Дистиллятор колонного типа

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к спиртовому производству, в частности к аппаратам для получения пищевого этилового спирта, может быть использована для утилизации легкопортящихся сельскохозяйственных продуктов путем переработки их в этиловый спирт в условиях небольших помещений на производстве или в быту и может быть использована при производстве дистиллированной воды и очищенной воды из загрязненной.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известен патент RU № 171604U1, МПК B01D3/00, опубликован 07.06.2017, по которому дистиллятор колонного типа, содержит перегонный куб со съемной крышкой, первую вертикальную колонну, представляющую собой прямоточный кожухотрубчатый теплообменник по типу труба в трубе, соединительное колено, вторую вертикальную колонну-конденсатор, носик выхода продукта. Вертикальная колонна разделена по горизонтали на две части, нижняя из них - царга, верхняя из них - дефлегматор, представляющий собой многотрубочный теплообменник, при этом все узлы имеют жесткое разъемное крепление хомут-стяжка.
Недостатками данного дистиллятора являются низкая производительность и эксплуатационные характеристики аппарата.
Известен патент RU № 173779 U1, МПК B01D3/00, C12G3/12, опубликован 11.09.2017, по которому дистиллятор содержит перегонный куб, соединенную с ним вертикальную колонну, представляющую собой прямоточный кожухо-трубчатый теплообменник по типу труба в трубе, который содержит две части: ниже царгу, выше дефлегматор. Соединительное колено связывает дефлегматор с расположенным вертикально вторым теплообменником такой же конструкции, являющимся конденсатором. Съемная крышка куба оснащена температурным датчиком со щупом и клапаном сброса давления, дефлегматор и конденсатор представляют собой многотрубочный теплообменник.
Недостатком данного аппарата является недостаточное охлаждение и конденсация спиртовых паров в теплообменниках. Так же отсутствует вентиль для слива жидкости из перегонного куба, что затрудняет обслуживание аппарата после процесса перегонки.
Известен патент RU № 182022 U1, МПК B01D 3/04, F28B 1/02, опубликован 31.07.2018, по которому устройство для получения спирта содержит емкость, царгу, дефлегматор, два отвода под 90°, в одном из которых установлен ниппель для крепления термометра, кожухотрубный теплообменник, при этом кожухотрубный теплообменник состоит из трубок для прохождения спиртосодержащих паров, поперек которых установлены перегородки, имеющие отверстия, плотно прилегающие к поверхности трубок, а также проход к краю для повышения напора воды, при этом расположение проходов в кожухотрубном теплообменнике устанавливается таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразный интенсивные поток воды.
В устройстве отсутствует вентиль для слива жидкости из перегонного куба, что затрудняет обслуживание аппарата после процесса перегонки.
Известен патент RU 187827 U1, МПК B01D 3/02, C12H 6/02, C12P 7/06, опубликован 19.03.2019, содержащий перегонный куб, съемная крышка которого оснащена температурным датчиком и клапаном сброса давления, царгу, дефлегматор, поворотный патрубок без термометра, поворотный патрубок с термометром и холодильник. Перегонный куб дистиллятора содержит встроенный ТЭН с плавным линейным регулятором мощности.
Недостатком данного устройства является низкая скорость переналадки оборудования, большие простои при многократном последовательном цикле перегонки.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является патент RU 187825 U1, МПК B01D 3/02, B01D 3/04, B01D 3/28, B01D 3/32, C12H 6/02, C12P 7/06, C12F 1/04, опубликован 19.03.2019 содержащий перегонный куб из нержавеющей стали, в котором в нижней части установлен вентиль для слива остатков из перегонного куба, съемную крышку, которая с помощью крепления хомута-стяжки герметично пристегивается к перегонному кубу. В съемной крышке установлен термометр со щупом, который позволяет измерять температуру кипения жидкости в перегонном кубе, установлен клапан сброса давления, который в случае перегрева и опасного увеличения давления в перегонном кубе сбрасывает лишний пар, тем самым обеспечивая безопасную работу устройства.
Недостатком данной полезной модели является низкая производительность дефлегматора и холодильника.
Недостатки прототипа устраняет заявляемое техническое решение.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Технической задачей является снижение потребления воды, повышение производительности устройства за счет ускоренного теплообмена.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное решение является повышение производительности устройства за счет ускоренного теплообмена.
