Дистиллятор колонного типа с тэном

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.
Широко известны устройства для получения спирта, включающие бак, дефлегматор, теплообменник.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является патент RU 182022 U1 B01D 3/04 (2006.01) F28B 1/02 (2006.01), опубликовано: 31.07.2018, по которому устройство для получения спирта содержит емкость, царгу, дефлегматор, два отвода по 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 с краю для повышения напора воды, при этом расположение проходов в кожухотрубном теплообменнике устанавливается таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразный интенсивный поток воды, обеспечивающий при заданном напоре сбивание тепловой рубашки с поверхности трубок, образующейся в виде прогретого слоя воды, соприкасающегося с поверхностью разогретых трубок, что обуславливает ускоренный теплообмен, сокращая потребление воды, или при том же потреблении воды увеличивает производственную мощность устройства для получения спирта.
Недостатками данного устройства являются:
1) высокий расход энергии на нагрев емкости, так как нагрев производится с помощью внешних источников тепла (газ, электроплита, открытый огонь), таким образом, значительная часть энергии расходуется на нагрев окружающей среды;
2) отсутствие быстрой регулировки мощности нагрева, так как внешний нагрев предполагает изначально нагрев самой емкости бака и затем теплопередачу тепловой энергии от емкости к жидкости;
3) отсутствие автоматического контроля выкипания жидкости в емкости, что может привести к пожароопасной ситуации при отсутствии должного контроля процесса перегонки.
Недостатки прототипа устраняет заявляемое техническое решение.
Техническая задача - повысить энергоэффективность устройства, добавить возможность быстрой регуляции мощности нагрева, добавить автоматический контроль выкипания жидкости из емкости, при этом сохранить удобство обслуживания и очистки устройства.
Технический результат достигается тем, что в перегонный куб устройства помещен электрический ТЭН с регулятором мощности на симисторе (см. ссылку https://www.asutpp.m/reguljator-moshhnosti-na-simistore.html), регулятор ограничивает напряжение на ТЭНе, тем самым изменяя его мощность с нуля до максимального значения. Так как ТЭН непосредственно погружен в жидкость, то передача энергии нагрева производится напрямую с поверхности ТЭНа на нагреваемую жидкость, тем самым увеличивается энергоэффективность нагрева и увеличивается скорость регулировки нагрева жидкости в перегонном кубе.
Автоматический контроль выкипания жидкости достигается с помощью кондуктометрического датчика уровня жидкости, который прерывает работу ТЭНа при недопустимом снижении уровня жидкости (см. ссылку http://electricalschool.info/spravochnik/apparaty/1810-konduktometricheskie-datchiki-urovnja.html). Благодаря гальванической развязке с бытовой электросетью и малыми величинами проходящего тока, устройство полностью безопасно для человека.
Для повышения удобства обслуживания устройства, ТЭН с регулятором мощности и датчик уровня жидкости объединены в один блок и крепятся к перегонной емкости устройства при помощи быстросъемного герметичного крепления хомут-стяжка (другое название «кламповое» соединение). Такое соединение дает возможность отсоединить от перегонной емкости всю электрическую часть и беспрепятственно промыть перегонную емкость даже с полным погружением в воде, не боясь повредить электрическую часть устройства.
Сущность технического решения поясняется изображением.
На фиг. 1 изображена общая схема устройства с местными разрезами.
Где:
1 - перегонный куб;
2 - цифровой термометр со щупом;
3 - защитный клапан сброса давления;
4 - съемная крышка;
5 - вентиль;
6 - крепление хомут-стяжка узла аппарата;
7 - царга;
8 - наполнитель царги (например, насадка Панченкова);
9 - дефлегматор;
10 - вводной штуцер дефлегматора;
11 - выводной штуцер дефлегматора;
12 - внутренняя трубка дефлегматора;
13 - неполная поперечная перегородка дефлегматора;
14 - поворотный патрубок с термометром;
15 - цифровой термометр со щупом;
16 - поворотный патрубок без термометра;
17 - холодильник (конденсатор);
18 - выводной штуцер холодильника;
19 - вводной штуцер холодильника;
20 - внутренняя трубка холодильника;
21 - неполная поперечная перегородка холодильника;
22 - патрубок с носиком для слива;
23 - крепление хомут-стяжка съемной крышки;
24 - ТЭН (трубчатый электронагреватель);
25 - регулятор мощности;
26 - датчик уровня жидкости;
27 - ручка приборная регулятора мощности;
28 - индикатор уровня жидкости.
