Alkoholstärken, Massenströme und Temperaturen in Refluxkolonnen

[Alk52]

- alle Summen gehen auf. Also was von jeder Platte weggeht und dazukommt, ist gleich - ungenaue Formulierung
Was meinst du mit "ungenaue Formulierung"? Verstehst du es nicht? Oder meinst du, andere verstehen es nicht?

Du läßt offen, was gleich ist. Nehmen wir den untersten Boden (Übergang Flüssigkeit zu Dampf) im Kessel.
Es gehen 100 g/min nach oben und es kommen 100g/s von oben zurück, aber beide Mengen haben unterschiedliche Temperaturen.

- die Dampfalkoholstärken entsprechen den Siedediagrammdaten bezüglich der Platte unter dem Dampf - unverständliche Formulierung

Tut mir leid, ich stehe auf dem Schlauch und verstehe nicht was Du meinst.

Mit "stationärer Zustand" meinst du 100% Reflux oder meinst du was anderes?

Ja, genau.

Wenn der etwas kältere Rückfluss auf die nächstuntere Platte oder in den Kessel fließt, dann hat er diese Kälte, weil er vorher Energie abgegeben hat (abgeben musste). Beim Kondensieren wurde er auch abgekühlt. Oder -theoretisch richtiger- kurz davor. Diese Energie ist dann dort gelandet, wo er kondensiert ist. Dort verursacht diese Energie Verdampfung. Die Energie geht nicht verloren. Entweder sie landet am Ende oben im Refluxkühler oder sie landet in der Umgebung. Umgebungsverluste haben wir ausgeschlossen.

Ja, aber 'der etwas kältere Rückfluss' muss auf die Siedetemperatur der Flüssigkeit, in die er tropft erwärmt werden. Das kostet Leistung, also geht zB. unten von den 2590W etwas weg und es wird weniger Dampf erzeugt, als mit 2590W.

Solange wir bei 100% Reflux kein gleiches Verständnis erreicht haben, brauchen wir beide noch nicht über Produktentnahme sprechen.

[derwo]

Die Temperaturen habe ich eher beiseitegelassen. Deswegen ist es von meiner Sicht aus nicht ungenau.

die Dampfalkoholstärken entsprechen den Siedediagrammdaten bezüglich der Platte unter dem Dampf - unverständliche Formulierung

Daß der Dampf aus einer Flüssigkeit mit zB 9.2gew% halt 50gew% hat. Also so wie das unser Destillationsrechner berechnet. Das setzt die Rechnung vorraus.

Der Zustand bei Produktentnahme ist halt in gewisser Weise genauso stationär wie bei ohne Produkt, also vorausgesetzt der Alkoholgehalt im Kessel ändert sich nicht, was je nach Betrachtungsweise falsch oder richtig ist.


Ok, jetzt das mit den unterschiedlichen Temperaturen:

In den Kessel fließen bei 100% Reflux 100g/min mit 50gew% und 81.9°C (ich habe bei meinem Bild von 100% Reflux die Temperaturen inzwischen nachgetragen). Wie viel Watt braucht es, um diesen Rückfluss auf die Siedetemperatur des Kessels zu erwärmen (Unterschied 9.6°C), bzw um wie viel Watt reduziert der kalte Rückfluss die Dampfentwicklung?
100g/min sind 6kg/h, die Hälfte davon ist Ethanol, die andere Wasser.
(3kgproh*0.674Whprokgpro°C + 3kgproh*1.16Whprokgpro°C)*9.6°C= 52.8 Watt
52.8 Watt reduzieren die Dampfentwicklung von 100.1g/min auf 98g/min. Es geht also um 2.1g/min oder 2.1% des Dampfstroms.
Das ist nicht nichts, also es wäre schön, wenn man das reinrechnen könnte. Grundsätzlich ändert es aber glaube ich nichts.

Wie schaut es denn bei der Flüssigkeit in der ersten Platte aus?
Da haben wir drei verschiedene Temperaturen:
Sie selber, ihr Überlauf und der Dampf, den sie erzeugt, haben 81.9°C.
Von unten kommt Dampf mit 91.5°C.
Von oben kommt Reflux mit 79.6°C.
Die Dampfentwicklung auf der ersten Platte wird also eigentlich niedriger sein, da ja 2.1g/min weniger Dampf ankommen, andererseits wird sie höher sein, da der Dampf von unten einen wesentlich größeren Temperaturunterschied zur Flüssigkeit auf Platte 1 hat als der Reflux von oben.

