УЗЕЛ КОНТРОЛЯ ФЛЕГМЫ

Полезная модель относится к устройствам, предназначенных для проведения процессов ректификации и дистилляции и может быть использована в спиртовом производстве и других отраслях промышленности.
Дистилляция (лат. distillatio - стекание каплями [1]) - перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров. Дистилляцию рассматривают прежде всего как технологический процесс разделения и рафинирования многокомпонентных веществ - в ряду других процессов с фазовым превращением и массообменом: сублимация, кристаллизация, жидкостная экстракция и некоторых других. Различают дистилляцию с конденсацией пара в жидкость (при которой получаемый дистиллят имеет усредненный состав вследствие перемешивания) и дистилляцию с конденсацией пара в твердую фазу (при которой в конденсате возникает распределение концентрации компонентов). Продуктом дистилляции является дистиллят или остаток (или и то, и другое) - в зависимости от дистиллируемого вещества и целей процесса. Основными деталями дистилляционного устройства являются обогреваемый контейнер (куб) для дистиллируемой жидкости, охлаждаемый конденсатор (холодильник) и соединяющий их обогреваемый паропровод (источник https://ru.wikipedia.org/wiki/Дистилляция; [1] Дистилляция / В.Л. Пебалк // Большая советская энциклопедия: [в 30 т.] / гл. ред. А.М. Прохоров. - 3-е изд. - М.: Советская энциклопедия, 1969-1978).
Ректификация - способ дистилляции, при котором часть жидкого конденсата (флегма) постоянно возвращается в куб, двигаясь навстречу пару в колонне. В результате этого примеси, содержащиеся в паре, частично переходят во флегму и возвращаются в куб, при этом чистота пара (и конденсата) повышается ((источник https://ru.wikipedia.org/wiki/Дистилляция;).
Известна РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА (ГОСТ Р 53684-2009. Аппараты колонные. Технические требования) (син. ректификационный колонный аппарат) -цилиндрический вертикальный сосуд постоянного или переменного сечения, оснащенный внутренними тепло- и массообменными устройствами и вспомогательными узлами, предназначенный для разделения жидких смесей на фракции, каждая из которых содержит вещества с близкой температурой кипения. Классическая колонна представляет собой вертикальный цилиндр, внутри которого располагаются контактные устройства - тарелки или насадки. Соответственно, различают ректификационные колонны тарельчатые и насадочные. Вспомогательные узлы предназначены для ввода, распределения и сбора жидкости и пара. Нагреваемая жидкая смесь поступает из емкости в ректификационную колонну, где «легкие» фракции (продукты, имеющие более низкую температуру конденсации) концентрируются в верхней части колонны, а «тяжелые» (продукты, имеющие более высокую температуру конденсации) - в нижней.
В известной колонне стекающая по стенкам флегма существенно снижает степень очистки, так как флегма стекает мимо контактных элементов, не взаимодействуя с парами.
Известен ДИСТИЛЛЯТОР КОЛОННОГО ТИПА (патент на полезную модель RU №169413; Опубликовано: 16.03.2017 Бюл. №8), содержащий перегонный бак из нержавеющей стали, в котором установлен вентиль для слива остатков, две ручки для транспортировки, термометр на баке. Охладитель, дугообразный патрубок, колонна и фланец соединены последовательно. Между фланцем и перегонным баком установлено силиконовое уплотнение. В колонне установлен штуцер для сквозной подачи охлаждающей жидкости и внутри насадка Панченкова. В дугообразном патрубке установлен второй термометр. В охладителе установлен трехниточный теплообменник по типу трех трубок в трубе, вводной штуцер и выводной штуцер для циркуляции охлаждающей жидкости. В охладителе установлен патрубок для слива готового продукта.
Недостатком является отсутствие возможности контроля количества отбираемой флегмы.
Наиболее близкое техническое решение - ДИСТИЛЛЯТОР КОЛОННОГО ТИПА С КОНТРОЛИРУЕМЫМ ВНУТРЕННИМ ФЛЕГМООБРАЗОВАНИЕМ (патент на полезную модель RU №156382; Опубликовано: 10.11.2015 Бюл. №31), содержащий перегонный куб, соединенную с ним с помощью фланца вертикальную колонну, представляющую собой прямоточный кожухо-трубчатый теплообменник по типу труба в трубе, соединительную трубку, соединяющую колонну со вторым теплообменником такой же конструкции, расположенным вертикально. Второй теплообменник является конденсатором. В верхней части колонны установлен биметаллический термометр, термопара которого располагается в потоке спиртовых паров. Хладагент подается в межтрубное пространство обоих теплообменников одновременно через раздваивающийся патрубок в нижней части теплообменников. В колонне обеспечено прямоточное движение хладагента и паров, а в конденсаторе - противоточное. Скорость подачи хладагента в межтрубное пространство колонны регулируется вентилем, установленном в раздваивающемся патрубке. Слив хладагента из обоих теплообменников объединен в один поток трубкой с регулировкой вентилем. Технический результат - повышение производительности при производстве спирта при сохранении компактности устройства.
