Numerische Simulation ?

Selbstbau und Kauf von Destillen. Diskussionen über Bauweisen und Materialien
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Alk52
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Numerische Simulation ?

Beitrag von Alk52 »

Ich suche Informationen über numerische Simulation oder ähnliche Artikel über
- großen Destillen (>1000 l)
- Rektifikation im Detail (an der Wand und mit SPP)
- (Kupfer-) SPP / gefüllte Kolonnen
- Einfluß von Kupfer auf das Destillat
Ich möchte verstehen, wie die großen Destillen (PotStill) im Detail funktionieren und wie man mit Rektifikation und gefüllten Kolonnen in unserem Maßstab ähnliche Ergebnisse erzielen kann.
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Alk52
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Re: Numerische Simulation ?

Beitrag von Alk52 »

In The-Physiscs-of-Pot-Stills werden unterschiedlich geformte große Destillen und ihre Eigenschaft beschrieben (Bilder und 3 Links)
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derwo
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Re: Numerische Simulation ?

Beitrag von derwo »

Ich bin der Meinung, daß man große Destillen nicht in klein nachbauen kann. Bzw, daß es ein Holzweg ist, es zu probieren. Denn nicht alles lässt sich verkleinern.

ZB die Schwerkraft: Angenommen, ich baue eine Destille original bez. des Volumens 1:100 nach und betreibe sie auch mit 1:100tel der effektiven Heizleistung, braucht der passive oder aktive Reflux bei der kleinen Destille viel weniger Zeit, zurück nach unten zu fließen, wie bei der großen. Daraus folgt, daß aus dem Reflux weniger Rektifikation geholt wird.
Packung allerdings verlangsamt den Reflux und ist daher ein Schritt in Richtung Ähnlichkeit.

Und das Oberfläche/Volumen-Problem: Vereinfachen wir dafür die Destillenform und sagen wir, sie ist eine Kugel und wird ganz befüllt. Dann hat eine 1000 liter Destillenkugel eine Oberfläche von 4.83m², also 0.00483m² pro liter. Und eine 10 liter Kugel 0.226m², also 0.0226m² pro liter, also die 4.7-fache Oberfläche pro liter wie die große Destille. Das bedeutet, die kleine Destille hat wesentlich mehr passiven Reflux und wesentlich mehr Kupferkontakt.

Ich finde die Fixierung auf dei Destillenform, wie man sie in vielen Whiskyseiten findet vollkommen überzogen. Da wird ein Detail wie der Refluxbowl oder die etwas enger als durchschnittliche Kolonne oder die ausgeprägte Birnenform mit schönen Bildern dargestellt, daran irgendwas festgemacht und die anderen Details wie die Destillationstgeschwindigkeit und die Schnitte werden gar nicht erwähnt. Und das, obwohl sich diese Details oft widersprechen. Also eine Brennerei mit einer sehr hohen Kolonne ist nicht unbedingt eine mit langsamer Destillation und frühem Nachlaufschnitt. Oder eine Brennerei mit einer sehr gedrungenen Destille hat dann aber einen Purifier (eine Art Thumper oder slobber Box) nachgeschaltet.
Und die Details, die man vor dem Brennen entscheidet, kommen da ja auch noch dazu. ZB die vol% der Maische und die Gärdauer.

Aber du schreibst ja selber, daß du nichts verkleinert nachbauen möchtest, sondern die Eigenschaften mit Kolonne und SPP nachahmen möchtest. Das ist wohl auch ein guter Weg. Aber der Vergleich mit den großen Destillen hinkt immer irgendwie und daher ist es schwer, daraus was für Bauprojekte abzuleiten. Ich persönlich habe nicht den Eindruck, daß aus diesen Vergleichen viel zu holen ist.

Über Kupfer gibt es eine pdf in unserer Bibliothek.
Weiteres über Whiskydestillenformen gibt es bei whisky.de in dem Buch zum Runterladen (dem "elektronischen Whiskybuch"). Weiterführende Details finden sich in den einzelnen Brennereivideos dort. Und bei wormtub.com finden sich zumindest über die Islay-Brennereien sehr viele Details.

