Condensatore o frigorifero a riflusso verticale a fascio tubiero. Condensatore a riflusso o frigorifero verticale a fascio tubiero Collegamento corretto del raffreddamento al condensatore a riflusso

È noto da tempo che il chiaro di luna adeguatamente preparato non provoca gravi postumi di una sbornia. È meglio purificare i vapori alcolici immediatamente durante la distillazione piuttosto che successivamente. rimedi popolari. Dopotutto, se puliti in modo errato, potrebbero non riuscire nemmeno a salvare la bevanda rovinata. Cosa può aiutare a separare accuratamente le frazioni? Ogni chiaro di luna, se viene orgogliosamente chiamato colonna, ha un condensatore a riflusso. In un altro modo è anche chiamato frigorifero rinforzante. Senza condensatore a riflusso, il tubo metallico che sovrasta l'alambicco è solo un tubo. Perché è necessario e qual è il principio di funzionamento del condensatore a riflusso in un distillatore al chiaro di luna? Tutto è molto semplice. Cominciamo con il design e la posizione.

Dispositivo condensatore a riflusso del chiaro di luna

Il condensatore a riflusso (frigorifero rinforzante) è qualcosa come una "camicia d'acqua" situata nel quarto superiore della colonna. Essenzialmente, la sezione della colonna con condensatore a riflusso è costituita essenzialmente da due tubi concentrici di diverso diametro. Il tubo esterno è saldato a quello interno e nello spazio tra di loro viene fornita acqua fredda. Talvolta il condensatore a riflusso è rimovibile, ma nella maggior parte dei casi è montato in modo permanente sulla colonna stessa. La zona del condensatore a riflusso non ha attacchi interni. In questo senso il condensatore a riflusso di una colonna di distillazione non è diverso da quello di una colonna di ammostamento convenzionale. Altamente efficiente colonne di distillazione potrebbe non avere un condensatore a riflusso, ma sarà impossibile distillare il mosto su tali colonne: “intaserà” l'ugello, non importa quale venga utilizzato. Pertanto, i dispositivi a colonna domestici dispongono di un condensatore a riflusso per la distillazione “in modalità ancora chiaro di luna" Pertanto, durante la pianificazione (ti consigliamo di scegliere un dispositivo di marca), presta attenzione Attenzione speciale sulle possibili modalità del suo funzionamento.

Principio di funzionamento del condensatore a riflusso

L'essenza del funzionamento di questo dispositivo è creare la temperatura richiesta per purificare e rafforzare i vapori alcolici grazie al loro raffreddamento e alla cosiddetta condensazione prioritaria.

Spieghiamo con un esempio.

Nella modalità di funzionamento semovente della colonna (grano o distillazione), avviene la completa condensazione di tutti i vapori provenienti dal cubo di distillazione. In questa fase al condensatore a riflusso viene fornita la massima portata di raffreddamento. Tutta la condensa scorre lungo la colonna verso nuove porzioni di vapore. Quando si incontrano si verifica un'evaporazione parziale dovuta al riscaldamento del liquido (riflusso). Quando la colonna si riscalda ed entra in modalità operativa, al suo interno si verifica una separazione delle regioni di temperatura. I vapori di sostanze con un punto di ebollizione inferiore si condenseranno nella parte superiore, mentre i vapori con un punto di ebollizione più elevato nella parte inferiore. Non appena viene stabilita questa modalità, è possibile ridurre il raffreddamento del condensatore a riflusso.

La temperatura deve essere impostata in modo tale da “spostare” la zona di evaporazione delle frazioni bassobollenti verso la zona superiore del condensatore a ricadere. In questo caso, tutte le frazioni bassobollenti inizieranno qui ad evaporare e passeranno ulteriormente nel frigorifero a condensazione, mentre tutte le altre frazioni non potranno lasciare la colonna. Una volta selezionate le frazioni bassobollenti (teste), la temperatura nella colonna cambia nuovamente, per cui ora la frazione principale del “corpo” evapora nella stessa zona superiore del condensatore a ricadere. In questo modo è possibile separare tutti i componenti della miscela che hanno punti di ebollizione diversi. Si scopre che il condensatore a riflusso è una “barriera” che può separare chiaramente i componenti del liquido. È importante solo ricordare che gli aggiustamenti del raffreddamento dovrebbero essere effettuati nel modo più graduale e “poco a poco” possibile, poiché il sistema ha bisogno di tempo per stabilire un nuovo equilibrio. In genere ciò richiede 20-30 secondi.

Tipi di condensatori a riflusso

Sebbene il principio di funzionamento dei condensatori a riflusso sia lo stesso, essi possono differire nel design e nelle dimensioni. Quanto maggiore è l'area di contatto tra riflusso e vapore (entro certi limiti) e quanto più preciso è il controllo della temperatura, tanto maggiore è la capacità di separazione del condensatore a riflusso. E ci sono solo due modelli: flusso diretto e condensatore a riflusso Dimroth. A volte sono confusi, mescolando tutto in uno solo.