Дистиллятор состоит из перегонного куба 1 из нержавеющей стали, в котором в нижней части установлен вентиль 5 для слива остатков из перегонного куба 1. Съемная крышка 4 с помощью крепления хомута-стяжки 23 герметично пристегивается к перегонному кубу 1. В съемной крышке 4 установлен термометр 2 со щупом, который позволяет измерять температуру кипения жидкости в перегонном кубе 1. В съемной крышке 4 установлен клапан сброса давления 3, который в случае перегрева и опасного увеличения давления в перегонном кубе 1 сбрасывает лишний пар, тем самым обеспечивая безопасную работу устройства. Съемная крышка 4 соединена с помощью крепления хомута-стяжки 6 с царгой 7, представляющую из себя трубу с наполнителем в виде металлической стружки или сетки (например, насадку Панченкова). Царга 7 соединяется с помощью хомута-стяжки с вертикальным многотрубчатым дефлегматором 9. Вводной штуцер 10 и выводной штуцер 11 располагаются на внешнем корпусе дефлегматора 9 и соответственно вводят и выводят хладагент (например, воду) из межтрубного пространства дефлегматора 9. Внутри дефлегматора 9 расположены внутренние трубки 12, по которым проходят спиртовые пары и происходит первичная конденсация высококипящих фракций. В межтрубном пространстве дефлегматора расположены неполные поперечные перегородки 13, которые увеличивают путь прохождения хладагента. Дефлегматор 7 посредством хомута-стяжки соединяется с поворотным патрубком 14, в котором установлен цифровой термометр со щупом 15 для измерения температуры спиртовых паров. Поворотный патрубок 14 соединяется при помощи хомута-стяжки с поворотным патрубком 16, который в свою очередь соединяется с помощью хомута-стяжки с вертикальным многотрубчатым холодильником 17 (другое название «конденсатор»). Вводной штуцер 19 и выводной штуцер 18 располагаются на внешнем корпусе холодильника 17 и соответственно вводят и выводят хладагент (например, воду) из межтрубного пространства холодильника 17. Внутри холодильника 17 расположены внутренние трубки 20, по которым проходят спиртовые пары и происходит окончательная конденсация пара в жидкость. В межтрубном пространстве холодильника 17 расположены неполные перегородки 21, которые увеличивают путь прохождения хладагента. Холодильник 17 посредством хомута-стяжки соединяется с патрубком с носиком для слива.
К перегонному кубу 1 посредством хомута-стяжки 6 присоединяется регулятор мощности 25, который в свою очередь соединен с ТЭНом 24 и датчиком уровня жидкости 26, причем ТЭН 24 и датчик уровня жидкости 26 находятся непосредственно внутри перегонного куба 1, а регулятор мощности 25 находится снаружи перегонного куба 1. На регуляторе мощности 25 располагаются приборная ручка 27 и индикатор уровня жидкости 28.
Работает устройство следующим образом. Встроенный ТЭН 24 нагревается и передает свою тепловую энергию перегоняемой жидкости (брага, спирт-сырец, вода и т.п.), причем мощность нагрева ТЭНа 24 настраивается регулятором мощности 25, который ограничивает напряжение ТЭНа 24 в зависимости от положения приборной ручки 27.