Und bei den weiteren Platten schaut es so aus wie bei Platte 1, nur wird es immer geringer, da die Temperaturunterschiede zusammenschrumpfen.

Schwer zu sagen, ob sich das alles einfach ausgleicht, und oben beim Refluxkühler kommen 2590W - 52.8W an? Ich denke, es muss so sein, weiß es aber nicht.

[derwo]

Hier ein McCabe-Thiel-Diagramm mit 50% Reflux (die schräge Gerade ist die 50% Reflux, ihre Steigung ist 50%):

In fünf Stufen von 11.7 auf 85gew%.

Angenommen, es sind wirklich 85gew% und oben kommen 2590-53=2537 Watt an. Dann sind das 143.9g/min, und somit 143.9*50%Produkt*85gew%=61.2g/min Ethanol. Unten kommen aus den 11.7gew% und den 2537 Watt im Kessel 102.7g/min mit 54.93gew%, und das sind 102.7*54.93gew%=56.4g/min Ethanol.
Es gehen also aus dem Kessel 56.4g/min Ethanol heraus und oben kann man mit 50% Reflux 61.2g/min Ethanol entnehmen. Was unmöglich ist. Und zwar "doppelt unmöglich", da im Rückfluss in den Kessel ja auch noch Alkohol sein muss. Denn auf der ersten Platte kann ja nicht weniger Alkohol sein als im Kessel. Und der Rückfluss hat denselben Alkoholgehalt wie das, was auf der Platte ist. Also man kann nie den ganzen Alkohol, der unten im Dampf ist ganz oben ansammeln, womit in den Kessel reines Wasser zurückfließen würde. Im Rückfluss in den Kessel haben wir in diesem Fall mindestens 11.7gew%.

Also entweder sind oben weniger g/min, dann frage ich mich, wohin die Heizleistung verschwunden ist. Oder der Alkoholgehalt oben muss deutlich niedriger sein, als nach McCabe-Thiele, was mir plausibler vorkommt.

[Alk52]

Der Zustand bei Produktentnahme ist halt in gewisser Weise genauso stationär wie bei ohne Produkt, also vorausgesetzt der Alkoholgehalt im Kessel ändert sich nicht, was je nach Betrachtungsweise falsch oder richtig ist.

100% Reflux betrachte ich als stationär, weil sich der Alkoholgehalt im Kessel nicht ändert. Produktentnahme führt zu einem Fließgleichgewicht, weil Alkohol aus dem System entnommen fließt. Eine weitere Diskussion über diese Begriffe sollten wir uns ersparen, jeder weiss was gemeint ist.

Ok, jetzt das mit den unterschiedlichen Temperaturen:

In den Kessel fließen bei 100% Reflux 100g/min mit 50gew% und 81.9°C (ich habe bei meinem Bild von 100% Reflux die Temperaturen inzwischen nachgetragen). Wie viel Watt braucht es, um diesen Rückfluss auf die Siedetemperatur des Kessels zu erwärmen (Unterschied 9.6°C), bzw um wie viel Watt reduziert der kalte Rückfluss die Dampfentwicklung?
100g/min sind 6kg/h, die Hälfte davon ist Ethanol, die andere Wasser.
(3kg/h*0.674Wh/kg/°C + 3kg/h*1.16Wh/kg/°C)*9.6°C= 52.8 Watt
52.8 Watt reduzieren die Dampfentwicklung von 100.1g/min auf 98g/min. Es geht also um 2.1g/min oder 2.1% des Dampfstroms.
Das ist nicht nichts, also es wäre schön, wenn man das reinrechnen könnte. Grundsätzlich ändert es aber glaube ich nichts.

Ich kann die Konstanten in der Rechnung nicht nachvollziehen, aber so müssen wir rechnen und hier haben wir die Erwärmung des Rückflusses in den Kessel berechnet. Für den Rückfluss auf die 1. (2...) Platte müssen wir entsprechen vorgehen. Wir verlieren auf jedem Boden einen (kleinen) Anteil, der zu gringeren Dampfmengen führt, als ohne dieses Aufwärmen.