Un deflegmatore a flusso diretto è esattamente il “tubo nel tubo” descritto sopra. Ma il condensatore a riflusso Dimroth ha un design leggermente diverso. Ha la forma di un tubo, all'interno del quale è presente un secondo tubo a forma di spirale. È in quello interno che viene fornita l'acqua, e qui il liquido si condensa. A causa della forma a spirale, aumenta l'area di contatto delle fasi liquido-vapore e, di conseguenza, l'efficienza di separazione. Un altro vantaggio di questa struttura è che il contatto di fase avviene nella zona di massima temperatura, al centro del tubo. E questo contribuisce anche a una migliore purificazione dei vapori alcolici

Tuttavia, nonostante l'uso diffuso di questi nomi, se si analizzano le numerose informazioni su Internet, si riscontra una diffusa confusione riguardo allo scopo di questi dispositivi. Ci sono soprattutto molte discrepanze nelle funzioni e nell'essenza del funzionamento del condensatore a riflusso e della caldaia a vapore. Scopriamolo e iniziamo dalle basi.

Rettifica e distillazione

Distillazione- Questa è l'evaporazione seguita dalla condensazione del vapore. Questo è esattamente ciò che accade quando si utilizza il tipo più semplice di chiaro di luna.
Rettifica- separazione della miscela in frazioni dovuta al movimento in controcorrente del vapore e dello stesso vapore condensato in liquido (riflusso).

Si può quindi vedere che durante la distillazione il vapore formato durante l'ebollizione del liquido scorre direttamente al condensatore. Di conseguenza, otteniamo una miscela omogenea contenente alcool, acqua e oli di fusoliera. La gradazione alcolica aumenta perché evapora a temperature più basse e più velocemente dell'acqua e di altre frazioni.

Durante la rettifica, parte del vapore condensato rifluisce verso il serbatoio di distillazione, viene riscaldato dal vapore appena formato ed evapora nuovamente più volte. Come risultato del processo di rievaporazione, il liquido distillato viene suddiviso nelle sue parti componenti. Nel caso del chiaro di luna: oli di fusoliera, acqua e l'alcool di cui abbiamo bisogno. Il grado di separazione dipende dal design della colonna di distillazione.

Guardando un po' avanti, diciamo che un condensatore a riflusso per un distillatore di chiaro di luna è uno degli elementi inclusi nella progettazione di una colonna di distillazione.

Piroscafi secchi e piroscafi umidi

In realtà, questi sono due nomi per lo stesso elemento. Sono conosciuti anche come cuccioli. Sia il piroscafo che il piroscafo umido sono strutturalmente un contenitore chiuso a pareti sottili di piccolo volume con due linee di vapore nella parte superiore: ingresso e uscita.

Nella parte inferiore del trampolino è incassato un rubinetto per lo scarico della condensa di scarico. Tuttavia, spesso le brocche sono realizzate con barattoli di vetro, quindi, naturalmente, non si può parlare di rubinetto. Il liquido accumulato viene drenato attraverso il collo e solo al termine della distillazione.

Un semplice piroscafo da una lattina

C'è una differenza strutturale tra un piroscafo umido e uno secco: in un piroscafo umido, l'uscita del tubo di ingresso è abbassata fino in fondo, in modo che il vapore proveniente dal cubo di distillazione “gorgogli” attraverso il liquido versato nel contenitore. Pertanto, un piroscafo bagnato è spesso chiamato gorgogliatore.

Come funziona

1. Il vapore entra nel contenitore e, a causa della differenza di temperatura, inizia a condensare sulle pareti e a scorrere verso il fondo.
2. Man mano che il corpo della caldaia a vapore si riscalda con nuovo vapore, l'intensità della condensa diminuisce e parte del vapore inizia a fuoriuscire.
3. Allo stesso tempo, la condensa inizia a riscaldarsi ed evaporare ed entra anche in estrazione.
4. Ad un certo punto, a causa della rievaporazione, sul fondo rimane solo il catarro “sporco”, che è meglio scaricare dal rubinetto e ricominciare il ciclo dall'inizio.
5. Se non è presente alcun rubinetto, esiste solo un'opzione: la selezione prima dello scarico, ad es. All'uscita otteniamo un prodotto “sporco”.

Entrambe le opzioni "reset" e "selezione per la vittoria" non sono buone: il risultato che otterremo comunque non sarà il prodotto della massima qualità. La vaporiera, infatti, svolge solo due funzioni utili:

• impedisce la selezione delle coppie mash;
• per effetto della rievaporazione aumenta leggermente la forza del prodotto.

È possibile migliorare l’efficienza del morso? È possibile, ma è necessario cambiarne la struttura: il corpo dovrebbe essere posizionato sopra il cubo di distillazione e la condensa dovrebbe essere scaricata direttamente nel cubo. Solo che questo non sarà più un serbatoio di vapore secco, ma un condensatore a riflusso non controllato abbastanza decente.

Come funziona un condensatore a riflusso?

Il condensatore a riflusso nella sua forma più semplice è costituito da due tubi saldati di diverso diametro installati verticalmente su un cubo di distillazione. Il refrigerante (acqua) circola nella camicia tra di loro e un tubo di diametro inferiore funge da conduttura per il rilascio del vapore contenente alcol.