Недостатком является отсутствие возможности контроля количества отбираемой флегмы и степени разделения.
Техническим результатом полезной модели является повышение технологичности, при обеспечении возможности контроля количества возвращаемой флегмы в ректификационную колонну за счет применения в качестве узла отбора / контроля и узла накопления флегмы отрезка трубы, согнутого в спираль. Узел контроля флегмы позволяет регулировать крепость получаемого продукта в широких диапазонах, а насадочная часть колонны позволяет достичь необходимой степени разделения. Одновременно достигается повышение степени очистки спирта.
Технический результат достигается следующим образом. Узел контроля флегмы, содержащий канал отбора, канал возврата с краном, обеспечивающий прием и накопление флегмы и позволяющий регулировать возврат-отбор флегмы, расположенные в корпусе, выполненном в виде отрезка трубы с входным и выходным отверстиями, по полезной модели отрезок трубы выполнен в виде одного витка пространственной спирали, форма и расположение которой в рабочем положении обеспечивает возможность накопления сконденсированной флегмы в одно из участков отрезка трубы, поступающей через выходное отверстие при работе узла и в которой установлен канал отбора спирта, канал возврата флегмы с краном возврата флегмы, канал возврата обеспечивает сообщение участка отрезка трубы, в котором обеспечивается накопление флегмы с входным участком отрезка трубы.
Верхний и нижний участки расположены вертикально, ось витка спирали расположена в горизонтальной плоскости.
Кран возврата флегмы установлен в части витка спирали, обеспечивающей возможность накопления сконденсированной флегмы.
Часть канала возврата флегмы выполнена в виде съемного гибкого прозрачного шланга.
Узел контроля флегмы может быть выполнен в одном корпусе с холодильником.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - представлен общий вид узла контроля флегмы;
на фиг. 2 - представлен принцип работы узла контроля флегмы.
Узел контроля флегмы включает в себя:
1 - канал возврата флегмы;
2 - кран;
3 - канал обора спирта;
4 - холодильник;
5 - доохладитель.
Узел контроля флегмы работает следующим образом. Спиртовые пары поднимаются из испарительного куба, попадают в узел отбора / контроля, далее проходят точку контроля температуры, потом по спирали вниз, проходят точку накопления флегмы, потом вверх до холодильника 4, где полностью конденсируются и в виде жидкой флегмы (конденсата) стекают в нижнюю часть спирали - точку накопления флегмы (фиг. 2).
А уже из «точки накопления флегмы» под контролем пользователя при помощи крана 2 флегма распределяется на две части: флегма, возвращаемая обратно в колонну для дальнейшей очистки и остаток, который сбрасывается через канал отбора 3. Доохладитель 5 нужен для охлаждения товарного спирта или дистиллята на выходе.
Преимущества полезной модели относительно существующих моделей:
1. Дешевизна и простота изготовления. Нет необходимости производить отдельное устройство по накоплению флегмы, сама труба в нижней части спирали становится накопителем. Нет необходимости приваривать полки, стенки, кольца.
2. Более точные и стабильные показания температуры среды внутри колонны. В точке измерения температуры измеряется только температура спиртовых паров, холодная флегма, которая могла бы внести погрешность в измерения, не попадает в эту часть колонны.
3. В данной конструкции есть возможность контролировать весь объем конденсата, жидкий конденсат может попасть обратно в колонну только через регулируемый краном канал возврата. Остатки (излишки) будут поступать в узел отбора.
Таким образом, мы можем контролировать степень очистки максимально полно: отправляем в колонну всю флегму - колонна работает сама на себя без отбора, степень очистки максимальная; перекрываем возврат флегмы, весь конденсат отправляем в канал отбора, в колонну ничего не возвращается, насадка осушается - степень очистки минимальная; средние положения позволяют выбрать нужную степень очистки. Тем самым мы получаем полный контроль.
В существующих колоннах всегда в колонну поступает «паразитная» флегма, не контролируемая оператором, в данной конструкции «паразитная» флегма исключена.