Насадки, применяемые в ректификационных колоннах (РК) в основном делятся на два типа:
- Регулярная (правильно уложенная) насадка
- Беспорядочная (засыпаемая внавал) насадка
К регулярным насадкам относятся Зульцер, хордовая, кольцевая (при правильной укладке), тарелки, блочная насадки и ряд других. Чаще они применяются на больших (промышленных) и бражных колоннах.
Беспорядочная насадка (насыпная) наиболее часто применяются и имеет хорошие показатели в колоннах с малыми размерами, т.е. для домашних самогонных аппаратов.
На сегодня наиболее перспективными и качественными считаются спирально-призматические насадки (СПН). Проволока, используемая для ее изготовления, должна быть пищевой и не вступать в химическую реакцию с агрессивными продуктами дистилляции/ректификации. Нержавейки пищевых марок и нихром, вполне удовлетворяют этим характеристикам, но известны случаи использования медных насадок, что, на мой взгляд, более рационально не на ректификационных колоннах (РК), а на бражных (БК) и аппаратах простой перегонки. Лично я использую финскую 100% пищевую нержавейку. Дабы не повторять информацию по ТТХ СПН и выходных параметрах продукта, полученного с ее помощью, перейду к вариантам СПН.
Принято считать, что оптимальные расчетные параметры этого наполнителя должны иметь размер примерно кратный 1/10 внутреннего диаметра колонны. Т.е. если внутренний диаметр 40 мм, насадка должна иметь размер 4 мм, или возле него. Да, если высота колонны и ФЧ будут соответствовать определенным условиям, получить спирт на такой насадке не составит труда, но... НО! – далее предоставляю информацию, которая собрана на практике, рассчитана на компьютере, и часто противоречит придерживающейся официальной теории, да и практике тоже.
Итак, предоставляю несколько видов насадки, которые с успехом мною производились и производятся, имеют соответствующие характеристики (уточню – это не единичная информация, а результат теории и БОЛЬШЕ – практического использования).
1. СПН «тройка»
Эта насадка зарекомендовала себя как одна из первых, которая круто перешагнула рубеж «колец Рашига», Зульцера, мочалок и подобных, с выдачей на гора продукта в разы качественнее с более четким отделением голов, и т.д, т.е. разделением на фракции. Первые варианты такой насадки даже не протравленные, готовы были круто соперничать с предыдущими насадками. Изменение поверхности проволоки, используемой в насадке, а именно придание ей шероховатости методом травления для большей удерживающей способности (большей смачиваемости), усилили свойства «тройки» намного и в лучшую сторону. На сегодня вопрос о не травленной насадке ушел в прошлое. Одно НО – цена насадки выросла, и выросла в основном за счет стоимости качественного металла, используемого для ее производства + использовании реагентов и способов для качественного ее травления. Такая насадка имела (имеет) наполнение 1350-1550-1650 грамм в литре объема, в зависимости от межвиткового сдвига, плотности витков и формы стенок самой призмы и др. технических моментов.
2. СПН «четверка»
С увеличением разделительных возможностей насадок, автоматически увеличился диаметр используемых труб для РК. С 25-ки, а то еще меньше, совершен прыжок на 40 и 50 трубы. Тут, согласно теории 1/10, автоматически начали использовать насадку в 4 мм. Дабы рационально использовать увеличенные параметры колонны, с «четверки» хотели взять и качество и скорость. Насадка в 4 мм работает. В литре такой насадки находится от 1250 до 1500 грамм проволоки.
Подробнее о разных видах насадки.
СПН «тройка»
Модификаций этой насадки множество. Программа, которая мне помогает вычислить исходные параметры насадки (длина грани, загиб грани призмы, длина сегмента, натяжение, межвитковый зазор и межвитковый сдвиг,..), намного облегчила участь в получении оптимального наполнителя для колонн с разными ее параметрами.
Я и раньше замечал очень существенный разброс в параметрах насадки, связанный в первую очередь длиной сегмента. Дабы воочию убедиться, насыпал в стеклянные цилиндры и утрамбовывал соот-но.
Насадка с длинными сегментами (1,5-2 длины от размера по диаметру) ложилась больше равномерно горизонтально и давали большое НАОЧНОЕ! сопротивление, особенно если она сильно «пушистая» (с большим межвитковым сдвигом). Но на практике такая насадка больше годится не как для разделения, как основы, а как для укрепления и скорости отбора. Оптимум ракой разветвленной насадки был найден – длина сегмента находилась в пределах диаметра самой СПНки, или даже меньше.
Насадка с сегментом равным диаметру насадки, «пушистая». Она зарекомендовала себя как хорошая СПН как по скорости так и по разделению. Один ее минус – большое размазывание голов и стабилизация колонны после смены режимов работы.
Насадка со средним и малым углом сдвига витков (УСВ). Такая насадка у меня в первую очередь заняла основное место в производстве и опытах над ней. И я не ошибся. Разделение СПН с малым и средним УСВ оказалось выше, чем у СПН с большим УСВ. Дабы не утруждать цифрами о количестве тарелок, режимах работы, и т.д., добавлю – насадка с малым УСВ намного! качественнее и четче отделяет головы.. Минусы ТАКОЙ насадки – скорость отбора тела уменьшается до 7-8%, более ранний захлеб, и, желательный более длительный режим работы «на себя» после отбора голов и продувки колонны. Это связано с большим удержанием такой насадки, ее сопротивления, и мест глухого переиспарения.
СПН «четверка»
На сегодня я очень осторожно отношусь к такому размеру насадки. Осторожно потому, что на 40-50 мм внутреннего диаметра колонн, для более качественного продукта можно использовать иные размеры и виды СПН.