Ganz habe ich aber wohl nicht verstanden, was du willst bzw was du bei dir im Hinterkopf schon in Planung ist.
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Alk52
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Re: Numerische Simulation ?

Beitrag von Alk52 »

Ich möchte ggf. über eine Simulation oder Vergleiche die Unterschiede der Großen zu unseren Hobby-Anlagen verstehen. Das ist ein langer Weg, der mit euren Erfahrungen und weiteren Versuchen, gelingen könnte.
Da wir zwar die Größe skalieren könnten (zB. Alembik), aber nichts an der Zeit und Schwerkraft ändern, bleibt aus meiner Sicht am Ende das Zusammenspiel von Destille, Heizung, Reflux und Kupfer (in Form von SPP oa.).

Die von Wo aufgezeigte Quelle (Whisky.de) mit guter Suchfunktion, liefert Bilder und Daten, von denen ich eine kleine Auswahl zusammengefaßt habe.
.
hc_303.png
.
hc_302.png
Auf den ersten Blick fallen die Unterschiede: Lampenglass- und Zwiebel-Form auf. Die Tabelle zeigt die Dimensionen.

Da wir zwar die Größe skalieren könnten (zB. Alembik), aber nichts an der Zeit und Schwerkraft ändern, bleibt aus meiner Sicht am Ende das Zusammenspiel von Destille, Heizung, Reflux und Kupfer (in Form von SPP oa.).
Eine verständliche Beschreibung des Refluxes bei den Großen findet sich in The Physics of Pot Stills.

"The amount of reflux is primarily dependent on the shape of the still. The simplest factor is still height - the shorter the vertical distance between the pot and the lyne arm that leads to the condenser, the less reflux there will be. Conversely, the taller the still, the more reflux..."

Ein Tipp an Rand. Mit "Deepl" kann sich jeder Texte schnell übersetzen lassen. Wenn es auf dem PC installiert ist, dann reicht 2x STRG-C und fertig.
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derwo
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Re: Numerische Simulation ?

Beitrag von derwo »

Alk52 hat geschrieben: 30. Dez 2020, 15:51 "The amount of reflux is primarily dependent on the shape of the still. The simplest factor is still height - the shorter the vertical distance between the pot and the lyne arm that leads to the condenser, the less reflux there will be. Conversely, the taller the still, the more reflux..."
Genauso wichtig wie die Form ist die Destillationsgeschwindigkeit. Zumindest bei solchen Destillen mit viel passivem Reflux.



Wenn wir diese Datenzusammenstellung mal genauer anschauen, wird deutlich, daß sich manches widerspricht.

Laphroaig vs Ardbeg (wobei ich auf den sehr unterschiedlichen Rauchcharakter nicht eingehe):

Laphroaig ist bekannt für einen recht schweren aber vorlaufarmen Whisky:
- Die Brennblasen sind extrem klein, also viel Kupferkontakt.
- Sie sind sehr hoch befüllt.
- Aber die Kolonne ist trotzdem gar nicht niedrig. Also im Vergleich zu der Brennblasengröße sind das sehr hohe Destillen.
- der lyne arm ist absteigend.
- Der Feinbrand wird (auch dank der kleinen Brennblase) sehr schnell durchgeführt, wobei der Vorlauf aber extrem lange dauert.
- eher späte Schnitte und deshalb auch eher niedrige Stärke des newmakes.
Fazit: Trotz der hohen Kolonne kommt ein eher voluminöser Geschmack raus. Warum nehmen sie nicht eine niedrige Kolonne, wenn sie es auf voluminösen Geschmack abzielen?

Ardbeg ist bekannt dafür, daß über dem Rauch recht viel Fruchtnoten liegen und daß er im Abgang aber (außer dem Rauch) eher schlank ist:
- Die normalgroße Brennblase ist recht hoch befüllt.
- Die Kolonne ist sehr niedrig.
- der lyne arm ist ansteigend.
- Vorlauf ist kurz
- die sonstige Destillation aber sehr lange
- Mittellauf wird früh beendet
- der newmake ist relativ stark
Fazit: Trotz der niedrigen Kolonne kommt ein eher schlanker Geschmack heraus. Warum nehmen sie nicht eine hohge Kolonne, wenn sie einen schlanken Gechmack haben wollen?

