Connaissant le moût et la colonne, nous pouvons calculer quelques éléments comme le diamètre minimum et maximum recommandé pour la colonne, la pureté que nous prévoyons en haut de la colonne, et combien de temps elle prendra à monter en température. Puis, nous pouvons regarder les performances de la colonne dans le temps - et combien nous espérons collecter de distillat, et comment ceci se modifie (de même que les performances de la colonne) tout au long de la passe.
J'ai rassemblé toutes les constantes physiques requises, etc. pour l'eau et l'éthanol dans une page de données
Calcul du diamètre d'inondation, basé sur le schéma 18-38 chez Perry
(appeler ceci « y ») en fonction de
(appeler ceci « x »)
En traçant la ligne d'inondation, j'ai trouvé : y = =1.4427 x2 -1.0271 x + 0.2312 où
A travers la section supérieure nous avons
Basé sur la composition du moût, et la puissance fournie (Q distillé), vous pouvez estimer la quantité de vapeur que vous produisez (V en kg/s)
Q distillé = (V * %éthanol * Hvap éthanol) + (V * %eau * Hvap eau)
Puis G' = V / surface de section de colonne (pD2)
La quantité de liquide (L) en reflux dépendra du Ratio de Reflux ; puisque D=V-L, et le Ratio de Reflux est L/D, alors
Aussi L' = L / surface de section de colonne
(hmmm.. c'est ici où je fais quelque chose un peu épineux… nous allons estimer la quantité de vapeur étant produite à partir du moût. Cela vaudra pour le fond de la colonne, mais pourra ne pas être tout à fait identique au débit de vapeur du dessus - une partie de l'eau aura été enlevée, et il y aura encore plus de vapeur d'alcool sur le chemin… ainsi ce que je fais est un petit bilan de matière basé sur la pureté prévue en haut. Ceci peut se mordre la queue - parce que vous ne connaissez pas ceci jusqu'à ce que vous puissiez établir le HETP pour le packing, mais vous avez besoin de cette valeur pour calculer le HETP.. et deviner ainsi un % finale, faire une passe avec les calculs, voir quel est réellement le % idéal, et ajuster à partir de là et recalculer si nécessaire).
Donc… calculer x =, résoudre pour y, puis établir une valeur pour Ut
Depuis Ut = G'/surface de section de colonne, et en connaissant la valeur = p D2 vous pouvez résoudre pour Dflood
C'est le diamètre d'inondation - par exemple le faire plus petit rendra le débit de vapeur trop rapide pour permettre au liquide d'écouler derrière lui. C'est le diamètre minimum absolu.
Ainsi la colonne doit être plus large. Les recommandations standard sont d'employer approximativement 65% de la vitesse d'inondation, aussi vous agrandirez le diamètre à employer par
De même, si la colonne est trop large, il n'y aura pas assez d'interaction entre le liquide et la vapeur. Je ne peux trouver aucune recommandation pour ceci, mais je devine qu'environ 25% serait correct, ainsi :
Maintenant les débits du liquide et du gaz seront différents à différentes hauteur dans la colonne… ainsi une fois que vous avez fait l'exercice entier, refaire ces calculs quelques fois, pour différentes hauteurs (débits). Vous découvrirez que les différences ne sont pas vraiment intéressantes pour s'en inquiéter.
par exemple quelle est la hauteur du packing nécessaire pour obtenir la même performance qu'un plateau théoriquement parfait (en équilibre). J'ai fait une évaluation en utilisant la méthode de Onda (d'après Coulson, Richardson et Sinnott « génie chimique »).
Calculer la surface efficace (aw) en utilisant :
où :
| Tension superficielle critique | |
| Matériau | sc [mN/m] |
| Céramique | 61 |
| Métal (acier) | 75 |
| Plastique (polyéthylène) | 33 |
| Carbone | 56 |
Ensuite calculer les coefficients de transfert de masse du liquide et du gaz (kL et kG) en utilisant :
où :
À partir de ces derniers vous pouvez alors calculer les tailles de transfert de la pellicule :
où :
À partir de ces derniers vous pouvez alors estimer la taille de l'unité en phase gazeuse globale de transfert :
Maintenant… pour une section de la colonne garnie dans laquelle les courbes de fonctionnement et d'équilibre raye peuvent être considéré droites (hé c'est presque nous!), les étapes théoriques peuvent être converties en nombres d'unités de transfert par :
et puis
Une fois que vous avez travaillé ce domaine, le reste est nettement plus simple.
Estimer la pureté en haut de la colonne par une progression du nombre correct d'étapes théoriques sur le diagramme d'équilibre
J'ai toujours travaillé avec une corrélation appropriée pour décrire la courbe d'équilibre, mais actuellement j'emploie (x et y comme %alcohol par volume (comme une fraction, par exemple 0,15 non 15%)) (et ne pas espérer aller au delà de 95%) :
y = -31,065 x6 + 116,08 x5 - 169,95 x4 + 123,99 x3 - 47,195 x2 + 9,1398 x
Ainsi… sélectionner une suite temps appropriée, calculer alors le volume enlevé (débit * temps). Vous connaitrez leur pureté, ainsi vous pouvez alors mettre à jour le total enlevé, la pureté globale, et la pureté et le volume du moût restant dans le pot.
A chaque étape vous pouvez alors aller chercher de nouveau au début et tout refaire à nouveau (HETP etc.) si vous voulez vraiment….mais ce n'est pas vraiment nécessaire de faire cet effort, les valeurs ne devraient pas changer beaucoup.
Faite attention de garder une bonne cohérence dans les diverses unités que vous employez, parce que c'est un peu compliqué de passer des moles, kgs et grammes tout au long des calculs (et encore plus en bidouillant avec les unités impériales…).
Tony Ackland| http://www.fairesagnole.eu/homedistiller_fr dernière modification de cette page |