Трезво и разумно об алкоголе и самогонных аппаратах
Главная \ Дистилляция и ректификация \ Ректификация. Тепломассообмен. Принцип работы колонны.

Ректификация. Тепломассообмен. Принцип работы колонны.

Тепломассообмен — основное явление, на котором построен процесс ректификации.
Тепломассообмен происходит в жидких и газообразных средах.


 Условия для возникновения тепломассообмена:

  1. Имеется герметично закрытый объём с внешним источником тепла и охлаждения;
  2. Данный объём заполнен жидкостью или газом, которые могут перемещаться;
  3. Температура вещества в данном объёме распределена неравномерно (следствие п.1). 

Чем больше в залитой жидкости содержится различных компонентов с разными температурами кипения (парообразования), тем более выражено будет происходить тепломассообмен.
В браге содержится порядка 100-150 составляющих, из которых мы должны отобрать интересующий нас только один компонент — этиловый спирт.

 

Компонент Температура кипения, °С
Муравьино-этиловый эфир 54,3
Ацетон 56,0
Метиловый спирт 64,7
Уксусно-этиловый эфир 77,8
Этиловый спирт 78,4
Изопропиловый спирт 82,4
Изоамиловый спирт 91,1
Сивушное масло 90-130


Процесс тепломассообмена выглядит следующим образом:

  • Пар поднимается, конденсируется на холодильнике в верхней части колонны, и в виде капель стекает вниз по внутренней стенке колонны.
  • Температура капли несколько ниже температуры пара. 
  • Капля катится вниз, навстречу ей поднимается пар — образуется так называемый противоток.
  • Поднимающийся пар нагревает стекающую каплю, а капля в свою очередь остужает пар.
    Для отдельно взятой капли эти значения минимальны (тысячные доли градуса), но капель на самом деле много и пар постепенно начинает заметно охлаждаться. Это и есть теплообмен.
  • Высококипящие элементы (температура кипения которых выше температуры капли в данный момент, красный цвет в таблице) начинают конденсироваться на поверхности капли.
    В тоже время, капля нагревается от пара, и из неё начинают активно выпариваться низкокипящие компоненты (синий цвет в таблице).
    В результате пар обогащается низкокипящими фракциями и обедняется высококипящими, а капля наоборот — обогащается тяжёлыми компонентами и обедняется лёгкими. Так происходит массообмен.

     

принцип работы ректификационной колонны тепломассообмен


Принцип работы ректификационной (бражной) колонны.

  • Поскольку температура в колонне распределена неравномерно (внизу теплее, вверху холоднее), то пар вверху колонны постепенно становится более насыщенным лёгкими компонентами (низкокипящие фракции, синий цвет таблицы), а тяжелые компоненты (высококипящие фракции, красный цвет таблицы) смываются вниз колонны.
  • В колонне таким образом через некоторое время происходит разделение и «выстраивание» фракций.
  • При достаточной высоте колонны на «верхних этажах» скапливаются и концентрируются низкокипящие фракции (головы), затем в средней части колонны собирается этиловый спирт (тело), а на «нижних этажах» остаются высококипящие фракции фракции (головы).
  • После данного разделения фракций и их выстраивания в колонне, следует их поэтапный отбор.

См. также — Ректификация. Основные понятия. Головы, тело и хвосты.

Яндекс.Метрика