Sprężynki pryzmatyczne kwasoodporne- wypełnienie kolumn destylacyjnych.

HETP - 40 mm!

Zalecane stosowanie do średnicy kolumny od 65mm, poniżej tej średnicy zalecamy stosowanie mniejszych sprężynek o wysokości półki HETP 20mm.

Unikalną cechą oferowanych pierścieni jest wolna przestrzeń między zwojami.
Pozwala ona na rozwinięcie powierzchni międzyfazowej styku cieczy i gazu, dodatkowo powodując zmniejszenie oporów przepływu.
Następną ważną sprawą jest geometria i sposób zwinięcia zwojów. Nieumiejętne dobranie tych parametrów może spowodować spadek rozdzielczości nawet o kilkadziesiąt procent!

Poniżej przedstawiam parametry techniczne pierścieni:

1. materiał – stal kwasoodporna AISI 304
2. ciężar właściwy – 780 g/dm³
3. wymiary – 5.7 x 6,5 x 0,24 mm
4. powierzchnia właściwa (p/v) – 1800 dm²/dm³
5. objętość wolna - 0,80
6. maksymalne obciążenie cieplne – 140 W/cm²
7. HETP – 40 mm.

Stal kwasoodporna (KO) na przestrzeni lat wyparła z przemysłu rektyfikacyjnego miedź. Zalety stali to lepsza odporność chemiczna i neutralność w środowiskach agresywnych. Cechy te powodują, że metal ten doskonale spełnia wymagania przemysłu spożywczego.

Innym istotnym parametrem, któremu warto poświęcić kilka słów, jest maksymalne obciążenie cieplne. Decyduje ono o mocach grzewczych, na których powinna pracować kolumna. W warunkach domowych obciążalność urządzeń elektrycznych z reguły nie przekracza 4000 W. Podobnie jest z mocą rzeczywistą popularnych taboretów gazowych. Dlatego oferowane sprężynki zostały zoptymalizowane pod obciążenie 1500 - 4000W.

Warto wiedzieć, że wypełnienie pracuje optymalnie jedynie po jego dobrym zwilżeniu. Aby je osiągnąć powinniśmy doprowadzić do tzw. zalania kolumny. Do zainicjowania tego zjawiska potrzebna jest odpowiednia moc grzewcza. Maksymalne obciążenie cieplne jest parametrem pozwalającym w łatwy sposób wyznaczyć odpowiednią moc dla naszej kolumny. Wystarczy jego wartość przemnożyć przez pole powierzchni przekroju kolumny liczone w cm².

Następnym ważnym parametrem jest HETP (Height Equivalent to the Theoretical Plate), czyli wysokość równoważna jednej półce teoretycznej. W teorii rektyfikacji przyjmuję się, że pojęcie półki teoretycznej oznacza jeden element kolumny, na którym zachodzi pojedynczy akt destylacji (czyli odparowanie i skroplenie). Można to też porównać do jednego procesu destylacji prostej wykonanej przy użyciu kotła i chłodnicy.

Należy pamiętać, że dokładność rozdzielania składników cieczy zależy od liczby takich pojedynczych aktów destylacji. Im więcej półek teoretycznych posiada kolumna, tym lepiej. Przykładowo dla 15% roztworu wody i etanolu potrzeba około 6 destylacji prostych, aby osiągnąć spirytus o mocy 93%. Gdybyśmy to robili przy pomocy garnka i chłodnicy, zabrałby to dużo czasu i energii. Kolumna rektyfikacyjna z wypełnieniem dającym 6 półek teoretycznych pozwala uzyskać to samo w jednym procesie, zamiast w sześciu.

Diagram pokazuje, jakiej potrzebujemy wysokości usypu popularnych wypełnień, aby nasza kolumna mogła pracować z rozdzielczością 6 półek teoretycznych.

Jak widać wypełnienie ceramiczne słabo się sprawdza w domowych kolumnach. Co prawda w wysokich pomieszczeniach można wstawić kolumny o zasypie 150 cm. Pozwala to uzyskać na ceramice 10 półek i spirytus ponad 94%. Będzie on jednak słabej jakości - z dużą ilością zanieczyszczeń.

Tabela obok wykresu pokazuje jak rośnie stężenie etanolu z każdym następnym aktem destylacji. Analizując ją, można dojść do wniosku, że 23 półki wystarczają, aby osiągnąć maksymalne stężenie.

Należy wiedzieć, że wysokie stężenie (duża procentowość) nie do końca przekłada się na czystość. W nastawach drożdżowych (zwanych zacierami lub cukrówkami) znajduje się ponad 200 substancji, których należy się pozbyć. Najogólniej można je podzielić na frakcje lekkie (aldehydy, aceton, eter) i frakcje ciężkie (fuzle). Niektóre z nich tworzą azeotropy o temperaturze wrzenia bliskiej etanolu i są bardzo trudne do usunięcia. Lata doświadczeń naukowców wykazały, że dla uzyskania względnie czystego alkoholu kolumna musi mieć co najmniej 40 półek teoretycznych. Ale prawda jest taka, że choćbyśmy mieli nawet 100 półek, to i tak nie uzyskamy czystości doskonałej. Zawsze pozostają śladowe ilości zanieczyszczeń liczone w setnych lub tysięcznych jednego procenta. Często pozostają one poza zakresem wyczuwalności smakowej przeciętnego konsumenta. Właśnie takie niuanse decydują o jakości najlepszych spirytusów.

Powyższe fakty jasno pokazują, dlaczego wysokość jednej półki (HETP) jest tak ważna dla małych kolumn domowych, które dysponują niewielką wysokością zasypu.

Dla kolumny 100cm ceramika pozwala uzyskać jedynie kilka półek. Stosując zmywaki (druciaki) zbliżymy się do 30 półek. Zaś posiadając odpowiednie sprężynki uzyskamy aż 50-60 półek. Dopiero taka rozdzielczość umożliwia oczyszczenie z najbardziej odpornych na rozdzielenie substancji.