Автоматика для отбора по жидкости своими руками

Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором

5-ти кнопочную клаву с Али abc32, 27 Апр. 18, 09:43

В названии данной темы определено создание автоматизированного процесса для колонны с отбором по пару.
Позволю себе напомнить о типах колонн и вариантов отбора для каждой из них.
333.jpg Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
Вариант 1 Отбор пара после дефлегматора
Вариант 2 Отбор пара до дефлегматора
Вариант 3 Отбор жидкости.

Отбор по жидкости. Данная система легче всего автоматизируется, достаточно поставить электромагнитный клапан на выход продукта и путем открытия или закрытия клапана мы будем производить отбор в нужном нам количестве. Данный процесс глубоко расписан в других темах.

Отбор пара до дефлегматора. Данная схема позволяет легко настроить требуемую скорость отбора, регулирование отбора происходит путем изменения проходного сечения трубки на пути движения пара. Автоматизация происходит путем управления краном отбора пара.

Отбор пара после дефлегматора. Данная схема получила наибольшее распространение у нас. Про нее мы и будем в дальнейшем говорить.
Скорость отбора тут регулируется изменением температурного режима дефлегматора. Положительным моментом выступает наличие возможности быстрой остановки отбора путем подачи избыточного количества воды идущей в дефлегматор (т.е. охлаждения дефлегматора), однако в целом, такая система настраивается тяжелее чем все остальные варианты, автоматизация требует значительных затрат и подчас нерациональна.

Если Вы хотите получить полностью автономную систему с возможностью работы в автономном режиме полного цикла, то лучше присмотреть вариант жидкостного отбора, для варианта отбора по пару наиболее оптимальной является система частичной автоматизации выступающей более как помощник для оператора, чем самостоятельный автомат.

Теперь я расскажу как я вижу работу данный системы в качестве помощника для оператора
Для начала определим, что мы можем:
1. Мы можем регулировать мощность нагревательного элемента
2. Мы можем полностью остановить отбор продукта путем подачи избыточного количества воды в дефлегматор
3. Мы можем контролировать температурные процессы в нескольких контрольных точках и по полученным значениям определять, что на данный момент происходит в колонне.
4. Мы можем измерить вес отбираемой жидкости

В данной системе мы не будем затрагивать вопрос измерения скорости отбора продукта и наличия автоматической настройки дефлегматора, на этом этапе данные обязанности мы возложим на оператора.

Исходя из вышеперечисленного мы можем сделать блок который будет
1 Управлять теном
2 иметь выход для управления электромагнитным клапаном подачи воды в дефлегматор
3 иметь возможность подключения нескольких температурных датчиков
4 имеет возможность подключения электронных весов

Посл. ред. 21 Мая 18, 07:21 от anddin

Теперь я покажу как такой блок делаю я и из чего он состоит.

Для начала подбираем подходящий по размерам корпус.
Устанавливаем экран 20х4, делаем отверстие под дифференциальный автомат, устанавливаем кнопки.
7. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.

Отверстия в корпусе я вырезаю на станке использую фрезу по пластику и двух координатный стол, за счет этого линия реза получается ровной.
13. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
12. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
Дифференциальный автомат защитит нашу систему от перегрузки и нас от поражения током, если произойдет пробой тена или мы коснемся оголенного провода он просто отключится. Ведь безопасность превыше всего.
Кнопки я делаю сам, схему я беру от стандартного шилда экрана 16х2 с кнопками. Крупные кнопки 12х12 тактильно приятнее, в них легче попасть при злоупотреблении огненной водой.
4. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.

Ну вот, внешне уже что-то вырисовывается.

Посл. ред. 14 Мая 18, 14:36 от anddin

Внутри блок имеет две платы расположенные друг над другом.

Первая плата — это плата силового блока. Данная плата управляет высоким напряжением и на ней стоит ардуино нано для стабилизированного управления мощностью тена.
5. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.

Давайте установим ее в блок
8. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.

Ниже я прикрепил файл LAY6 для тех кто хочет сделать сам + скетч для ардуинки
6. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.

Посл. ред. 18 Мая 18, 14:33 от anddin

Вторая плата для размещения нашего мозгового центра в виде ардуино мега
3. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
помещаем в коробку
2. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
вид платы
9. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.

добавил доработанный скетч mega8

Посл. ред. 25 Мая 18, 09:46 от anddin

Добавим к блоку две розетки сбоку.
Одна управляет клапаном, вторая пусть управляет автономкой, у кого таковая стоит.
14. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.