Schwer zu sagen, ob sich das alles einfach ausgleicht, und oben beim Refluxkühler kommen 2590W - 52.8W an? Ich denke, es muss so sein, weiß es aber nicht.

Für den Rückfluss auf die 1. (2...) Platte müssen wir entsprechen vorgehen. Wir verlieren auf jedem Boden einen (kleinen, weiteren) Anteil an Heizleistung, was zu gringeren Dampfmengen führt, als ohne dieses Aufwärmen.
Am RK wird also weniger ankommen als die Leistung die in den Kessel geht. Genau diese Leistung wird über den RK abgeführt. Es geht nichts verloren.

@ Hügelwilli
Kannst Du vielleicht zB. den Kolonnensimulator und den Watt->Destllatrecher in einem neuen Rechner vereinen und dabei das Aufwärmen des Refluxes berücksichtigen und visualisieren?

[derwo]

(3kg/h*0.674Wh/kg/°C + 3kg/h*1.16Wh/kg/°C)*9.6°C= 52.8 Watt

Das sind halt die auf Wh bezogenen Konstanten. Du könntest deine auf Joule bezogenen Konstanten in diese umrechnen, wenn du das überprüfen willst.

Ich glaube nicht, daß wir jede Platte was verlieren. Eher im Gegenteil:

Wie schaut es denn bei der Flüssigkeit in der ersten Platte aus?
Da haben wir drei verschiedene Temperaturen:
Sie selber, ihr Überlauf und der Dampf, den sie erzeugt, haben 81.9°C.
Von unten kommt Dampf mit 91.5°C.
Von oben kommt Reflux mit 79.6°C.
Die Dampfentwicklung auf der ersten Platte wird also eigentlich niedriger sein, da ja 2.1g/min weniger Dampf ankommen, andererseits wird sie höher sein, da der Dampf von unten einen wesentlich größeren Temperaturunterschied zur Flüssigkeit auf Platte 1 hat als der Reflux von oben.

und der Dampf von unten ist ja heißer als die Flüssigkeit auf der Platte. Es wird also mehr Energie zugeführt als ohne Berücksichtigung der Temperaturunterschiede, und damit mehr Dampf erzeugt als ohne Berücksichtigung berechnet.

[Alk52]

Ich glaube nicht, daß wir jede Platte was verlieren...
und der Dampf von unten ist ja heißer als die Flüssigkeit auf der Platte. Es wird also mehr Energie zugeführt als ohne Berücksichtigung der Temperaturunterschiede, und damit mehr Dampf erzeugt als ohne Berücksichtigung berechnet.

Mit glauben kommen wir nicht mehr weiter...
wie kann mehr Energie zugeführt werden, wenn von den 2590W, die in den Kessel kommen, schon 52W für das Aufwärmen des Rückflusses im Kessel verbraucht sind?

[Hügelwilli]

@ Hügelwilli
Kannst Du vielleicht zB. den Kolonnensimulator und den Watt->Destllatrecher in einem neuen Rechner vereinen und dabei das Aufwärmen des Refluxes berücksichtigen und visualisieren?

Ich bin aktuell noch überfordert, daß ich die Iteration auch ohne solches Berücksichtigen hinbekomme, daß sie für alle Fälle klappt. Vor allem sehr hohe Produktabzüge (Reflux unter 50%) schaffe ich noch nicht, erfolgreich zu iterieren.
Das ist aber hoffentlich nur eine Frage der Zeit und des Glücks.
Diese Temperaturen reinzurechnen verlangt dann wahrscheinlich eine zusätzliche Iteration drumherum. Also zuerst Berechnung der gew% des Destillats ohne diesen Temperatureinfluß, dann diesen reinrechnen und das vorläufige Ergebnis nachkorrigieren.

[derwo]

wie kann mehr Energie zugeführt werden, wenn von den 2590W, die in den Kessel kommen, schon 52W für das Aufwärmen des Rückflusses im Kessel verbraucht sind?

Wenn du heißen Dampf mit 90°C in eine Flüssigkeit mit 80°C leitest, werden die Kondensationsenergie plus die 10°C Wärmedifferenzenergie übertragen. So ist das beim Strom von Dampf auf die nächsthöhere Platte. Es wird also mehr Energie übertragen, als man aktuell reinsteckt. Wie kann das sein? Wo kommt diese Energie plötzlich her? Diese Energie stammt ursprünglich vom Aufheizen des Kessels, hat also mit der aktuell reingesteckten Energie nichts zu tun.
Also wie wenn du einen großen heißen Stein in einen Eimer Wasser legst, wird das Wasser wärmer, obwohl du aktuell keine Energie in den Stein reinsteckst. Oder wie der heiße Kessel deiner Destille auch ausgeschaltet nach der Destillation deinen Raum weiter beheizt.

