Если учитывать только объёмы колонн, логично выбрать, казалось бы, более низкую колонну А₃.

Однако, при прочих равных условиях, цена будет все же меньше у колонны Б₂, поскольку:

стоимость насадки уменьшается при увеличении её ПС из-за снижения расхода материала, из которого она изготовлена;
колонны обычно разборные, и стоимость соединений для труб меньшего диаметра ниже, чем для труб большого диаметра;
известно, что увеличение диаметра колонны приводит к увеличению ВЭТС насадки. Таким образом, и в реальной конструкции колонны потери в МВРЗ будут меньше в меньшем диаметре колонны, а, следовательно, и объём насадки будет все же меньше.

При рассуждении о ценах колонн мы пока не учитывали, что каждый ТИП насадки различается по собственной стоимости [руб/л]. Привлечение этого показателя насадки может сыграть злую шутку в наших рассуждениях. Предположим, что насадка №1 - это нарезанная «китайская мочалка», в этом случае с большой долей вероятности «победит» по цене колонна Б₁, но, к сожалению, она уже может не «влезть» в потолки «хрущёвки»!

Говоря о «лучшести» той или иной насадки, надо учитывать весь комплекс рассмотренных выше показателей.

← пред.

В оглавление: Теория ректификации спирта

след. →