А внизу мы добавим розетку для тена.
15. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.

Основной блок готов.
Тут я не рассказываю про установку платы питания ардуино, как говориться, делайте из того что есть у вас в наличии.
Кстати, радиатор от сокета 478 отлично подходит с родным вентилятором и питанием от 5 вольт.
Кто хочет пассивное охлаждение, то ставьте радиатор побольше.

Для подключения термометров я использую отдельный провод и маленький распределительный блок на конце, его удобно повесить на колонне.
Подключение датчиков происходит через 3,5 аудио джек.
16.jpg Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
17.jpg Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
К данной коробочке дополнительно можно подключить механический термостат, он способен отключить всю систему в случае перегрева.
Кстати, красный круг это весы.
18. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
19. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
видео автоотключения механическим термостатом

Посл. ред. 20 Мая 18, 12:14 от anddin

Фото частей готового блока
20. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
Он состоит из основного блока, весов, удлинителя для подключения датчиков температуры, три датчика температуры, аварийный термостат.
Что он может.
1. Автоматический разгон на заданной Вами мощности до достижения заданной температуры на любом из датчиков.
2. Автоматический переход на рабочую мощность. Включение автономного охлаждения. Управление клапаном подачи воды на дефлегматор.
3. При работе происходит измерение веса и перерасчет в миллилитры. Вы задаете сколько нужно отобрать в миллилитрах, при достижении заданного объема, отбор остановится.

Ниже приведу фото с экранов настроек
1 Главный экран
26. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
вверху три датчика температуры (царги, дефа и куба).
вторая строка: температура включения клапана термостата, мощность, время отбора
третья строка: оставшийся объем (видно что до остановки осталось отобрать 196 мл), справа пишет какой клапан включен или идет разгон (на данном фото этого нет)
четвертая строка: слева — режим отбора (тело, сырец, ректификация), направо — настройки

2. настройка весов. тут задаем сколько мы хотим отобрать продукта. Чертовски удобная штука.
22. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
Макс вес — это сколько нам нужно отобрать
Объем — пересчет веса путем умножения на 0,78, получаем миллилитры
Факт вес — реальный вес на весах в данный момент

3.Установка тена.
25. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
тут задаем мощность разгона, мощность отбора. последняя строчка он считает сколько киловатт мы израсходовали за весь отбор

4. Установка предельной температуры.
23. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
В правом столбике мы определяем отключится ли блок вообще или просто уберет нагрев тена, при этом блок продолжит работать (получается простой термостат, например для управления нагревом браги).

5. Задаем температуру при которой прекратится разгон
21. Попытка автоматизации пленочной колонны с паровым отбором. Автоматика.
При достижении заданной температуры на любом из датчиков блок уменьшит мощность с разгонной до рабочей.

При потере или отключении датчика температуры, при превышении максимальной температуры, при превышении заданной мощности на 500Вт, при превышении веса на весах блок пишет ошибку на экране, в зависимости от ошибки он или пищит и останавливает отбор или вообще отключается через небольшой промежуток времени.
Если блок отключился по аварийному режиму, то при включении вы увидите надпись, из-за чего произошло отключение блока
В последующем я сниму пару видео работы блока и напишу короткую инструкцию.
В принципе управление блока делалось интуитивно понятно и просто, уверен что тут любой разберется за пару минут.

Источник

Типы управления ректификационными и бражными колоннами – виды узлов отбора

Сравнительный анализ трех схем отбора, которые используются в домашних бражных и ректификационных колонах. Рассмотрены характеристики, преимущества и недостатки, а также применимость в различных вариантах дистилляции. Каждому методу соответствует свой тип оборудования.

Чтобы успешно работать с колонной, нужно регулировать флегмовое число. Для этого существует три метода:

• CM (cool managment) – управление расходом воды, подаваемой на охлаждение дефлегматора;
• LM (liquid managment) – управление количеством отбираемой флегмы (отбор по жидкости);
• VM (vapor managment) – управление количеством отбираемого пара (отбор по пару).

Способы управления ректификационной колонной

Прежде чем начать разговор о видах отбора, определимся с терминами.

Дистилляция – процесс испарения жидкости с последующей конденсацией.

Если изначально сырье испарили из перегонного куба, затем сконденсировали его в холодильнике (конденсоре), то чтобы ни происходило посредине этого процесса (проход пара через сухопарник, барботёр или дефлегматор), в конечном итоге всё равно получится дистиллят.