Mit glauben kommen wir nicht mehr weiter...

Es ist halt alles nicht so simpel, deswegen schreibe ich oft "ich glaube". Wenn jeder nur das schreibt, was er sicher weiß, dann kommen wir nicht weiter. Aber wenn man was behauptet und es aber nicht sicher weiß, sollte man das auch so rüberkommen lassen. Das ist der Sinn dabei, wenn man "ich denke" oder so schreibt. Wenn das aber dann als Einladung verstanden wird, die Idee ohne Begründung beiseite schieben zu können, kann das dazu führen, daß man beim nächsten mal halt lieber auf "ich denke" verzichtet. Denn man wäre ja blöd, die eigene Idee freiwillig unter ihrem noch nicht bewiesenen Wert zu verkaufen. Dann befinden wir uns in einer Wettbewerbssituation. Und es ist schwerer, die eigene Idee wieder fallenzulassen, wenn sie sich objektiv als unwahrscheinlicher oder falsch erweist, da sie nun eine höhere Fallhöhe hat. Deswegen bleibe ich beim "ich glaube", wo ich es angemessen finde.

[Alk52]

Es ist halt alles nicht so simpel, deswegen schreibe ich oft "ich glaube"...

Mein Vorgehen ist anders, ich erstelle aus den mir jeweils aktuell vorliegenden Informationen eine Hypothese, die geprüft werden muss. Das kann ich selbst machen (aufwändig, weil ich mich ebenso in Frage stelle wie alles andere) oder hier posten.
Wenn dann neue oder nicht beachtete Informationen hinzukommen, dann muss die Hypothese überarbeitet oder verworfen werden. Dabei gibt es für mich keine 'Fallhöhe'.

Wenn du heißen Dampf mit 90°C in eine Flüssigkeit mit 80°C leitest, werden die Kondensationsenergie plus die 10°C Wärmedifferenzenergie übertragen.

EIn Aspekt, den ich bisher übersehen habe.

Ich muss erst mal darüber schlafen und hoffen, dass ich morgen einen Schritt weiter bin.

[Alk52]

MIr ist einiges jetzt klarer.
Also erst mal weiter mit einer idealen Kolonne, ohne irgendwelchen Wärmeverluste (und den bisher grob benutzen Zahlenbeispielen).
Ich möchte erst mal die 2 Extreme einer Destillation betrachten, 100% Entnahme und 100% Reflux.

PotStill-Modus.
Die Heizleistung bleibt bei 2590 W @ 9,2 gew% , damit erzeugen wir Dampf mit 50 gew% und einem Massenstrom von 100 g/min, der sich nach oben arbeitet. Anfangs wird die Kolonne gefüllt und die Destille auf Temperatur gebracht ... nach endlicher Zeit ändert sich nichts mehr (unser Kessel ist sehr groß ). Jetzt haben wir ein Fließgleichgewicht erreicht.
Unten gehen 2590 W in den Kessel, oben verlassen 2590 W die Kolonne und werden kondensiert.

Reflux-Modus
Jetzt kommt der Reflux-Kühler oben auf unsere Kolonne und kondensiert alles was oben ankommt. 100% Reflux läuft durch unsere Kolonne nach unten und wird dabei immer wärmer.
Aus den bisherigen Überlegungen kennen wir (zumindest für den Kessel, also den untersten Boden) die
- die gew%, die Temperatur im Kessel, die Temperatur des Refluxes in den Kessel, als f(gew% im Kessel)
Und die Bedingung, dass genau so viel wie aufsteigt auch herunter kommen muss.

Erlaubt mir einen kleinen Umweg.
Mir fehlte bisher die letzte Aufwärmung des Refluxes im Kessel (wo hat dafür ungefähr 52 W berechnet).
Wo hat festgestellt, dass zusätzlich zur Kondensations-Wärme auf dem nächsten Boden, bei der Abkühlung auf die Siedetemperatur, genau diese Menge, als reine Wärmekapazität, frei wird.

