Alkoholstärken, Massenströme und Temperaturen in Refluxkolonnen

[derwo]

Für mich sind deine Messungen ein vollkommen andere Thema. Oder kannst du anhand deiner Messungen irgendetwas bestätigen oder bezweifeln von dem, was wir hier geschrieben haben?

Das Verifizieren von unseren Aussagen mit Messwerten ist uns glaube ich nicht möglich. Denn:
1. Wir können nicht genau die % Reflux messen. Erst recht nicht die Dampf- und Refluxmengen innerhalb der Kolonne.
2. Innerhalb einer Packungskolonne messen wir eine Mischtemperatur von Flüssigkeit und Dampf. Und wenn die Gegebenheiten so sind, wie hier beschrieben, haben Dampf und Flüssigkiet an derselben Stelle unterschiedliche Temperaturen. Wir können also von Temepraturen innerhalb der Packung nicht sehr genau auf Alkoholstärken schließen.
3. Wir können Wärmeabstrahlungsverluste nicht ganz wegzaubern.
4. Allgemein ist alles zu ungenau, um Kleinigkeiten, wie das von mir in meinem letzten Beitrag geschriebene, messen zu können.

Also ich denke, hier müssen wir uns mit der Theorie begnügen. Messungen bringen uns an anderen Stellen sicher voran, hier aber glaube ich es nicht.

[Alk52]

Nun, ich bin anderer Meinung.
Uns war von Anfang an klar, dass wir nie in der Lage sein werden, eine ideale Kolonne zu bauen und erst recht nicht, da drin auch noch zu messen.
Selbst meine alten Messungen*1 (Seite 3 unten) geben noch viel zu denken, bevor wir die Kolonne verstanden haben.

Wie und was passiert,
- wenn wir anfangen Produkt abzuziehen
- wenn die Kolonne gefüllt wird. Müssen wir Stunden *2 warten , bis sich alle leicht flüchtigen Anteile oben gesammelt haben, damit wir sie abziehen können?

@ *1) Leider war der Sprung von 1100 W auf 2200 W sehr groß, aber es ist zu sehen, dass die Anzahl theoretischer Böden (die Effektivität) mit Produktabzug reduziert wird.

@2*) wie in A Professional Guide for Amateur Distillers von J. Stone und M. Nixon, 2000 beschrieben.

[derwo]

Müssen wir Stunden *2 warten , bis sich alle leicht flüchtigen Anteile oben gesammelt haben, damit wir sie abziehen können?

Ich finde nicht, daß wir das müssen. Das kann ich aber nur geschmacklich begründen und dann ist das vollkommen off-topic.
Überhaupt, sich jetzt nicht nur auf Ethanol und Wasser zu beschränken, sondern auch noch Vorlaufstoffe dazuzunehmen, wie soll uns das bei den Basics weiterbringen?

[Alk52]

Dann streichen wir diesen Satz und bleiben bei Wasser und Ethanol.

[derwo]

Wie und was passiert,
- wenn wir anfangen Produkt abzuziehen

Die Verhältnisse ordnen sich permanent neu. Wenn wir Glück haben, so wie berechnet. Und je nach Bauweise mit mehr oder weniger Verzögerung. Die Flüssigkeitsmengen in den Platten spielen bei der Verzögerung sicher eine große Rolle.

[Hügelwilli]

Ich möchte nur mitteilen, daß ich weiter dran bin, also weiter versuche, das berechnen zu können.
Es ist allerdings schwer, das so zu programmieren, daß die Rechnung bei allen möglichen Eingaben funktioniert. Deswegen braucht es Zeit.
Es schaut rechnerisch so aus, als würde in unserem Beispiel (2590 Watt, 4 zusätzliche Böden, 9.2gew% in der Destille) bei 80% Reflux die Energie, die einer Platte zur Verfügung steht -also nach der Erwärmung vom Reflux- nach oben hin ansteigen. Bei der obersten Platte sind es dann etwa 2607 Watt.

[Alk52]

Na, das kann nicht sein.
Bei vollem Reflux ziehen wir einen kleinen Teil der Energie ab, um den Rückfluß aufzuwärmen. Dadurch steht für die Erzeugung des Massenstromes weniger als die eingespeiste Energie zur Verfügung.
Im Potstill-Modus haben wir nur Massenstrom ohne Reflux und die eingespeiste Energie verläßt vollständig als Dampf die Kolonne.

Auch wenn die 'lokale Heizleistung' bei Reflux von unten nach oben zunimmt, kann es nie mehr sein, als eingespeist.