Andere "Widersprüche":
- Lagavulin ist sehr voluminös obwohl sehr langsam destilliert. Warum gehen deren Destillen in so eine voluminöse Geschmacksrichtung, daß sie dann mit der Destillationsgeschwindigkeit so unökonomisch gegensteuern müssen?
- Bruichladdich und Caool Ila kombinieren beide eine nur sehr wenig gefüllte Brennblase und hohe Kolonne mit einem absteigenden lyne arm. Ist das nicht kontraproduktiv?
- Bowmore befüllt sehr hoch und sammelt sehr lange Nachlauf, welcher dann ja wiederverwendet wird, hat den lyne arm aber ansteigend und beendet den Mittellauf sehr früh. Das passt doch ebenfalls nicht zusammen, oder?


Diese Widersprüche sind aber natürlich keine. Wenn alle Faktoren in eine Richtung gehen würden, würde es wahrscheinlich nicht gut schmecken.
Je nachdem, wann die Brennerei mal vergrößert wurde, hat sich halt eine Brennblasenform etabliert. Je nach Mode und dortige Tradition oder warum auch immer. Und die Form wurde dann beibehalten, auch bei dem nächsten Neubau. Denn man wollte nicht plötzlich einen anderen Geschmack. Die anderen Faktoren hat man auch beibehalten, zumindest, solange sich der Geschmack der Kunden nicht geändert hat. Wenn es Gründe gab, den Geschmack zu ändern, hat man natürlich am wenigsten daran gedacht, neue andere teure Destillen zu kaufen, sondern eher zB die Schnitte zu verändern.
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Alk52
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Re: Numerische Simulation ?

Beitrag von Alk52 »

Bevor ich auf die og. Argumente eingehe, will ich noch schnell ein paar abgeschätzte Größen ablegen. Ich habe mich für die bisher nicht angesprochene Whisky-Destillerie Bruichladdich entschieden, weil diese die einfachste Geometrie hat und so leicht zu skalieren ist.
Die Maße habe ich durch Ähnlickeitsbetrachtungen und grobe Zielwertbestimmung ermittelt.
.
hc_311.jpg

Bei ca. 58% Kesselfüllung ergibt sich für die Füllung ein Oberflächen/Volumenverhältnis von ca. 3,3 m²/m³ für die Große Bruichladdich.
Sklieren wir es um den Faktor 10 in der Länge, also Faktor 1000 im Volumen herunter, so kommen wir in die typischen HobbyKessel-Dimensionen von ca. 20l.
Hier kommen wir mit 0,55m SPP Füllhöhe in 2" (V2A) Rohr auf etwa 1m² Kupferoberfläche, haben also ein O/V Verhältnis von 10 m²/m³.

Damit hätten wir die Skalierung in Größe und Verhältnis Kupferfläche zu Kesselvolumen recht ordentlich hinbekommen.
Im nächsten Schritt müssen wir die Destillationsgeschwindigkeit betrachten
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Alk52
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Re: Numerische Simulation ?

Beitrag von Alk52 »

Destillationsgeschwindigkeit.
Betrache ich die Destillationsdauer in og. Tabelle, dann liegen die Großen zwischen 3-4 Stunden, vereinzelt kürzer bzw. länger.
Da ich bei meinen letzten Bränden (10-12L) mit 2,2kW Heizleistung ca. 2h gebraucht habe, müßte ich langsamer Brennen, also die Heizleistung abregeln und ggf. den Reflux erhöhen. Damit erreiche ich die (oft diskutierte) längere Brenndauer und habe zusätzlich einen höheren Rücklauf, bei sonst ungeänderten Einstellungen.
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Re: Numerische Simulation ?

Beitrag von derwo »

Wie berechnest du die Oberfläche von 0.55m SPP?

Ich denke, um die Destillationsdauer anzugleichen, musst du, wenn du Packung verwendest, die Heizleistung reduzieren. Sonst bist du ganz schnell bei über 90vol%. Und das wird dann sicher nicht ähnlich. Also es müssen schon sehr ähnliche vol% am Ende rauskommen.
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Re: Numerische Simulation ?