Т.к. на таких диаметрах колонн скорость пара конечно выше, кол-во стекающей флегмы тоже, то, соответственно и пристеночный (пагубный в данном случае) эффект усиливается. Крупная насадка, а еще и с развитой поверхностью, уложенная в таких трубах, имеет большие зазоры и мало снимает пристеночной флегмы, тем самым сводя на нет саму суть высокой производительности за счет диаметра. Почти однозначный диагноз для 40-50 диаметров для РК – это СПН с малым или средним сдвигом витков. Для БК – средний и большой УСВ.
Модификации СПН
Не останавливаясь на банальном копировании СПН, я все же больше создаю, экспериментирую и видать добиваюсь. Для этих целей использую смеси спирта от высокого (15-20%) его содержания, до малого(5-2%). Далее подробнее.
Бытующее мнение об использовании проволоки для «3» - 0,3 и, скажем для «4» - 0,4 как панацеи, считаю неким консервативным заблуждением, или может безысходностью. Тут я вижу варианты, часто с бесконечными тоже вариантами. А посему в подтверждение – СПН «тройка» на проволоке 0,4 имеет право на жизнь. Да, удорожание насадки, вес ее, это никуда не денешь, но равноразмерная «3» и «4» на 0,3 и 0,4 проволоке работают по разному. Уточню – разделение на 0,4 выше.
Регулярный асимметричный наполнитель (РАН)
Внешне такая насадка определяется как набор в сотни разноразмерных форм. Тут не только длина сегмента, но и УСВ, межвитковый, и т.д. Это внешне. Не буду углубляться в сложности процесса ее изготовления, продолжу... Физика же единицы объема РАН такова, что в любой меньшей единицы объема за общий объем насадочной части колонны, физич. свойства РАН одинаковы.
Компьютерная программа, куда заложен диаметр колонны, ее высота и т.д, сама задает и натяжение, и длину сегмента, и угол сдвига, и др. составляющие, что как бы эту насадку не уложил, в сумме она единообразна и не имеет «мостиков хода». Уплотнение такой насадки (РАН) качественно лучше и большее. На сегодня проверены характеристики уплотнения 2,070 кг/л, и в процессе 2,350 кг/л.
Насадка РАН проверена на колоннах от 30 до 50 мм, и наиболее качественно зарекомендовала на 38-42 мм колоннах.
Плюсы – существенно уменьшился пристеночный эффект, разделение кардинально улучшилось, возможно использовать на колоннах с малой высотой с аналогичными характеристиками рядовой СПН меньших диаметров и высотой около 1,5-1,7м.
Минусы – производительность (за счет разделения) по скорости меньше до 10%, укладывание РАН требует определенной техники (колонна ставится под 30-45 град, медленно засыпая насадку ПОД УГЛОМ, и через каждые 15-20 см слоя РЕЗКО но не сильно постукивать по трубе снизу, не смещая наклона колонны. Только после заполнения царг/колонны, фиксируем насадку путанкой/заглушкой, и тогда насадка РАН будет работать на полную производительность).
Изготовление РАН занимает намного больше времени по сравнению с СПН, увеличивает в разы выход отрезков проволоки (технологически это для НЕЕ нормально), и, соответственно, увеличивает ее стоимость.
На сегодня более перспективной насадки я не видел.
Двойная СПН и тройная СПН (ДСПН и ТСПН)
Внешне эта насадка похожа на СПН, но существенно тяжелее. ЕЕ изготовление занимает много времени, но это того стоит.
Суть ДСПН и ТСПН в том, что каждый сегмент вмещает в себе еще одну СПНку внутри и (или) две соответственно. Плотность в литре=1,800-2,250кг и больше. Насадка не рассыпается и плотно удерживается одна в одной. Не шуршит и не создает шума.
Согласно опытам, такая насадка отлично зарекомендовала себя на более малых диаметрах, до 32 мм. На метровой трубе получен спирт с отличной органолептикой на скорости отбора около 450мл/час, и это далеко не предел. Головы отходят настолько резко, что можно сравнить: «шли-шли, и пропали». Это на ДСПН. ТСПН показала малоощутимые плюсы, хотя спирт на выходе был явно чище.
Минусы – потери в скорости отбора на 3-5% (по отнош. к ДСПН).
На больших диаметрах (40-50) ДСПН и ТСПН не дотягивает по скорости/качеству к РАН, но разделение по сравнению с одинарной (банальной) СПН намного лучше. Приблизительные потери по скорости/качеству (по сравнению с СПН) равны около 20%.
Моменты ее изготовления – для правильного задания формы ДСПН и ТСПН необходимо соответствующее программное обеспечение, матрица. Тут важен не только размер, но и межвитковый зазор внешних спиралей, и внутренних. Зазоры каждого слоя намного увеличены, второго стоя (и третьего тоже) тоже. Тем самым, получающийся эффект таков, что пар/флегма, просачивающиеся сквозь витки, наталкиваются на встречные, тем самым определяя свойства насадки...
До конца ДСПН и ТСПН не изучены. Испытания показывают перспективу, возможно сравнимую с РАН, а пока большое значение в характеристиках двух и трехслойных СПН имеет толщина использования проволоки в каждом ряду. И как факт – разброс в диаметрах 1 и 2 ряда проволоки на 5 сотых миллиметра играет очень позитивно. Но это пока еще в разработке...
Фотографии насадки
- «Пушистая» СПН 3,3 мм не травленая
- СПН-4 с малым УСВ не травленая
- СПН -3,3 средний УСВ травленая
- РАН травленая (не полный ассортимент!)
- ДСПН/ТСПН не травленая
- Путанка-удержатель/заглушка