Wenn wir also mit 2590 W heizen dann passt alles auf dem Weg nach oben, umgekehrt nach unten fehlt uns Leistung, um den Reflux zu erwärmen.
Also iterieren...

An dieser Stelle ist mir ein Hund eingefallen, der versucht sich in den Schwanz zu beissen.

Wenn wir ihm jetzt ein Stück Wurst (Leistung) geben, dann wird er sich erst mal ganz entspannt damit beschäftigen.

Um unser Dilemma zu lösen, schlage ich vor, geben wir doch einfach die Leistung hinzu, die unseren Reflux auf Kesseltemperatur erwärmt.

In unserem Zahlenbeispiel sind das ca. 52 W.
Wenn also, für 100% Reflux zusätzliche 52 W Heizleistung gegeben werden, dann müssen wir nicht iterieren und uns stehen effektiv 2590 W für die Verdunstung des Kesselinhaltes zur Verfügung.

So, jetzt seid ihr dran, zu überlegen, ob es so gehen könnte.

Falls das hier Konsens wird, müssen wir uns über die verwendeten Konstanten und über den Weg zwischen den beiden Extremen, also Produktentnahme, unterhalten.

[derwo]

PotStill-Modus.
Die Heizleistung bleibt bei 2590 W @ 9,2 gew% , damit erzeugen wir Dampf mit 50 gew% und einem Massenstrom von 100 g/min, der sich nach oben arbeitet. Anfangs wird die Kolonne gefüllt und die Destille auf Temperatur gebracht ... nach endlicher Zeit ändert sich nichts mehr (unser Kessel ist sehr groß ). Jetzt haben wir ein Fließgleichgewicht erreicht.
Unten gehen 2590 W in den Kessel, oben verlassen 2590 W die Kolonne und werden kondensiert.

Und die Platten sind hier theoretisch leer. In der Kolonne ist nur Dampf mit 50gew%.

In unserem Zahlenbeispiel sind das ca. 52 W.
Wenn also, für 100% Reflux zusätzliche 52 W Heizleistung gegeben werden, dann müssen wir nicht iterieren und uns stehen effektiv 2590 W für die Verdunstung des Kesselinhaltes zur Verfügung.

Aber wenn man 52W dazuzählt, stimmen die 52W nicht mehr. Also aus 2642W würde man mehr als 52W berechnen. Das ist aber linear, ließe sich also ohne iterieren berechnen.
Aber ich denke, man muss das einmal sauber durchrechnen, wahrscheinlich am besten bei 100% Reflux, denn da ist vieles einfacher. Ich habe aber immer noch den Verdacht, daß das alles egal ist, aber wer weiß, es berechnet zu haben, gäbe uns Sicherheit.

[Alk52]

Aber wenn man 52W dazuzählt, stimmen die 52W nicht mehr. Also aus 2642W würde man mehr als 52W berechnen. Das ist aber linear, ließe sich also ohne iterieren berechnen.

Wieso? Ich wärme doch nur das auf, was bei 2590 W und 100% Reflux von oben kalt herunter kommt. Für zum Heizen (*1) sieht doch keiner die 52 W, weil sie ja schon zum Aufwärmen verbraucht worden sind. Oder?

Aber ich denke, man muss das einmal sauber durchrechnen, wahrscheinlich am besten bei 100% Reflux...

Gern, aber nicht ich.

*1) Manchmal liebe ich diese Art der Formulierung und weil kaum noch einer mitliest, erlaube ich mir mal wieder ein OffTopic.

[derwo]

Die 52.8Watt wurden aber berechnet unter Verwendung der 2590Watt. Und die stimmen ja dann nicht mehr.
(3kg/h*0.674Wh/kg/°C + 3kg/h*1.16Wh/kg/°C)*9.6°C= 52.8 Watt
Die 3kg/h stimmen nur bei 2590Watt, bei mehr Watt sind sie höher.
Und es hängt auch von den gew% ab. Denn von denen hängen die 9.6°C ab.

Macht aber kaum was aus.

Man müsste mit 2590+52.8Watt berechnen und dann kämen 53.9Watt anstelle 52.8 raus.
Dann müsste man mit 2590+53.9Watt berechnen usw.