Beitrag von Alk52 »

derwo hat geschrieben: 1. Jan 2021, 20:23 Wie berechnest du die Oberfläche von 0.55m SPP?
Nun, das ist nur auf den ersten Blick schwierig.
Ein 2" Rohr hat einen Innendurchmesser von 4,8cm bzw. Radius von 2,4cm => 1000cm³ / (Pi*2,4*2,4)~55cm (pro Liter).

Der Hersteller spezifiziert die Kupfer-SPP mit 1350g/Liter.

Ein SPP wiegt ca. 0,315 (gewogen) => 1350/0,315 = 4285 SPP/Liter
Der Draht eines SPP hat einen Durchmesser von 0,6mm und eine Länge (auseinander gezogen) von 125mm =>
0,6*Pi*125 ~ 235 mm² * 4285 = 1.006.975 mm²~ 1m².
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derwo
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Re: Numerische Simulation ?

Beitrag von derwo »

Ok. Ist ja sowieso die Frage, ob es ein zu viel an Kupferkontakt gibt. Die Kühlfläche ist aber schon entscheidend. Aber die möchtest du ja über aktiven Reflux einstellen. Wobei das beim Vorlauf nicht klappen wird. Da erzeugt dein kaltes SPP ja wegen der größeren Oberfläche wahrscheinlich mehr Reflux als die kalte Kolonnenwand der Großdestille. Obwohl andererseits sich ja das SPP schneller erwärmt als die Kolonnenwand... Am Schluss zählen wahrscheinlich die vol%, die du beim Vorlauf hast, verglichen mit denen der Großdestille.
Und entsprechen die 55cm 2" nun auch so halbwegs den Dimensionen der anderen Großdestillen? Wenn nein, dann bedeutet das doch, daß diese Dimensionen nicht wichtig sind für einen guten Whisky, oder?
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Alk52
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Re: Numerische Simulation ?

Beitrag von Alk52 »

Es ist ein Dilemma.
7.000-13.000 Liter auf Hobbydimensionen zu skalieren will nicht funktionieren.

Betrachten wir die Zeit für die Spirit-Stills von 3-5 Stunden, dann ist es schon möglich 10 Liter zu Hause so lange am köcheln zu halten, aber nur mit extrem reduzierter Heizleistung und mehr oder weniger Reflux.
Wie Du schon sagst, zuviel Kupferfläche wird nicht schaden. Aber ich komme nie in die vol%-Bereiche, die bei den "Großen" angegeben werden, sondern liege lange Zeit deutlich darüber.

Das Aufheizen und Abziehen des Vorlaufes können wir schon mit aktivem Reflux entsprechend realisieren und so leichtflüchtige Komponenten abtrennen.
Dann scheiden sich die Geister. Was machen wir mit den Anteilen über 75%, die bei den "Großen" einfach wieder zu den LowVines kommen und weiter verwendet werden, für die große Neutraltonne bestimmt zu schade, oder?
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derwo
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Re: Numerische Simulation ?

Beitrag von derwo »

Mit guter Isolierung geht das auch nicht? Also ähnliche vol% bei ähnlicher Brenndauer?

Bei den Schotten wird auch der Vorlauf wiederverwertet. Es gibt manche Schreiberlinge, die mal irgendwo gelesen oder gehört haben, einmal im Jahr oder so wird der Vorlauf verworfen. Genaues weiß ich darüber nicht. Ich denke, durch Verdunstung hier und da wird die Vorlaufmenge in dem Feintsbehälter moderat gehalten. Bin mir aber nicht sicher.

Es ist übrigens auch eigentlich ganz normal für die Spirituosenindustrie, daß kein Vorlauf abgetrennt wird. Bourbon, Rum, Grappa. Alles, was mit kontinuierlicher Kolonne gebrannt wird, aber halt nicht auf 95% oder so, wird ohne Vorlaufabtrennung produziert. Bei Malt Whisky wird er wenigstens immer wieder nochmal gebrannt.