Per spiegare il principio di funzionamento di questo dispositivo, assumiamo convenzionalmente che il liquido distillato abbia 2 componenti che hanno punti di ebollizione diversi. La divisione in frazioni viene effettuata come segue:

1. Nella fase iniziale, il raffreddamento inizia a piena potenza e finché il cubo di distillazione non viene riscaldato, l'apparecchio funziona "su se stesso". Cioè, il liquido che evapora dal contenitore si condensa, forma una pellicola sottile sulle pareti e rifluisce verso il vapore che sale nuovamente nel cubo. Nel suo percorso viene riscaldato dal vapore appena formato ed evapora parzialmente: questa è la "rievaporazione"
2. Dopo che la temperatura nel contenitore raggiunge una temperatura sufficiente per far bollire entrambe le frazioni, all'interno della struttura si formano due aree:
3. Quello superiore, dove condensano i vapori della frazione a basso punto di ebollizione.
4. Quella inferiore è la regione di condensazione del secondo componente.
5. Non entra ancora nulla nel frigorifero principale, cioè non c'è ancora alcuna selezione.
6. Le temperature di evaporazione e condensazione di ciascuna frazione sono note. Ora è possibile modificare la modalità di raffreddamento in modo che il punto di evaporazione della prima frazione si trovi sul bordo superiore del condensatore a riflusso.
7. Inizia la selezione del primo componente della miscela.
8. Dopo aver selezionato la frazione a bassa temperatura, la modalità viene nuovamente modificata e viene selezionata la seconda parte della miscela.

Il metodo consente di separare un liquido in un numero qualsiasi di componenti aventi diversi punti di ebollizione. Il processo è inerziale ed è meglio cambiare la modalità di raffreddamento con molta attenzione, lentamente e gradualmente.

Condensatore a riflusso Dimroth

La capacità di separazione del condensatore a riflusso dipende dalle dimensioni dell'area di contatto tra il condensatore a riflusso e il vapore e dalla precisione della regolazione. Il principio di funzionamento è lo stesso per tutti i tipi di questi dispositivi, differiscono solo nel design.

Quello descritto nella sezione precedente è un frigorifero a film a flusso diretto. Il design è semplice da produrre e abbastanza efficace. Presenta però degli svantaggi: una piccola area di interazione, che generalmente tende a zero quando la struttura si discosta dalla verticale. Il secondo è la difficoltà di regolare la temperatura del vapore. Il design Dimroth è parzialmente privo di queste carenze.

Il condensatore a riflusso Dimroth è un pallone di vetro o metallo con un tubo a spirale al centro. L'acqua circola attraverso di essa e su di essa si condensa il catarro.

Il principio di funzionamento è lo stesso, ma è ovvio che un tale progetto, anche a occhio, ha un'area di contatto tra vapore e liquido maggiore rispetto a un apparecchio a pellicola. Inoltre, l'interazione tra flemma e vapore avviene al centro del pallone, dove la sua temperatura è massima. Di conseguenza, il prodotto risultante sarà più pulito e più forte.

Perché un condensatore a riflusso Dimroth o un condensatore a riflusso a pellicola per un chiaro di luna viene ancora utilizzato più spesso nella vita di tutti i giorni? Ciò è dovuto alle proprietà della materia prima: il mosto. Se, durante la distillazione, si utilizza la colonna impaccata più efficiente con un'ampia area di riempitivo, dopo mezz'ora di funzionamento il riempitivo sarà così contaminato che non sarà possibile alcuna rettifica.

Quando si producono liquori, un artigiano domestico deve determinare correttamente il risultato finale desiderato. Se per il maestro sono importanti la velocità e il basso costo dell'attrezzatura, l'apparato sarà semplice: un cubo di distillazione e un frigorifero.

Se si vuole ottenere un prodotto della massima qualità possibile, purificato dagli oli di fusoliera e con una gradazione superiore a 70 gradi, è necessario utilizzare vari componenti aggiuntivi: un vaporizzatore, un gorgogliatore o un condensatore a riflusso.

Un condensatore a riflusso è un dispositivo per la purificazione aggiuntiva del vapore contenente alcol. Il vapore che si forma nel cubo di distillazione quando il mosto viene riscaldato contiene non solo alcol, ma anche impurità più pesanti di oli di fusoliera e acqua. Se il vapore viene raffreddato, queste impurità pesanti si condensano e questa condensa viene chiamata riflusso. Il processo di separazione della flemma dal vapore è chiamato riflusso.

Definizione dal Dizionario esplicativo delle parole straniere, ed. Krysina: “Deflemmazione [de], e, pl. Ora. [Tedesco Deflegmazione< лат. dē… от…, раз… + греч. phlegma мокрота, влага]. тех. Частичная конденсация смесей различных паров и газов с целью обогащения их низкокипящими компонентами.»

La flemma contiene anche una certa quantità di alcol, quindi con diversi modelli di alambicchi moonshine è possibile garantire il ritorno della flemma al cubo di distillazione.