[Hügelwilli]

Rechner/KolonneandereBerechnung.html
Zum Ausprobieren.
Die Werte in der Kolonne werden untereinander dargestellt. Erklärt sich von selber.
Die Berechnung geht davon aus, daß überall die eingegebene Heizleistung vorhanden ist.
Ganz unten wird die so berechnete Alkoholstärke des Destillats mit dem Ergebnis nach McCabe-Thiele verglichen.

Es funktioniert nicht immer. Dann wird über dem dann meist falschen Ergebnis "!Fehler!" angezeigt. Vor allem bei sehr niedrigem Reflux kann das passieren.
Neben den Eingabefeldern steht, welche Werte man eintragen darf. Ich habe aber keine Überprüfung eingebaut, wie ich das sonst mache. Das ist kein fertiger Rechner.


Ich werde einen Rechner machen, der die fraglichen Leistungen durch Temperaturdifferenzen berechnet. Vorerst nur für 100% Reflux. Und es kann etwas dauern.

[Alk52]

@ wo
Noch bin ich anderer Meinung. Die zusätzlichen 52,8 W stehen doch überhaupt nicht zur Verfügung für die Verdunstung, weil sie den Rückfluss aufwärmen, damit diese (Sub-) Menge wieder auf Siedetemperatur kommt.

@ Hügelwilli
Danke für den Rechner. Ich gehe davon aus, dass unsere aktuelle Diskussion noch nicht eingeflossen ist.
Ich habe ein paar Situationen durchgespielt, habe aber das Problem, die Zunahme der g/min zu verarbeiten, da brauche ich noch etwas Zeit.

[derwo]

Ich bilde mir ein, ich hab es:
- Der um 9.6°C kältere Rückfluss in den Kessel reduziert die Dampfenwicklung um 53W. Also haben wir nur 2537 Watt Dampfentwicklung.
- Dieser Dampf ist aber 9.6°C heißer als die Flüssigkeit auf der 1. Platte. Also übergibt er nicht nur seine Dampfenergie sondern zusätzlich die Temperaturdifferenzenergie, welche ebenfalls 53Watt beträgt, da es um dieselbe Temperaturdifferenz und dieselbe Menge (g/min) geht.
- Also aus dem Kessel kommen 2537 Watt Dampfenergie, aufgrund des Temperaturunterschieds werden es aber trotzdem 2590 Watt sein, welche die 1. Platte von ihm bekommt. Allerdings nicht in Form von 100g/min Dampf sondern nur 100/2590*2537 = 98g/min. Also von unten auf Platte 1 kommen 98g/min mit von der Platte umsetzbaren 2590 Watt.
Das praktische daran ist, daß die 53W nicht iteriert werden müssen, da sie mit den 2590 Watt berechnet wurden und jetzt ja auch wirklich 2590 Watt von unten eingetragen werden.
Aber wer weiß, was noch passiert, wenn ich versuche weiter nach oben zurechnen...

Edit: Wenn nur 98g/min hochgehen, gehen aber auch nur 98g/min zurück. Und dann sind es weniger als 53Watt, aber nur etwa 1Watt weniger...

[Alk52]

Wir sind immer noch bei 100% Reflux.

Ja, das stimmt auch.

Aber mache ich einen Fehler, wenn ich die 52,5 W als zusätzliche,anteilige Heizleistung aufbringe und dann einfach mit 2590 W rechne?
Die ideale Kolonne iteriert doch für uns und wir betrachten das Ergbnis und die sich einstellenden Temperaturn und Ströme.

Diese Betrachtung habe ich gewählt um die notwendige Erwärmung des Refluxes auf jedem Boden bestimmen zu können. So kann ich relativ einfach mehrere Böden übereinander stapeln.

[derwo]

Tut mir leid, ich verstehe nicht, was du meinst.

Ich denke, der Rückfluss in den Kessel reduziert die Dampfentwicklung um 53 Watt, also kommt weniger Dampf hoch (und somit auch weniger Reflux runter, weswegen iteriert werden muss). Aber da der Dampf heißer ist als die Flüssigkeit auf der nächsten Platte, überträgt er trotzdem die anfänglichen kompletten 2590 Watt auf diese Platte. Dort auf die Platte fließt allerdings ebenfalls kalter Rückfluss, also werden auch hier nicht die vollen 2590 Watt in Dampf umgesetzt. Dieser wenigere Dampf ist dann allerdings auch wieder heißer als die Flüssigkeit in der Platte darüber, sodaß auch hier wieder volle 2590 Watt reingetragen werden. Usw.