Перегоняемая жидкость нагревается и начинает испаряться. Пары из куба 1 поднимаются по царге 7 проходя через наполнитель царги 8 в дефлегматор 9. Дефлегматор 9 представляет из себя многотрубчатый теплообменник с количеством трубок 2 и более (несколько трубок обеспечивают большую площадь конденсации для паров, что значительно увеличивает производительность). Пары подаются в трубки дефлегматора 12, хладагент поступает в межтрубное пространство через вводной штуцер 11 и выходит из дефлегматора 9 через выводной штуцер 11, причем в межтрубном пространстве дефлегматора 9 располагаются неполные перегородки 13 (на фиг. 1 изображен одна перегородка, может быть больше), которые увеличивают путь прохождения хладагента в межтрубном пространстве и, как следствие, способствует повышению эффективности теплообмена в дефлегматоре 9, что в свою очередь повышает эффективность работы самого дефлегматора 9 - уменьшает расход хладагента при той же охлаждающей мощности и тех же габаритах дефлегматора.
В дефлегматоре 7 спирт из паров частично конденсируется и самотеком возвращается вниз - в царгу 7. В царге 7 конденсат (флегма), стекая в виде пленки жидкости, встречается с восходящими парами спирта. Тепломассобмен встречающихся паров и жидкости в царге 7 повышает градиент концентрации спирта в парах и флегме (обратном потоке), в результате которого пары поглощают из флегмы спирт, а флегма (возвратный поток) поглощает из паров воду. За счет этого пары укрепляются до крепости выше 90% об. (в теории возможно укрепление до 96% об. и получение чистого спирта).
В царге 7 для увеличения площади теплообмена могут устанавливаться различные контактные устройства, повышающие площадь взаимодействия жидкости и паров: например, металлические мочалки, металлическая стружка, различные регулярные насадки Панченкова, Зульцера, спирально-призматические насадки. При невысоких скоростях пара возможна эксплуатация без внутреннего наполнителя колонны - тепломассообмен осуществляется за счет пленки жидкости на поверхности колонны.
Укрепленные после дефлегматора 9 и царги 7 пары спирта попадают через поворотные патрубки 14 и 16 в холодильник (конденсатор) 17, представляющий собой также многотрубочный теплообменник, где за счет большего по сравнению с прототипом количества трубок (две и более) охлаждение происходит быстрее, что повышает производительность устройства. Пары подаются в трубки холодильника 17, хладагент поступает в межтрубное пространство через вводной штуцер 19 и выходит из холодильника 17 через выводной штуцер 18, причем в межтрубном пространстве холодильника 17 располагаются неполные перегородки 21 (на фиг. 1 изображены четыре, может быть больше), которые увеличивают путь прохождения хладагента в межтрубном пространстве и, как следствие, способствует повышению эффективности теплообмена в холодильнике, что в свою очередь повышает эффективность работы самого холодильника 17 - уменьшает расход хладагента при той же охлаждающей мощности и тех же габаритах холодильника.
В холодильнике 17 пары конденсируются в жидкий спирт и поступают в приемную емкость через патрубок с носиком выхода продукта 22.
Датчик уровня жидкости 26 представляет из себя электрод расположенный над ТЭНом 24. Жидкость внутри емкости служит в качестве проводника между электродом и металлическим корпусом перегонного куба 1, тем самым обеспечивая замыкание цепи внутри регулятора мощности 25 ТЭНа 24, если жидкость выкипает и электрод оголяется, то цепь прерывается и регулятор мощности 24 полностью ограничивает напряжение на ТЭНе 24, тем происходит защита ТЭНа 24 от перегорания. Благодаря гальванической развязке с бытовой электросетью и малыми величинами протекаемого тока устройство полностью безопасно для человека. Для удобства визуального контроля на корпусе регулятора мощности 25 располагается индикатор 28, который посредством световой индикации отображает присутствие или отсутствие минимально необходимого уровня жидкости в перегонном кубе 1.
После процесса перегонки остатки жидкости сливаются из бака при помощи вентиля 5.
Благодаря креплениям 6 устройство легко собирается, разбирается и промывается после каждой процедуры перегонки.