Meccanismo di funzionamento (perché è necessario)

Il circuito classico di un alambicco al chiaro di luna, un frigorifero a cubetti, si trasforma in un circuito di un frigorifero a condensatore a riflusso a condensatore a vapore secco. La procedura operativa del sistema è la seguente:

• Il mosto viene riscaldato nel cubo, le frazioni leggere evaporano da esso: alcool, oli di fusoliera, acqua.
• Il vapore viene raffreddato nel condensatore a riflusso. installato sul cubo. La flemma entra nel cubo. dove evapora nuovamente.
• Piroscafo - contenitore vuoto, attraverso il quale passa il vapore. Serve per separare gli schizzi di mosto e la condensa più pesante. Anche qui è possibile installare il condensatore a riflusso. poi la flemma verrà raccolta e utilizzata.
• Bubbler per scopo e design simile ad un bagno di vapore, la differenza è che è progettato in modo che il vapore attraversi l'acqua, raffreddandola e purificandola. Se il condensatore a riflusso è installato su un gorgogliatore, il vapore che gorgoglia passerà attraverso il riflusso. non acqua pulita.
• L'alcol nel frigorifero è completo condensa e si raccoglie in forma liquida nel ricevitore.

Recensione video di un frigorifero in vetro:

Dove è installato?

Il condensatore a riflusso può essere installato anche su un serbatoio di vapore o su un serbatoio gorgogliatore. Quindi la flemma non verrà raccolta nel cubo, che fornirà un prodotto più puro all'uscita, ma una parte dell'alcol rimarrà nel riflusso. In alcune fonti, un condensatore a riflusso viene confuso con una caldaia a vapore, ma si tratta pur sempre di dispositivi diversi.

Il condensatore a riflusso è installato:

• Alambicco. In questo caso, otteniamo qualcosa come una colonna di distillazione.
• Su un piroscafo a secco. In questo caso dovrà essere dotato di un rubinetto per scaricare il liquido accumulato.
• Sul gorgogliatore. In questo caso è meglio renderlo trasparente in modo da poter osservare le bolle di vapore che passano attraverso la flemma. e monitorare anche il livello di catarro accumulato.

Dispositivo di raffreddamento per il chiaro di luna ancora:

Consideriamo ad esempio il condensatore a riflusso Dimroth. Si tratta di una classica attrezzatura da laboratorio, solitamente realizzata in doppio vetro da laboratorio resistente al calore. È un tubo principale avvolto in una bobina di vetro. Questo disegno è posto in un pallone che protegge da danni meccanici.

Il tubo principale è installato verticalmente su un cubo o un serbatoio di vapore in modo che la flemma scorra verso il basso per gravità. Il vapore passa attraverso il tubo principale e viene raffreddato acqua fredda da una bobina. Per l'acqua di mandata e di ritorno la batteria deve essere dotata di raccordi. Tali sistemi sono anche chiamati sistemi a fascio tubiero.

Lo facciamo noi stessi

Nella produzione casalinga non tutti usano il reflusso. Ma questo porta ad un deterioramento della qualità dell'alcol risultante o all'uso della doppia distillazione. Inoltre, il condensatore a riflusso è facile da realizzare e durerà a lungo.

Un artigiano domestico può realizzare sia un condensatore a riflusso a fascio tubiero che uno a camicia. Un condensatore a riflusso incamiciato utilizzerà una semplice camicia d'acqua invece di una serpentina. In ogni caso, per realizzare un condensatore a riflusso, avrai bisogno di abilità di saldatura o saldatura.

Nota: Quando si sceglie un materiale per un condensatore a riflusso, è necessario sapere che il tubo principale deve essere in vetro, acciaio inossidabile per alimenti o rame.

Questi materiali non si ossidano e non modificano il gusto dell'alcol risultante. Una maglietta o una bobina possono essere realizzate con qualsiasi altro materiale.

Guarda il video su come realizzare un semplice frigorifero per il chiaro di luna in 15 minuti:

• Un condensatore a riflusso a fascio tubiero è costituito da un tubo principale e da una bobina avvolta su di esso. come tubo principale è possibile utilizzare un semplice tubo in acciaio inossidabile o rame.
• La lunghezza del tubo dipende dal volume di produzione; per la produzione casalinga è sufficiente un tubo da un pollice lungo 25 cm.
• Il diametro può essere aumentato e la lunghezza diminuita.
• Più sottile e lungo è il tubo, più tempo richiederà la distillazione e maggiore sarà il grado di purificazione.
• Ma se il condensatore a riflusso raffredda troppo il vapore, non otterrai alcun risultato: tutti gli alcoli rifluiranno nel cubo.

È facile realizzare un condensatore a riflusso a fascio tubiero:

1. Sul tubo principale è avvolto un tubo di rame del diametro di 6 mm.
2. Lunghezza di avvolgimento - 15 - 20 cm.
3. Il tubo viene fissato con fascette in plastica o a fascetta; su questa struttura è possibile posizionare un isolante in gommapiuma o in schiuma di diametro adeguato, che viene utilizzato per isolare gli impianti di riscaldamento.
4. SU tubo di rame viene fornita acqua per il raffreddamento.
5. Questo è tutto: il condensatore a riflusso è pronto.

Un condensatore a riflusso più efficiente può essere costituito da diversi tubi di piccolo diametro posti in una camicia con acqua corrente. In questo design, il vapore ha un'ampia area di contatto con le pareti fredde, il che rende il condensatore a riflusso più efficiente .