Технический результат достигается тем, что трубки дефлегматора и трубки холодильника выполнены из меди, тогда как другие узлы аппарата из нержавеющей пищевой стали. У меди коэффициент теплопроводности равен 385 Вт/(м*К) при температуре 0°С, у нержавеющей стали при таких же условиях 17,5 Вт/(м*К). Данные коэффициентов теплопроводности взяты из таблицы http://www.oglib.ru/tabl/table7.html. Таким образом теплопроводность меди больше теплопроводности стали в 22 раза. Это позволяет повысить эффективность дефлегматора и холодильника, увеличить скорость охлаждения паров спирта при перегонке используя меньший объем воды и повысить производительность аппарата, т.к. больший объем пара в медных трубках может охладиться в одинаковую единицу времени по сравнению с нержавеющими трубками.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 – Дистиллятор колонного типа.
Фиг. 2 – Дистиллятор колонного типа (варианты).
На фиг. 1-2 указаны следующие позиции:
1 – перегонный куб;
2 – кран;
3 – заглушка под ТЭН;
4 – зиг;
5 – ручка перегонного куба;
6 – термометр;
7 – крышка куба;
8 – предохранительный клапан;
9 – заливная горловина;
10 – прижимные винты;
11 – кламповые хомуты;
12 – царга;
13 – дефлегматор;
14 – штуцер под термометр;
15 – электронный термометр;
16 – угловой отвод;
17 – холодильник;
18 – патрубок выхода готового продукта;
19 – штуцер;
20 – медная трубка дефлегматора;
21 – медная трубка холодильника;
22 – перегородка дефлегматора;
23 – перегородка холодильника;
24 – прокладка;
25 – трубка связи с атмосферой;
26 – хомут-стяжка.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Далее подробно описаны все составляющие настоящей полезной модели со ссылкой на чертежи и указанные на них ссылочные позиции для более полного понимания объема и всех технических аспектов заявленного технического решения специалистом в уровне техники.
На фиг. 1-2 изображен заявленный дистиллятор колонного типа.
Дистиллятор состоит из перегонного куба 1, в нижней части которого установлен кран 2 для слива остатков после процесса перегонки, отверстия с заглушкой под ТЭН 3, которое позволяет пользоваться устройством без ТЭНа на любых видах плит или с ТЭНом, который вкручивается в отверстие перегонного куба 1 на место заглушки под ТЭН 3, и производить перегонку в любом удобном месте, зига 4 для установки внутри перегонного куба сита, ручек перегонного куба 5 для транспортировки устройства. Крышка куба 7 через прокладку 24 соединяется с перегонным кубом 1 с помощью прижимных винтов 10 и образует надежное и герметичное соединение. Крышка куба 7 может соединяться с перегонным кубом 1 хомутом-стяжкой 26. В крышке перегонного куба 7 установлен термометр 6, который показывает температуру кипения внутри перегонного куба 1 и заливная горловина 9, которая позволяет заливать новую порцию браги не разбирая аппарат и не дожидаясь остывания узлов устройства после первой и последующих перегонках. При этом термометр 6 может быть установлен в стенку перегонного куба 1. В крышке так же установлен предохранительный клапан 8, который при возникновении избыточного давления внутри устройства, срабатывает, тем самым сбрасывает избыточное давление и обеспечивает безопасную эксплуатацию аппарата, корпусе которого размещена трубка связи с атмосферой 25 от дефлегматора 13 является наличие патрубка выхода готового продукта 18. Крышка перегонного куба 1 соединяется с царгой 12 с помощью клампового хомута 11. Царга 12 представляет собой полую трубу, в которую могут устанавливаться контактные устройства (например, насадка Панченкова или спирально призматическая насадка). Царга 12 соединяется кламповым хомутом 11 с дефлегматором 13. В корпусе дефлегматора 13 имеются отверстия, к которым приварены штуцера 19, через один холодная вода поступает в дефлегматор 13, через другой выходит нагретой. Внутри корпуса дефлегматора 13 расположены медные трубки дефлегматора 20 меньшего диаметра, внутри которых проходят спиртовые пары. В пространстве между корпусом дефлегматора 13 и медными трубками дефлегматора 20 расположены перегородки дефлегматора 22 с отверстиями для прохождения воды таким образом, чтобы поток воды проходил зигзагообразно внутри дефлегматора, тем самым увеличивая путь прохождения хладагента, что повышает эффективность теплообмена. Дефлегматор 13 соединен кламповыми хомутами 11 с двумя угловыми отводам 16, в корпусе одного углового отвода 16 установлен штуцер под термометр 14 и электронный термометр 15. Далее угловой отвод 16 соединяется кламповым хомутом 11 с холодильником 17. Холодильник 17 имеет аналогичное строение с дефлегматором 13. В корпусе холодильника 17 имеются отверстия, к которым приварены штуцера 19, через один холодная вода поступает в холодильник 17, через другой выходит нагретой. Внутри корпуса холодильника 17 расположены медные трубки холодильника 21 меньшего диаметра, внутри которых проходят спиртовые пары. В пространстве между корпусом холодильника 17 и медными трубками холодильника 21 расположены перегородки холодильника 23 с отверстиями для прохождения воды таким образом, чтобы поток воды проходил зигзагообразно внутри дефлегматора 13, увеличивая путь прохождения хладагента. Холодильника 17 соединен кламповым хомутом 11 с патрубком выхода готового продукта 18, через который уже охлажденный спирт поступает в приемную емкость. В корпусе патрубка выхода готового продукта 18 размещена трубка связи с атмосферой 25 для эвакуации воздуха из перегонного куба 1 и колонны.
