Kolumna emulgacyjna

[andrzejg11]

Podobnie Krell wyszczególnia dwa obszary przepływów turbulentnych wprowadzając równania linii spadku ciśnienia jako zależność dp/h = cf^n, przy zmiennej wartości n dla poszczególnych obszarów pracy kolumny. Drugi z obszarów turbulentnych byłby odpowiednikiem emulgacyjnego trybu pracy (ob. Krell str. 171). Wspomniane są tam również prace i odkrycia Kafarowa w zakresie inwersji faz i emulgacji cieczy, dla ktorej drastycznie zwiększa się hold-up oraz spadek ciśnienia w kolumnie.
Dla mnie to jest właściwie to samo zagadnienie. Utrzymać punkt pracy kolumny jako bliski zalaniu a zatem ciśnienie w kolumnie na odpowiednim poziomie (tylko jest problem ile powinno ono wynosić i jak ustalić jego wartość). Prawdopodobnie będzie ono odniesione w jakiś sposób do mocy zalania z odpowiednim marginesem, który zostanie ustalony w drodze doświadczalnej.
Prezentowane w książce Stabnikowa rozwiązanie kolumny emulgacyjnej prawdopodobnie pracuje dokładnie na granicy zalania - w kolumnie i na głowicy zachodzi inwersja faz - ciecz idzie do góry, przelewa się przez głowicę, a nadmiar skraplany jest ostatecznie i wprowadzany do podstawy kolumny (poprzez boiler) , co powoduje schłodzenie i zmniejszenie przepływu. Tworzy się sprzężenie zwrotne, które utrzymuje ten stan rzeczy. Tylko że nie wydaje się to to rozwiązanie być ani stabilne ani zapewniające czystość produktu końcowego, chyba lepsza będzie kontrola ciśnienia.
Co do innych spraw:
Podobnie jak @Zbyszek miałem niestabilną pracę przy niskich obciążeniach, kombinowałem z syfonami, stabilizacją i podobnie problemy skończyły się po dociążeniu kolumny.
Problem jest tylko jeden - ustalenie punktu pracy kolumny przy większym obciążeniu jest na pewno trudniejsze, niż w przypadku obciążeń niższych (pewnie z powodu stromości krzywej po prawej stronie siodła). Dodatkowo najlepiej byłoby będzie utrzymać punkt stabilności na szczycie siodła. Trudno sterując ręcznie zapewnić ten właśnie punkt pracy, bez gruntownej znajomości punktu zalania kolumny. Konieczne sterowanie na podstawie zmian ciśnienia.
pozdrawiam
andrzejg11

[Akas]

Wykres który przedstawił @andrzejg11 pokazuje, że dla pierścieni Raschinga HETP zmienia się jedynie o kilkanaście procent.
Jeżeli zmniejszymy moc grzania na 80% mocy zalania, to spadek rozdzielczości nie przekracza już kilku procent.
Przy założeniu, że nasze sprężynki zachowują się podobnie to ja nie widzę potrzeby aptekarskiego utrzymywania kolumny na zaczątku zalania, ani w jakieś stałej odległości od tego zalania. Na przesuwanie się punktu zalania ma też duży wpływ wielkość odbioru , więc mamy następną zmienną do analizy. Nawet jak sobie z tym poradzimy to o ile poprawimy HETP?
Osobiście jestem zwolennikiem (przy odbiorze właściwym) stałych mocy grzania , stałych ilości par i stałych ich prędkości, oraz prowadzenia procesu z taką krzywą odbioru, aby zachować stabilność temperaturową w nawet w najniższych partiach kolumny. Jeżeli widzimy, że pomaga podział wypełnienia , centrowanie , czy też małe bufory (mini-kotły) to ten kierunek może dać dużo lepsze rezultaty niż wyśrubowana optymalizacja prowadzania procesu na jednolitym usypie.

[cemik1]

Trochę doczytałem o tej emulgacyjnej kolumnie w tym wątku. Chodzi w niej o to, aby utrzymać w kolumnie pewien poziom cieczy niezależnie od mocy grzania. Poziom ten jest ustalany wysokością odwróconej U rurki. Zachodzi tam (w zalanej części kolumny) dynamiczna i bardzo efektywna wymiana para-ciecz. Dodatkowa chłodnica 7 jest wymagana, aby skroplić pary, które mogą się wydostawać z U rurki do odpowietrzenia. Przybliża to trochę poniższy rysunek:

Jest na nim kilka nieścisłości. Na wlocie pary nie powinno być przewężenia, powinna tam być rzeczywista półka do odbioru flegmy i dobrze jest dać zawór obejściowy na U rurce (dolny w oryginalnej ilustracji).