[Hügelwilli]

Rechner/KolonneandereBerechnung2.html
Hier bekommt man die Kolonne als zwei Listen zuerst ohne und dann mit Berücksichtigung der Temperaturunterschiede berechnet. Nur für 100% Reflux. Es hat bei 100% Reflux natürlich nur Auswirkungen auf die g/min, nicht auch auf die Alkoholstärken oder Temperaturen. Und da es auch bei den g/min nicht viel ausmacht, lasse ich zwei zusätzliche Kommastellen angeben, sonst wäre es in manchen Fällen nicht sichtbar.
Zusätzlich werden noch Watt angezeigt. Diese Watt sind die, aus denen dann die Dampfmengen folgen. Also je weiter diese Watt von den eingegebenen Watt abweichen, desto weiter weichen auch die g/min der zweiten Liste von denen der ersten Liste ab.
Die Unterschiede zwischen erster und zweiter Liste sind an Stellen mit großen Temperaturunterschieden groß und bei kleinen Unterschieden klein. Also bei fast 0gew% sind sie sehr klein und vor allem bei sehr hohen gew%. Das hat zur Folge, daß bei einer Kolonne mit vielen Böden und dementsprechend hohen gew%, oben dann wieder g/min erezugt werden, welche fast den eingegebenen Watt entsprechen. Also bei unserem Beispiel mit 2590 Watt, 9.2gew% und 4 zusätzlichen Böden haben wir unten eine Differenz von 52.9 Watt und oben nur von 1 Watt.

[Alk52]

Weil es Mühe macht Zahlenkolonnen zu lesen und nur langsam zu Erkenntnissen führt, habe ich für uns ein allgemeines Modell gemacht. Damit sollten wir alle Betriebszustände darstellen können. Und wir können beliebig viele zusätzliche Böden einfügen, weil wir die Vorgänge durch den Boden - ohne 'über und unter' beschreiben können.
.

Fangen wir unten an:
- In den Kessel fließt nur die Heizleistung P0[J/s = W] ein. Abhängig vom Alkoholgehalt p0[gew%] stellt sich die Siedetemperatur T0 [°C] ein.

- durch einen Boden fließt
-- ein Massenstrom, Dampf[g/s]nach oben und Reflux[g/s] nach unten,
-- ein 'Energiestrom', die Verdampfungsenthalpie [j/s](rot) und (um den kälteren Rückfluss zu erwärmen) die Wärmeenergie [j/s] (orange) nach oben.

- der Refluxkühler besteht aus einer Wärmesenke [J/s] und einem geregeltes Ventil [g/s], so dass wir zwischen 100% Reflux und Potstill (theoretisch) jeden Zustand einstellen können.

Können wir uns - vorläufig - auf diese Beschreibung einigen ?
Bevor wir Indizesi einfügen, für eine quantitative Berechnung.

[derwo]

Das Bild ist schön, g/s gefällt mir halt nicht und dein Drängen Richtung Joule auch nicht...

Müssen da aber nicht zwei orangene Pfeile sein?

1. Vom Dampf auf die nächsthöhere Platte. Der steht drinnen, aber seltsamerweise beim Refluxpfeil. Warum? Er müsste doch beim roten Pfeil links stehen?
2. Vom Reflux auf die nächstniedrigere Platte. Wobei das ein negativer Wert ist.

Das sind ja die zwei Punkte mit Temperaturdifferenzen.
Der rote Pfeil nach oben ist die Verdampfungsentahlpie, ja? Ist da die Abkühlung vom Reflux schon reingerechnet und deswegen fehlt der zweite orangene Pfeil?

Was willst du schlussendlich machen? Werte da ins Bild eintragen? Werte aus den Zahlenkolonnen?

[Alk52]

Das Bild ist schön, g/s gefällt mir halt nicht und dein Drängen Richtung Joule auch nicht...

Ich kann verstehen, dass Du mehr Gefühl für g/min hast, aber da wir hier etwas berechnen wollen, für das wir kein wirkliches Gefühl haben, schlage ich vor, erst mal bei möglichst einfachen Einheiten zu bleiben.