In unserer Diskussion haben wir mit 100% Reflux begonnen, einfacher wäre es, wenn wir bei 0% Reflux, also Potstill beginnen, um dann zu überlegen, was passiert, wenn wir nach und nach immer mehr Energie durch kondensieren am Refluxkühler aus dem Dampf ziehen.

[derwo]

Die Begründung hatte ich hier geschrieben und du hast nicht darauf reagiert:
viewtopic.php?p=17710#p17710

Hügelwilli hat es an dem Beispiel versucht zu berechnen und "Es schaut rechnerisch so aus", als ob das stimmt. Niemand behauptet bisher, daß es sicher so ist.

In kurz: Meine Begründung war, daß Ethanol und Wasser kälter abgezogen werden als sie im Kessel waren. Sie werden nach oben hin kontinuierlich kälter in der Kolonne. Dafür müssen sie Wärmeenergie abgegeben haben. Diese Wärmeenergie erhöht die der Platte zur Verfügung stehende Energie. Voraussetzung dafür sind:
1. Temperaturunterschiede. Es funktioniert also nicht im Potstillmodus.
2. Unterschiedliche Mengen Dampf und Reflux. Es muss also Produkt abgezogen werden, sonst heben der heiße Dampf und der kalte Reflux sich energetisch auf.

[Alk52]

Es kommt noch nichts Neues, ich möchte nur sortieren, was wir bereits wissen.

Eine Refluxkolonne besteht aus einem Refluxkühler und einzelnen disktreten Böden oder kontinuierlicher (SPP-)Füllung, in der ein Dampfgemisch (Dampf) aus einem geheizten Ethanol-Wassergemisch aufsteigt. Die Fälle nur Ethanol oder nur Wasser ignorieren wir erst mal.
Die ideale Kolonne hat keine Wärmeverluste. Vorläufig betrachten wir nur Kolonnen mit realen, diskreten Böden im (Fließ-)Gleichgewicht.

In der bisherigen Diskussion haben wir festgestellt,
- dass die eingespeiste Energie auf jedem Boden zur Verfügung steht. Nicht mehr und nicht weniger.
- die transportierte Masse Dampf errechnet sich aus der Heizleistung abzüglich der Leistung, die benötigt wird um den von oben eintretenden Reflux aufzuwärmen.

Wir kennen 3 (Betriebs-)Zustände

A - 0% Reflux
Wir wissen aus Erfahrung, dass in der Kolonne
- überall die gleiche Temperatur ist und
- es kein Kondensat gibt
- der aufsteigende Dampf ohne Verluste bis in den Produktkühler (PK) kommt
- dabei wird die eingespeiste Heizleistung bzw. Energie/s vollständig mitgenommen
- und beim Kondensieren und Abkühlen im PK wieder abgegeben.

B - 100% Reflux
Die gesamte Energie wird am Refluxkühler abnommen
- dadurch kondensiert das gesamte Dampfgemisch
- wir haben ein Gleichgewicht auf- und absteigender Massen

C - Teil-Produktabnahme
Durch Produktentnahme (<100%) entnehmen wir der Kolonne einen Teil der Masse und der Energie.
- die Bedingung, das aufsteigende Masse (Dampf) und absteigende Masse (Reflux) gleich sind, gilt nicht mehr.
- die absteigende Masse ist kleiner als die aufsteigende Masse
- dadurch steht mehr Energie als im Fall B für die Verdunstung auf einem Boden zur Verfügung

[derwo]

In der bisherigen Diskussion haben wir festgestellt,
- dass die eingespeiste Energie auf jedem Boden zur Verfügung steht. Nicht mehr und nicht weniger.

Da sind wir uns nicht einig. ich denke ja, daß die Energie nach oben hin ansteigen kann.

- die transportierte Masse Dampf errechnet sich aus der Heizleistung abzüglich der Leistung, die benötigt wird um den von oben eintretenden Reflux aufzuwärmen.

Plus dem eventuellen Wärmeunterschied von Dampf zu Flüssigkeit, in die er strömt.

A - 0% Reflux
Wir wissen aus Erfahrung, dass in der Kolonne
- überall die gleiche Temperatur ist und
- es kein Kondensat gibt
- der aufsteigende Dampf ohne Verluste bis in den Produktkühler (PK) kommt
- dabei wird die eingespeiste Heizleistung bzw. Energie/s vollständig mitgenommen
- und beim Kondensieren und Abkühlen im PK wieder abgegeben.

wobei der PK dann etwas mehr Energie rausziehen muss, als aktuell unten reingeschickt wird. Denn er muss den Dampf "vor" dem Kondensieren erstmal auf den Taupunkt herabdrücken. In unserem Beispiel Dampf mit 50gew% hat 91.5°C. Um in zu kondensieren, muss er auf 81.9°C abgekühlt werden.
Und dann muss der PK natürlich das Destillat noch abkühlen, eh klar.