[zbyszek1281]

Na ostatnim rysunku jest coś czego nie rozumiem.Pokazany rozpylacz pary ma działać jak eżektor rozpylając w formie emulsji podsysaną flegmę z u-rurki. Co ciekawe z dna kotła gdzie jest z reguły flegma wyczerpana
Poprzedni rysunek z kolumną po lewej jest bardziej czytelny.Spływajacy spirytus jest zasysany przez eżektory zasilane parą z kotła. W wyniku tego procesu powstaje emulsja spirytusu i pary kierowana na wypełnienie

[cemik1]

Działa to jednak nieco inaczej. Para z kotła podawana jest klasycznie na dól kolumny. Tam znajduje się coś na kształt półki rzeczywistej. Flegma nie spływa wprost w dól, ale jest zwracana przez u-rurkę. Zapewnia to utrzymanie stałego poziomu cieczy w kolumnie, wyższego od góry syfonu ze względu na obecność pęcherzyków gazu i niższą od flegmy gęstość. Niezależnie od mocy grzania zachodzi w tym obszarze kolumny praca emulgacyjna. W całej kolumnie jest wypełnienie rozpraszające gaz.
Dla mnie jedyną zagadka jest jak rozwiązać punkt odbioru flegmy z dołu kolumny i uniemożliwić jej spływ wprost do kotła. Nie znalazłem też jeszcze opisu praktycznej realizacji takiej kolumny w warunkach amatorskich.

[zbyszek1281]

Jak rozumiem wypływ pary z kotła przez rozpylacz jest jednokierunkowy.Powrót flegmy jest przez u-rurkę Natomiast na poprzednim rysunku stały poziom zapewnia półka rzeczywista zasilana skroplonym spirytusem. Pary z kotła wychodzą tradycyjnie grzybkami półki. To w takim razie jak powstaje emulsja, która powinna stanowić mgłę z pary i drobin cieczy

[cemik1]

Stały poziom w obydwu przypadkach zapewnia syfon (u-rurka). Emulsja powstaje w wyniku rozpraszania pęcherzyków gazu na wypełnieniu w obecności zalegającej w kolumnie cieczy. Jest to praca tak jak w warunkach zalania (obecnosć cieczy i pary) bez szkodliwych skutków zalania. Para przedostaje się do chłodnicy a flegma spływa dodatkową rurką do kotła.

Dyskusja trochę odbiegła od głowicy puszkowej. Czy mogę prosić o utworzenie nowego tematu - kolumna emulgacyjna i przeniesienie tam ostatnich postów?

[andrzejg11]

Popieram prośbę kol @cemika, bo temat kolumny emulgacyjnej jest arcyciekawy

andrzejg11

[andrzejg11]

Witam
Schematy przedstawione przez @cemika/Stabrikowa pochodzą z książki "Osnowy masopieriedaczi" VV Kafarowa - autora teorii i rozwiązania praktycznego. . Link do tej książki znajduje się tutaj
Opis zjawiska emulgacji wraz ze schematami kolumn i opisem działania znajduje się na stronach od 292 do 312.
Mamy też takie opisy :
http://alcodrink.ru/modules/Articles/ar ... toryid=180
http://alcodrink.ru/modules/Articles/ar ... toryid=168

Konstrukcja tej kolumny wydaje się być realna w warunkach amatorskich. Na razie
pozdrawiam
andrzejg11

[macius]

Przebrnąłem przez to dwa razy, myślę, że zasadę działania mniej więcej rozumiem. Tylko nie wiem czy dobrze rozumiem celowość stosowania tego rozwiązania
bo z tego co zrozumiałem, boczny powrót flegmy, zapobiega zalaniu kolumny wyżej niż na to pozwoli wysokość u-rurki, zatem możemy działać pod większym obciążeniem i z większą wydajnością, nie tracąc jednocześnie na jakości produktu.
Poprawne wnioski wyciągnąłem?

Niestety, rosyjski jest mi nieznany, a tłumaczenie google dużo nie pomaga

[andrzejg11]

Mam nadzieję, że jutro przetłumaczę obszerne fragmenty Kafarowa tak jak umiem
pozdr. @andrzejg11