Трубки дефлегматора 20, трубки холодильника 21, перегородки дефлегматора 22 и перегородки холодильника 23 могут быть выполнены из меди, латуни или бронзы.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В перегонный куб 1 помещают продукты брожения. Если производится перегонка густых браг, то используют сито, которое помещается на зиг 4 перегонного куба 1. На перегонный куб 1 устанавливают крышку куба 7 через прокладку 24 и затягивают крышку с помощью прижимных винтов 10, это обеспечивает герметичное и надежное соединение. Транспортируют перегонный куб 1 на место проведения перегонки благодаря ручкам перегонного куба 5. К крышке куба 7 присоединяют дистиллятор с помощью клампового хомута 11. На штуцера 19 крепятся силиконовые трубки подхода и выхода хладагента.
После закипания браги, пары спиртосодержащей жидкости поднимаются вверх и поступают в царгу 12. Термометр 6 на крышке куба 7 замеряет температуру восходящих паров перегоняемой жидкости. Восходящие пары проходят вверх по царге 12 частично конденсируясь на стенках и самотеком возвращаются в перегонный куб 1. Далее пары, которые преодолели царгу 12 поступают в дефлегматор 13, где охлаждаются и конденсируются на стенках медных трубок дефлегматора 20 за счет поступающего хладагента в межтрубное пространство дефлегматора 13, причем перегородки дефлегматора 22 увеличивают путь прохождения хладагента в дефлегматоре 13, что способствует повышению теплообмена и уменьшает расход хладагента при той же охлаждающей мощности.
Сконденсированные пары спирта в дефлегматоре 13 самотеком поступают в царгу 12, где встречаются с восходящими парами спиртосодержащей жидкости и происходит тепломассообмен. В царгу 12 для увеличения площади теплообмена могут устанавливаться контактные устройства, например, металлические мочалки, спирально-призматические насадки, насадки Панченкова. Если перегонка происходит при низких скоростях, то можно не использовать контактные устройства, тогда тепломассообмен осуществляется за счет пленки жидкости на внутренней поверхности царги 12.
Укрепленные пары спирта после прохождения царги 12 и дефлегматора 13 попадают в угловые отводы 16, где замеряется их температура электронным термометром 15, закрепленным в штуцере под термометр 14. Далее пары попадают в холодильник 17 в медные трубки холодильника 21, где охлаждаются. Хладагент попадает в межтрубное пространство холодильника 17 через один штуцер 19, проходит зигзагообразно через перегородки холодильника 23 и выходит через второй штуцер 19. В холодильнике 17 спиртовые пары конденсируются на стенках медных трубок холодильника 21, превращаются в жидкость и через патрубок выхода готового продукта 18 поступают в приемную емкость. Трубка связи с атмосферой 25 позволяет воздуху выходить наружу для предотвращения избыточного давления без потери спирта.
Когда один цикл перегонки подходит к концу, количество перегоняемой жидкости в перегонном кубе 1 при этом минимально, это можно отследить, например, либо по времени перегонки, либо периодически измеряя крепость спирта, для того чтобы не прерывать процесс, не ждать пока устройство остынет чтобы разобрать аппарат и залить еще браги, можно залить новую порцию перегоняемой жидкости через заливную горловину 9 и продолжить перегонку. Это упрощает технологический процесс при многократных последовательных циклах перегонки, что дает возможность эффективно использовать устройство не только в быту, но и в производственных целях.
Когда процесс перегонки закончен оставшуюся жидкость в перегонном кубе 1 сливают через кран 2. Благодаря кламповым хомутам 11 дистиллятор быстро собирается и разбирается, тем самым легко промывать все узлы аппарата после эксплуатации.
В качестве нагревательного элемента перегоняемой жидкости в перегонном кубе 1 могут быть любые виды плит, например, электрические, газовые, индукционные, или встраиваемый ТЭН, который устанавливается в отверстие в перегонном кубе 1 вместо заглушки под ТЭН 3.