B - 100% Reflux
Die gesamte Energie wird am Refluxkühler abnommen
- dadurch kondensiert das gesamte Dampfgemisch
- wir haben ein Gleichgewicht auf- und absteigender Massen

Hier glaube ich nicht, daß der RK etwas mehr Energie rausziehen muss, als aktuell reingeschickt wird. Sonst wäre das ja eine Energieherbeizauberungsmaschine. Deswegen aber müssen die Massenströme in der Kolonne etwas reduziert sein, wenn man die Temperaturunterschiede von Dampftemperatur und Dampf-Taupunkt mit reinrechnet. In usnerem Beispiel waren das diese 100g/min oder eben 98g/min Massenstrom zwischen Kessel und erster Platte.

[Alk52]

In der bisherigen Diskussion haben wir festgestellt,
- dass die eingespeiste Energie auf jedem Boden zur Verfügung steht. Nicht mehr und nicht weniger.

Da sind wir uns nicht einig. ich denke ja, daß die Energie nach oben hin ansteigen kann.
[..]
Hier glaube ich nicht, daß der RK etwas mehr Energie rausziehen muss, als aktuell reingeschickt wird. Sonst wäre das ja eine Energieherbeizauberungsmaschine.

Kannst Du Dich bitte entscheiden, ob wir nun eine Energieherbeizauberungsmaschine haben oder nicht.

In unserem Beispiel waren das diese 100g/min oder eben 98g/min Massenstrom zwischen Kessel und erster Platte.

Eben, da waren wir doch schon. Aber sind es nun 100 oder 98 g/min?

[derwo]

Ich habe es mehrmals begründet, warum und wann und wann nicht oben mehr Leistung ankommen kann als aktuell unten reingesteckt wird.

Es sind 98g/min. Eben wegen dem, was ich einen Satz vorher geschrieben habe, denke ich, sind es keine 100g/min, wie ursprünglich aus den vollen 2590Watt berechnet.

Ich möchte das Thema von meiner Seite her jetzt erstmal ruhen lassen. Anfangs war es für mich sehr interessant und ich habe auch was gelernt, denke ich zumindest, aber jetzt stagniert es, weil wir an einem grundsätzlichen Punkt halt festhängen.

[Alk52]

Wir sind schon einen großen Schritt voran gekommen. Etwas Ruhe schadet jetzt nicht.

Aber, Du hast schon wieder Recht. Bei Produktentnahme kann aus dem Wärme- bzw. Energiestrom auf jeder Stufe etwas mehr entnommen werden.
Ich habe meinen Denkfehler gefunden. Weil ich immer noch bei denn Basics (0% oder 100%) war habe ich Deine Argumente bzgl. Produktentnahme nicht wirklich erkannt.

@ Hügelwilli
Hast Du in Deiner Berechnung die 100 oder 98 ml/min als Startwert benutzt.

[Hügelwilli]

Ich gehe weder von 98 noch von 100g/min aus, ich gehe von 2590 Watt Heizleistung aus. Und dabei kommt es ohne die Berücksichtigung der Temperaturunterschiede zu 100g/min Dampf zwischen Kessel und unterstem Boden, und mit Berücksichtigung der Temperaturunterschiede zu 98g/min.
Hier kannst du dir das anschauen: Rechner/KolonneandereBerechnung2.html
Das zu sehen war der Sinn dieses Rechners.
Wohlgemerkt bei 100% Reflux. Wenn man Produkt abzieht, steigt das recht bald auf 100g/min. Ich berechne in unserem Beispiel bei 80% Reflux 98.9g/min und bei 60% Reflux sind es gerundet 100g/min. Über 100g/min steigt es nicht.
Ich komme gerade nicht weiter mit diesen Berechnungen, weil was anderes gerade wichtiger ist.

[Alk52]

Danke für die Berechnungen. Leider sind die 100% Reflux geblockt, aber es hat ja Zeit.

Mein bisheriges Bild einer Refluxkolonne hat sich in den letzten Wochen schon sehr verändert...
EInen Punkt habe ich schon mal erwähnt, der in den Rechnungen noch nicht betrachtet wird.
Der Reflux (mindestens bei 100%, vielleicht auch bei kleineren % Reflux) hat eine höhere Alkoholkonzentration als die Flüssigkei in die er tropft.