[ Dodano: 2011-09-08, 16:35 ]
Oto pierwsza część tłumaczenia (str 291-292) proszę o ewentualne korekty:
Opis zachowań i reżimów pracy systemów dwufazowych w zależności od prędkości gazu w pełnym przekroju kolumny
Spadek cisnienia w systemach dwufazowych:
Obserwacje i wielokrotne pomiary oporu (dynamicznego) systemów dwufazowych w kolumnach z wypełnieniem pozwoliły ustanowić powstające w wypelnieniu tryby pracy i charakterystyczne punkty przechodnie (rysunek 157). Przy malych gęstościach orosienia i niewielkich prędkościach gazu powstaje tryb laminarny przy którym ciecz porusza się od elementu do elementu wypełnienia w postaci kropel i strug. Wzajemne oddzialywanie pomiędzy fazami odbywa się na powierzchni zwilżonych elementów wypełnienia .
Ten reżim może zakończyć się w pierwszym punkcie przegięcia w tak zwanym punkcie zahamowania gazu, przy tym prędkość gazu zmniejsza się z powodu odpowiednio dużej prędkości cieczy poruszającej się przeciwprądem. Ten punkt leży tym wyżej niż czym większa gęstość orosienia. Jednakże punkt zahamowania nie zawsze wyraźnie objawia się.
Ponad tym punktem można obserwować powstanie reżimu pośredniego obserwowanego przy strumieniowo–filmowym ruchu cieczy. Ciecz pokrywa wypelnienie w postaci ściekającej cienkiego filmu i oddzielnychstrug. Wzajemne oddzialywanie pomiędzy fazami zachodzi na powierzchni filmu i w punktach kontaktu cieczy z poszczególnymi elementami wypełnienia.
Film i strugi cieczy przyhamowują strumień gazu i tworzą się lokalne wiry.
Dalsze zwiększanie prędkości gazu wywołuje początek podwieszania cieczy w wypełnieniu (punkt podwieszenia) kiedy ciecz w w wielkiej ilości utrzymuje się przeciwprądowo poruszającym się gazom. Wzajemne oddziaływanie między fazami zachodzi na powierzchni turbularyzowanego filmu cieczy, dlatego reżim hydrodynamiczny może być określony jako „reżim turbularyzacji systemu dwufazowego na powierzchni wypełnienia”.
Dalsze nagromadzenie cieczy w wypełnieniu doprowadza do tego, że wzajemne oddziaływanie pomiędzy strumieniami i na zwilżonej powierzchni wypełnienia przenosi się w całą objętość. To charakteryzuje się pojawieniem pryncypialnie nowego reżimu hydrodynamicznego – reżimu emulgacji.
Reżim emulgacji – obszar swobodnie rozwiniętej turbulentności powstaje w wypełnionych kolumnach powyżej punktu inwersji faz.
Rozwój turbolentności w każdej fazie w objetości wypełnienia doprowadza do tego, że do turbulentch pulsacji zaangażowują się powierzchnia rozdzialu faz. ???
W tym reżimie traci sens pojęcie o rozproszonej i stałej fazie, ponieważ fazy nieprzerwanie przechodzą inwersyjnie w gaz, w ciecz, stanowiąc fazy stałe lub rozproszone. Przy tym fazy naszpikowane są bardzo wielką ilością mikroskopijnych zawirowań. W tych warunkach istnieje hydrodynamiczny, stabilny, system „emulgowanej” cieczy, gazowe wiry powstają i przemieszczają się bez przerwy, przenikają w zawichrowaną ciecz, w której także nieprzerwanie powstają i przemieszczają się zawirowania cieczy. W odróżnieniu od pierwszych dwóch punktów (punktu zahamowania gazu i punktu podnoszenia cieczy ) punkt inwersji nagle pojawia się i wyraźnie jest wykrywalny.

Punkt zadławienia odpowiada warunkom kiedy wysokość warstwy gazo-cieczowej (paro-cieczowej) emulsji będzie większa od wysokości warstwy wypełnienia i nad wypełnieniem będzie gromadzić się warstwa cieczy przedstawiając sobą barbotażową (pęcherzykową) warstwę z intensywnym przemieszczaniem

[ Dodano: 2011-09-09, 19:48 ]
Dalsza część tłumaczenia Kafarowa - zasada działania kolumn emulgacyjnych starałem się tłumaczyć w miarę dosłownie - stąd jest to trochę po polskiemu, ale chodzi o oddanie rzeczywistych sformułowań tekstu źródłowego aby uniknąć własnych interpretacji .....


Kolumny z zatopionym wypełnieniem (kolumny emulgacyjne)