Questo è fatto in questo modo:

1. I tubi di piccolo diametro sono assemblati in una cassetta che assomiglia al tamburo di un revolver.
2. Se usiamo questa analogia, il vapore scorre attraverso i bossoli e il refrigerante circola nel corpo del tamburo.
3. Questo design è difficile da produrre; per assemblare una struttura del genere è necessario utilizzare la saldatura dell'acciaio inossidabile o la saldatura del rame.

Con cosa sostituirlo?

Se realizzare o acquistare un condensatore a riflusso risulta problematico, è possibile sostituirlo con un semplice gorgogliatore.

• Per fare questo, prendi un semplice barattolo di vetro (preferibilmente almeno 1 litro) con coperchio a vite. Nel coperchio sono praticati due fori: ingresso e uscita.
• I tubi vengono inseriti nei fori, mentre all'ingresso il tubo scende quasi fino al fondo e il tubo di uscita si trova proprio sul coperchio.
• È importante sigillare accuratamente la giunzione tra i tubi e il coperchio. Per fare ciò, è possibile utilizzare la saldatura a freddo o la saldatura.
• Circa un terzo viene versato nel barattolo acqua fredda. Il meccanismo di funzionamento di un gorgogliatore è semplice: il vapore sotto pressione passa attraverso un tubo e attraversa la colonna d'acqua. Allo stesso tempo, si raffredda, gli oli di fusoliera si condensano e si dissolvono in acqua.
• Una parte dell'alcol si dissolve anche nell'acqua, ma questo non è un problema: durante il funzionamento l'acqua viene riscaldata dal vapore caldo e l'alcol evapora nuovamente dalla superficie del barattolo. Va notato che un condensatore a riflusso presenta numerosi vantaggi rispetto a un gorgogliatore, ad esempio la capacità di regolare l'intensità del processo di riflusso.

Guarda il video in cui viene smontato un dispositivo di raffreddamento del chiaro di luna cinese, è sempre stato interessante di cosa è fatto in fabbrica:

Dispositivi industriali

Nell'industria degli alcolici l'uso di condensatori a riflusso è un prerequisito. Allo stesso tempo c'è diversi tipi- azione diretta e inversa.

1. Azione diretta: la flemma entra in un serbatoio separato e non è più coinvolta nel processo.
2. È vero il contrario: la flemma viene immessa nel cubo di distillazione, evapora ancora e ancora, facendo evaporare l'alcool rimanente. In questo caso vengono utilizzate speciali trappole per alcol e sistemi di ventilazione.

Lo scopo principale del condensatore a riflusso è ridurre il tempo e il numero di operazioni tecnologiche e migliorare la qualità iniziale del prodotto. Il condensatore a riflusso separa il vapore in più frazioni. Il vapore, passando attraverso le pale e i radiatori, viene fatto roteare e raffreddato. Il controllo della temperatura viene effettuato automaticamente utilizzando sensori e un controller.

Di conseguenza, dopo l'apparecchio, il vapore contiene principalmente alcol e una piccola parte di acqua: la gradazione alcolica può raggiungere i 70-90 gradi.

Conclusione

Pertanto, l'uso di frigoriferi intermedi - condensatori a riflusso - è necessario se è necessario ottenere alcol di qualità superiore a un costo minimo.

L'uso di questo dispositivo è obbligatorio se la qualità del mosto è bassa, ci sono odori estranei o si avvertono alto contenuto oli di fusoliera. Allo stesso tempo, le strutture più semplici possono essere facilmente realizzate con le proprie mani o ordinate da saldatori ad argon.

Il tipo più comune di scambiatore di calore nell'industria è quello a fascio tubiero. Opzione di esso progetto dipende dalle attività che devono affrontare gli utenti. Un generatore a fascio tubiero non deve essere necessariamente multitubo: anche un normale condensatore a riflusso del tipo a camicia, un frigorifero del tipo "tubo in tubo" a flusso diretto (a) o controflusso (b) sono anch'essi a fascio tubiero. sistemi a tubi e tubi.

Vengono utilizzati anche scambiatori di calore a passaggio singolo con movimento incrociato dei liquidi di raffreddamento (c). Ma il più efficace e spesso utilizzato per gli scambiatori di calore multitubo è il circuito a flusso incrociato multipasso (d).

Con questo schema, un flusso di liquido o vapore si muove attraverso i tubi e il secondo refrigerante si muove verso di esso a zigzag, attraversando ripetutamente i tubi. Si tratta di un ibrido di opzioni a flusso controcorrente e flusso incrociato, che consente di rendere lo scambiatore di calore il più compatto ed efficiente possibile.

Il principio di funzionamento degli scambiatori di calore a fascio tubiero e il loro ambito di applicazione

Nella produzione del chiaro di luna, i frigoriferi a flusso incrociato multi-pass sono solitamente chiamati frigoriferi a fascio tubiero (CHT) e la loro versione a tubo singolo è chiamata frigorifero a controflusso o a flusso diretto. Di conseguenza, quando si utilizzano queste strutture come condensatori a riflusso - condensatori a riflusso a fascio tubiero e con camicia.