Müssen da aber nicht zwei orangene Pfeile sein?
1. Vom Dampf auf die nächsthöhere Platte. Der steht drinnen, aber seltsamerweise beim Refluxpfeil. Warum? Er müsste doch beim roten Pfeil links stehen?
2. Vom Reflux auf die nächstniedrigere Platte. Wobei das ein negativer Wert ist.

Den negativen Wert des Refluxes habe ich in Richtung und Vorzeichen geändert und dann sieht man die 'orangene' Energie, die benötigt wird, den kühleren Reflux aufzheizen. Diese Energie müssen wir von verfügbaren Energie abziehen, um den restlichen Energiestrom zu bestimmen.
Die übrige Energie ist 'rot' gezeichnet und fließt in Richtung des RK.

Das sind ja die zwei Punkte mit Temperaturdifferenzen.

Die Temperaturdifferenzen ergeben sich aus den Anfangsbedingungen im Kessel. Sie sind unabhängig von Heizleistung, Massen- und Energieströmen.

Was willst du schlussendlich machen? Werte da ins Bild eintragen? Werte aus den Zahlenkolonnen?

Zuerst soll das Bild dazu führen, dass wir jeden Boden als Einheit sehen, durch den Masse und Energie strömen.
Dann können wir ein Gleichungssystem mit Indizes erstellen und die jeweiligen Randbedingungen berücksichtigen.
Wenn wir Potstill und 100% Relux damit rechnen können und verstanden haben, dann erst können wir über variable Produktentnahme nachdenken.

[derwo]

Was an Sekunden einfacher ist als an Minuten, weiß ich nicht.
Mir sind 123g/min lieber als 2.05g/s. Für das erste habe ich weitaus mehr Gefühl als für das zweite.

Die rote Energie nach oben hat halt zwei unterschiedliche Werte, je nachdem ob man den Pfeil in Bezug zur unteren oder oberen Platte sieht. Hast du das verstanden? Das ist wichtig. Sonst reden wir nur noch aneinander vorbei.
Deswegen sollte man zwei Pfeile nehmen. Der eine für die Verdampfungsenthalpie geht von der Flüssigkeit in den Dampf und dann weiter bis zur nächsten Platte (am besten ein roter langer Pfeil direkt von der unteren bis zur nächstoberen Flüssigkeit, oder zwei gleiche Pfeile übereinander, der eine nach oben in den Dampf und der andere weiter nach oben in die nächste Platte). Und der andere für die Wärmedifferenz, das sollte ein kleiner Pfeil links vom Dampf hoch auf die nächste Platte sein.
Und der orangene Pfeil für den Reflux sollte da sein, wo der Energieübertrag stattfindet. Und das ist da, wo der Reflux auf die Flüssigkeit darunter trifft. Am besten ein blauer Pfeil nach unten. Insgesamt so:

Allerdings ist in diesem Fall die Leistung des kleinen Pfeils genauso groß wie die des blauen Pfeils. Wenn sie unterschiedlich groß gezeichnet sind, ist das nicht anschaulich. Trotzdem besser als wenn der pfeil zB von der Platte nur in den Dampf darunter geht.
Und die Massenströme bekommen dann eine andere Farbe oder vielleicht einfach zwei Graustufen, dunkel für Flüssigkiet und hell für Dampf.

Ein Gleichungssystem wird es nicht wirklich geben, da es ohne Iteration glaube ich nicht geht. Auch bei 100% Reflux muss man iterieren, zumindest wenn man eine Genauigkeit von mehr als 99% haben will.

Ich finde eigentlich, daß bei 100% Reflux alles klar ist. Außer jetzt oder in fünf Jahren haben wir einen neue Idee, was fehlt...

[Alk52]

Ich habe versucht eine Abstrahierung mit dem Modell zu finden, die es erlaubt, die Vorgänge, Ströme von Massen (Dampf und Reflux) und Energie (latente Wärme (Kondensations- bzw. Verdunstungsenergie) und die erforderliche Energie für die Erwärmung des Refluxes, auf die Ebene (ein Boden) zu beziehen.

[derwo]

Daß von der unteren Platte als Dampf eine geringere Energie hochkommt als dieser Dampf dann in die obere Platte reinbringt, das lässt sich nicht zu einem Pfeil vereinfachen.

Wenn du die eine Temperaturdifferenz mit dem orangenen Pfeil berücksichtigen willst, solltest du die andere Temperaturdifferenz auch berücksichtigen.