Jedną z podstawowych przyczyn małej efektywności wypełnionych kolumn pracujących w zwykłych warunkach hydrodynamicznych jest nierównomierność rozprowadzenia cieczy po powierzchni wypełnienia.
Ciecz ściekająca po wypełnieniu tworzy kanały w rezultacie czego nagle zmniejsza się powierzchnia kontaktu pomiędzy nią i parą. Zwiększa się grubość warstwy ściekającej cieczy pogarsza się wymiana ciepła i wymiana masowa. Trudność równomiernego rozprowadzania cieczy po wypełnieniu szczególnie wzrasta przy zwiększeniu średnicy kolumny w wyniku czego kolumny z wypełnieniem dużej średnicy poniżej punktu inwersji pracują gorzej niż kolumny małej średnicy i zdolność rozdzielcza tych kolumn jest niewielka.
Optymalny reżim pracy kolumn z wypełnieniem – reżim emulgowania istnieje w stosunkowo małym interwale prędkości strumieni. Górnym przedziałem staje się zadławienie kolumny to jest nagromadzenie cieczy nad wypełnieniem, a dolnym zanikanie gazowo-cieczowej emulsji. Ponieważ zdolność rozdzielcza kolumny z przejściem do reżimu emulgacji wzrasta w sposób nagły to praca kolumn z wypełnieniem zwykłej konstrukcji w tym reżimie realizuje się przy jednej , stałej prędkości przeplywu strumieni.. Dlatego reżim emulgacji niezbędne jest stabilizować.
Przechodzenie fazy gazowej w ciekłą i na odwrót i osiądnięcie reżimu emulgowania w kolumnach z wypełnieniem można osiągnąć także, jeśli wolną objętość wypełnienia (pomiędzy wypełnieniem.... moje) zapełnić cieczą i organizować proces w taki sposób, żeby wyprowadzać w jednostce czasu z dolnej części kolumny dokładnie taką samą ilość cieczy, jaka dostaje się na orosienie w jej górnej części.
Wtedy strumień gazu (wpływającego) do wypelnienia rozbija się na oddzielne strugi przeszywające ciecz. Konstrukcyjna forma takiego schematu pokazano na rysunku 162 i 163. Odprowadzenie cieczy z niższej części kolumny możliwy jest poprzez specjalną rurę przetokową wykonaną w postaci odwróconej U-rurki, która wraz z kolumną przedstawia sobą naczynia połączone. Na rurach przetokowych zainstalowane są zawory, które pozwalają utrzymać poziom mieszaniny gaz-ciecz równy wysokości warstwy wypełnienia dla wszystkich reżimów pracy kolumny. Podobna organizacja procesu zabezpiecza w kolumnie taki rozdział strumieni faz gazowej i cieczy, które są analogicznie do rozdziału strumieni w zwykłej kolumnie z wypełnieniem, która pracuje w reżimie emulgacji.
Konieczność zastosowania (produkcji) urządzeń dla dystrybucji cieczy wynika z tego, że w reżimie emulgacji przy równomiernym rozdzieleniu faz na średnicy kolumny odbywa się automatycznie. Podział wypełnienia na oddzielne warstwy między którymi ma miejsce objętość separacyjna (chodzi tutaj o podział wypełnienia) jest niedostępne dla kolumny pracującej w rezimie emulgacyjnej. (chodzi tutaj zapewne, że nie można dzielić wypełnienia na partycje dla kolumny emulgacyjnej). Wymieniona objętość separacyjna (przerwa między partycjami) zapełnia się przy pracy cieczą, która intensywnie miesza się z parą przy czym cyrkulacyjne strumienie zaczepiają się o graniczne warstwy wypełnienia, zachodzi zmieszanie cieczy z różną koncentracją i tym samym narusza się efekt separacji na określonym odcinku pracy wypełnienia.
Niezbędnym warunkiem dla oporowego sita dla kolumny z zatopionym wypełnieniem jest duża swobodny (efektywny) przekrój , większy, lub równy swobodnemu (efektywnemu) przekrojowi wypełnienia. To jest niezbędne, dlatego, że te kolumny powinny pracować przy maksymalnych obciążeniach pary i cieczy, a niewystarczający swobodny (efektywny) przekrój sita może ograniczyć zdolność przepustową kolumny, to jest naruszyć jej normalną pracę. Dlatego konstrukcja oporowych sit w postaci płaskich płyt z wywierconymi otworami jest nieprawidłowa. Należy stosować konstrukcje sita w postaci rusztu.
Poniżej sita oporowego w kolumnie przewidziano urządzenie dla wprowadzania par i odprowadzania cieczy. Przy dużej średnicy kolumny pary wprowadzane są nie przez jeden, . a przez kilka kołpaków po to, żeby zabezpieczyć dostatecznie równomierne rozdział pary przy wejściu w wypełnioną część kolumny.
Wyprowadzenie cieczy z kolumny i podanie jej do kotła odbywa się przez przetokową rurę w kształcie odwróconej U-rurki, która wyposazona jest w zawór hydrauliczny i urządzenie dla wytworzenia syfonu w górnej części. Przy pracy pod ciśnieniem atmosferycznym górna część przetokowej rury może mieć połączenie z atmosferą. Przy pracy próżniowej gorna część rury przetokowej powinna mieć połączenie z przestrzenią która posiada ciśnienie takie same jak górna część kolumny