Negli alambicchi domestici al chiaro di luna, nelle colonne di ammostamento e di distillazione, il vapore viene fornito a questi scambiatori di calore secondo tubazioni interne e acqua di raffreddamento nell'involucro. Qualsiasi tecnico del riscaldamento industriale ne sarebbe indignato, poiché è nei tubi che si può creare un'elevata velocità del refrigerante, aumentando significativamente il trasferimento di calore e l'efficienza dell'impianto. Tuttavia, i distillatori hanno i propri obiettivi e non sempre necessitano di un’elevata efficienza.

Ad esempio, nei condensatori a riflusso per colonne di vapore, al contrario, è necessario attenuare il gradiente di temperatura, allargare il più possibile la zona di condensazione in altezza e, condensata la parte necessaria del vapore, evitare un eccessivo raffreddamento del riflusso . E anche regolare con precisione questo processo. Vengono in primo piano criteri completamente diversi.

Tra i frigoriferi utilizzati nella produzione del chiaro di luna, i più utilizzati sono quelli a serpentina, a flusso diretto e a fascio tubiero. Ognuno di essi ha il proprio ambito di utilizzo.

Per i dispositivi con produttività bassa (fino a 1,5-2 l/ora), è più razionale utilizzare piccole bobine a flusso continuo. In assenza di acqua corrente, le serpentine danno un vantaggio anche ad altre opzioni. L'opzione classica è una bobina in un secchio d'acqua. Se è presente un sistema di approvvigionamento idrico e la produttività del dispositivo è fino a 6-8 l/h, le unità a flusso diretto progettate secondo il principio "tubo nel tubo", ma con uno spazio anulare molto piccolo (circa 1 -1,5 mm), sono avvantaggiati. Sul tubo del vapore viene avvolto a spirale un filo in incrementi di 2-3 cm, che centra il tubo del vapore e allunga il percorso dell'acqua di raffreddamento. Con potenze di riscaldamento fino a 4-5 kW, questa è l'opzione più economica. Una macchina a fascio tubiero può, ovviamente, sostituire una macchina a flusso diretto, ma i costi di produzione e il consumo di acqua saranno più elevati.

Il guscio e il tubo vengono alla ribalta quando sistemi autonomi raffreddamento, poiché è completamente poco impegnativo per la pressione dell'acqua. Di norma, per un funzionamento di successo è sufficiente una normale pompa per acquario. Inoltre, con potenze di riscaldamento di 5-6 kW e oltre, un frigorifero a fascio tubiero non diventa praticamente alcuna alternativa, poiché la lunghezza di un frigorifero a passaggio singolo per l'utilizzo di potenze elevate sarà irrazionale.

Per i deflemmatori delle colonne di mosto la situazione è leggermente diversa. Con diametri di colonna piccoli, fino a 28-30 mm, una normale camiciaia (in linea di principio, la stessa macchina a fascio tubiero) è la più razionale.

Per diametri di 40-60 mm, il leader è Si tratta di un dispositivo di raffreddamento ad alta precisione con chiara controllabilità della potenza e assoluta incapacità di ventilare. Dimrot consente di configurare le modalità con il sottoraffreddamento a riflusso più basso. Quando si lavora con colonne impaccate, grazie al suo design, permette di centrare il ritorno del riflusso, irrigando al meglio l'impaccamento.

Il guscio e il tubo vengono alla ribalta nei sistemi di raffreddamento autonomi. L'irrigazione dell'ugello con riflusso avviene non al centro della colonna, ma lungo l'intero piano. Questo è meno efficace di Dimrot, ma abbastanza accettabile. In questa modalità il consumo di acqua della macchina a fascio tubiero sarà nettamente superiore a quello della Dimroth.

Se hai bisogno di un condensatore per una colonna con estrazione di liquidi, Dimroth non ha rivali grazie alla precisione di regolazione e al basso sottoraffreddamento a riflusso. Per questi scopi viene utilizzato anche un fascio tubiero, ma il raffreddamento eccessivo del riflusso è difficile da evitare e il consumo di acqua sarà maggiore.

La ragione principale della popolarità dei tubi a fascio tubiero tra i produttori di elettrodomestici è che sono più universali nell'uso e le loro parti sono facilmente unificabili. Inoltre, l'uso di condensatori a riflusso a fascio tubiero in dispositivi di tipo "costruttore" o "inversione" è fuori concorrenza.

Calcolo dei parametri di un deflegmatore a fascio tubiero

Il calcolo dell'area di scambio termico richiesta può essere eseguito utilizzando un metodo semplificato.

1. Determinare il coefficiente di scambio termico.

Formule per i calcoli:

R = h / λ, (m2 K)/W;

Rs = R1 + R2 + R3 + R4, (m2 K)/W;

K = 1 / Rs, W / (m2 K).

2. Determinare la differenza di temperatura media tra vapore e acqua di raffreddamento.

Temperatura del vapore di alcol saturo Тп = 78,15 °C.

La potenza massima del condensatore a riflusso è necessaria nella modalità di funzionamento semovente della colonna, che è accompagnata da una fornitura d'acqua massima e da una temperatura di uscita minima. Pertanto assumiamo che la temperatura dell'acqua in ingresso al fascio tubiero (15 - 20) sia T1 = 20 °C, in uscita (25 - 40) - T2 = 30 °C.

Твх = Тп - Т1;

Tout = Tp - T2;

Calcoliamo la temperatura media (Tav) utilizzando la formula:

Tsr = (Tin - Tout) / Ln (Tin / Tout).

Cioè, nel nostro caso, arrotondato:

Tout = 48°C.

Tav = (58 - 48) / Ln (58 / 48) = 10 / Ln (1,21) = 53 °C.

3. Calcolare l'area di scambio termico. Basato sul coefficiente di scambio termico noto (K) e temperatura media(Тср), determiniamo la superficie richiesta per lo scambio termico (St) per la potenza termica richiesta (N), W.

St = N/(Tav*K), m2;

Se, ad esempio, dobbiamo utilizzare 1800 W, allora St = 1800 / (53 * 1493) = 0,0227 m 2, ovvero 227 cm 2.

4. Calcolo geometrico. Decidiamo il diametro minimo dei tubi. Nel condensatore a riflusso, la flemma si dirige verso il vapore, quindi è necessario soddisfare le condizioni per il suo libero flusso nell'ugello senza eccessivo sottoraffreddamento. Se realizzate tubi con un diametro troppo piccolo, potete provocare un soffocamento o un rilascio di reflusso nell'area sopra il condensatore a riflusso e più avanti nella selezione, quindi potrete semplicemente dimenticare una buona purificazione dalle impurità.

Calcoliamo la sezione trasversale totale minima dei tubi ad una data potenza utilizzando la formula:

Sezione = N * 750 / V, mm 2, dove

N – potenza (kW);

750 – vaporizzazione (cm 3/s kW);

V – velocità del vapore (m/s);

Ssec – area minima sezione trasversale tubi (mm2)

Quando si calcolano i distillatori a colonna, la potenza di riscaldamento viene selezionata in base a velocità massima vapore nella colonna 1-2 m/s. Si ritiene che se la velocità supera i 3 m/s, il vapore spingerà il riflusso lungo la colonna e lo getterà nella selezione.

Se devi smaltire 1,8 kW in un condensatore a riflusso:

Sezione = 1,8 * 750 / 3 = 450 mm 2.

Se realizzi un condensatore a riflusso con 3 tubi, significa che la sezione trasversale di un tubo non è inferiore a 450 / 3 = 150 mm 2, il diametro interno è 13,8 mm. La dimensione standard del tubo più grande più vicina è 16 x 1 mm (diametro interno 14 mm).

Con un diametro del tubo noto d (cm), troviamo la lunghezza totale minima richiesta:

L= St/(3,14*d);

L= 227/ (3,14* 1,6) = 45 cm.

Se realizziamo 3 tubi, la lunghezza del condensatore a riflusso dovrebbe essere di circa 15 cm.

La lunghezza viene regolata tenendo conto del fatto che la distanza tra le partizioni dovrebbe essere approssimativamente uguale al raggio interno del corpo. Se il numero di partizioni è pari, i tubi per l'alimentazione e lo scarico dell'acqua si troveranno sui lati opposti e, se dispari, sullo stesso lato del condensatore a riflusso.

Aumentare o diminuire la lunghezza dei tubi nel raggio delle colonne domestiche non creerà problemi con la controllabilità o la potenza del deflemmatore, poiché corrisponde ad errori di calcolo e può essere compensato con ulteriori soluzioni progettuali. Puoi considerare le opzioni con 3, 5, 7 o più tubi, quindi scegliere quella ottimale dal tuo punto di vista.

Caratteristiche di progettazione di uno scambiatore di calore a fascio tubiero

Partizioni

La distanza tra le partizioni è approssimativamente uguale al raggio del corpo. Minore è questa distanza, maggiore è la velocità del flusso e minore è la possibilità di zone di ristagno.

I divisori dirigono il flusso attraverso i tubi, ciò aumenta significativamente l'efficienza e la potenza dello scambiatore di calore. Le partizioni impediscono inoltre la flessione dei tubi sotto l'influenza dei carichi termici e aumentano la rigidità del condensatore a riflusso a fascio tubiero.

I segmenti sono ritagliati nelle partizioni per consentire il passaggio dell'acqua. I segmenti non devono essere inferiori alla sezione trasversale dei tubi di alimentazione idrica. Tipicamente questo valore è circa il 25-30% dell'area del setto. In ogni caso i conci devono garantire la parità di velocità dell'acqua lungo tutta la traiettoria di movimento, sia nel fascio tubiero che nell'intercapedine tra fascio e corpo.

Per il condensatore a riflusso, nonostante la sua lunghezza ridotta (150-200 mm), è opportuno realizzare più partizioni. Se il loro numero è pari, i raccordi saranno su lati opposti, se dispari, sullo stesso lato del condensatore a riflusso.

Quando si installano le partizioni trasversali, è importante assicurarsi che lo spazio tra il corpo e la parete sia il più piccolo possibile.

Tubi

Lo spessore delle pareti del tubo non è particolarmente importante. La differenza nel coefficiente di scambio termico per spessori di parete di 0,5 e 1,5 mm è trascurabile. I tubi infatti sono termicamente trasparenti. Anche la scelta tra rame e acciaio inossidabile, dal punto di vista della conducibilità termica, perde di significato. Quando si sceglie, è necessario procedere dalle proprietà operative o tecnologiche.

Quando contrassegnano la piastra tubiera, sono guidati dal fatto che le distanze tra gli assi dei tubi dovrebbero essere le stesse. Di solito sono posizionati ai vertici e ai lati di un triangolo o esagono regolare. Secondo questi schemi, con lo stesso passo è possibile posizionare il numero massimo di tubi. Il tubo centrale diventa molto spesso problematico se le distanze tra i tubi nel fascio non sono uguali.

La figura mostra un esempio posizione corretta buchi.

Per facilitare la saldatura, la distanza tra i tubi non deve essere inferiore a 3 mm. Per garantire la resistenza delle connessioni, il materiale della piastra tubiera deve essere più duro del materiale del tubo e lo spazio tra lo schermo e i tubi non deve essere superiore all'1,5% del diametro del tubo.

Durante la saldatura, le estremità dei tubi devono sporgere sopra la griglia ad una distanza pari allo spessore della parete. Nei nostri esempi, di 1 mm, ciò ti consentirà di realizzare una cucitura di alta qualità sciogliendo il tubo.

Calcolo dei parametri di un frigorifero a fascio tubiero

La differenza principale tra un frigorifero a fascio tubiero e un condensatore a riflusso è che il riflusso nel frigorifero scorre nella stessa direzione del vapore, quindi lo strato di riflusso nella zona di condensazione aumenta più gradualmente dal minimo al massimo, e la sua lo spessore medio è leggermente maggiore.

Per i calcoli si consiglia di impostare lo spessore su 0,8 mm. In un condensatore a riflusso è vero il contrario: dapprima uno spesso strato di riflusso, che si è fuso da tutta la superficie, incontra il vapore e praticamente gli impedisce di condensarsi completamente. Successivamente, superata questa barriera, il vapore entra in una zona con un film di riflusso minimo, di circa 0,5 mm di spessore. Questo è lo spessore a livello della sua ritenzione dinamica; la condensazione avviene principalmente in questa zona.

Considerando lo spessore medio dello strato di riflusso pari a 0,8 mm, utilizzando un esempio specifico considereremo le caratteristiche del calcolo dei parametri di un frigorifero a fascio tubiero utilizzando un metodo semplificato.

I requisiti di potenza massima per il frigorifero sono imposti dalla prima distillazione, per la quale vengono effettuati i calcoli. Potenza di riscaldamento utile – 4,5 kW. Temperatura di ingresso dell'acqua – 20 °C, temperatura di uscita – 30 °C, vapore – 92 °C.

Твх = 92 - 20 = 72 °C;

Tout = 92 - 30 = 62 °C;

Tav = (72 - 62)/ Ln (72 / 62) = 67 °C.

Area di scambio termico:

St = 4500 / (67 * 855,6) = 787 cm².

Area della sezione trasversale totale minima dei tubi:

Sezione S = 4,5*750/10= 338 mm²;

Scegliamo un frigorifero a 7 tubi. Area della sezione di un tubo: 338/7 = 48 mm o diametro interno 8 mm. Dalla gamma standard di tubi è adatto 10x1 mm (con un diametro interno di 8 mm).

Attenzione! Quando si calcola la lunghezza del frigorifero, il diametro esterno è di 10 mm.

Determinare la lunghezza dei tubi del frigorifero:

L= 787 / 3,14 / 1 = 250 cm, quindi la lunghezza di un tubo: 250 / 7 = 36 cm.

Chiariamo la lunghezza: se il corpo del frigorifero è costituito da un tubo con un diametro interno di 50 mm, tra i divisori dovrebbero esserci 25 mm.

36 / 2,5 = 14,4.

Pertanto, puoi creare 14 partizioni e ottenere tubi di ingresso e uscita dell'acqua in direzioni diverse, oppure 15 partizioni e i tubi guarderanno in una direzione e anche la potenza aumenterà leggermente. Selezioniamo 15 partizioni e regoliamo la lunghezza dei tubi a 37,5 mm.

Disegni di condensatori a riflusso e frigoriferi a fascio tubiero

I produttori non hanno fretta di condividere i loro disegni di scambiatori di calore a fascio tubiero e gli artigiani domestici non ne hanno davvero bisogno, ma alcuni schemi sono ancora di pubblico dominio.

Epilogo

Non dobbiamo dimenticare che tutto quanto sopra è un calcolo teorico che utilizza un metodo semplificato. I calcoli di ingegneria termica sono molto più complessi, ma nell’ambito reale delle variazioni domestiche della potenza di riscaldamento e di altri parametri, il metodo fornisce risultati corretti.

In pratica, il coefficiente di scambio termico può essere diverso. Ad esempio, a causa della maggiore rugosità della superficie interna dei tubi, lo strato di reflusso diventerà più alto di quello calcolato, oppure il frigorifero non sarà posizionato verticalmente, ma ad angolo, il che ne modificherà le caratteristiche. Ci sono molte opzioni.

Il calcolo consente di determinare con precisione le dimensioni dello scambiatore di calore, verificare come una variazione del diametro del tubo influenzerà le caratteristiche e scartare tutte le opzioni peggiori inadeguate o garantite senza costi aggiuntivi.