Ректификация – это один из методов дистилляции, который отличают два технологических приема:

Принудительный, строго регулируемый по величине возврат флегмы с помощью специальных устройств – дефлегматоров или конденсоров.

Организован тепломассобмен между флегмой и поднимающимся навстречу паром. Для повышения эффективности тепломассобмена используют насадку или тарельчатые колонны, где происходит переиспарение флегмы. В первом случае процесс носит пленочный характер, во втором – барботажный.

Целью ректификации является получение спирта заданной крепости и его очистка от примесей. Для этого флегмовое число должно всегда быть выше минимального (подробнее на графике).

Качество продукта зависит от величины флегмового числа, но чем оно выше, тем ниже производительность колонны.

Ректификация не позволяет выделить какую-либо смесь из группы, а лишь более-менее полностью удаляет все сгруппированные по близкой летучести примеси. Поэтому если использовать ректификационное оборудование для получения, например, фруктовых дистиллятов, существует риск сгруппировать головную фракцию в трудно разделяемые азеотропы – удалить вместе с ненужными примесями полезные эфиры, отвечающие за аромат.

Если попытаться выгнать благородный дистиллят на ректификационном оборудовании, нужно чтобы во время всего отбора флегмовое число не превышало 1,5-2. Иначе баланс примесей будет нарушен.

Виды узлов отбора в колонне

Жидкостный отбор (liquid managment)

LM – регулировка количества отбора по жидкости. Наиболее удобная и легкая в эксплуатации схема, при которой все пары конденсируются, затем одна часть конденсата возвращается в колонну, другая – идет в отбор.

Характеристики. Регулировка флегмового числа осуществляется одним игольчатым краном отбора спирта. Если кран полностью открыт, флегмовое число равно нулю, а на выходе получается обычный дистиллят. При закрытом кране флегмовое число бесконечно большое – колонна работает на себя. Регулировка краном жидкостного отбора позволяет в любой момент изменить флегмовое число от 0 до 100%. Мощность нагрева и охлаждения устанавливают на оптимальном уровне, обеспечивающем максимальную разделительную способность колонны и минимальное охлаждение флегмы.

Колонна с жидкостным отбором

Как правило, флегмовое число задают несколько выше минимального, что при отборе «тела» позволяет сравнительно долго обходиться без регулировок, но ближе к концу отбора всё же приходится активно регулировать процесс. При этом чем меньше остается спирта в кубе, тем чаще приходится увеличивать флегмовое число.

• подходит для получения как ароматных, так и чистых спиртов;
• легко и относительно дешево автоматизируется вплоть до АСУ (автоматизированной системы управления) процессом производства с блоками безопасности;
• нет повышенной чувствительности к стабильности давления охлаждающей воды.

• если зафиксировать скорость отбора на одном уровне, то по мере ректификации флегмовое число будет падать. Это противоречит технологической необходимости в постепенном поднятии скорости к концу отбора, что является главным недостатком;
• необходим разрыв струи (связь с атмосферой) после регулировочного крана или клапана, иначе возможны сбои в регулировке скорости отбора за счет разряжения в линии отбора, которое создают стекающие потоки спирта.

Паровой отбор (vapor managment)

VM – регулировка разделением потоков пара до дефлегматора. Управление колонной осуществляется путем изменения количества отбираемого пара с помощью шиберного или обычного шарового крана.

Характеристики. Соотношение площадей поперечного сечения колонны и пароотводящей трубы определяет минимальное флегмовое число, которое можно увеличить, регулируя положение крана.

Колонна с паровым отбором

При перегонке количество возвращаемой флегмы регулируется от 80 до 100%. Минимально возможное флегмовое число равно 4.

• чувствительность к положению крана весьма мала, что позволяет делать точные регулировки;
• флегмовое число не зависит от изменения температуры или расхода охлаждающей воды в дефлегматоре;
• нет повышенной чувствительности к стабильности давления охлаждающей воды.

• система управления инерционна, от смены положения крана до изменения скорости отбора может пройти до 10-15 секунд;
• не подходит для получения ароматных спиртов из натурального сырья. Требуются конструктивные изменения, позволяющие регулировать количество возвращаемой флегмы от 50 до 100%;
• колонна с паровым отбором чувствительна к пробкам на линии отбора продукта. Если в силиконовом шланге сформируется столбик продукта, стекая, он создаст разряжение, и как насосом потянет пар на себя, нарушая установленное флегмовое число. Вследствие этого резко и неконтролируемо увеличится скорость отбора, без вмешательства оператора система не вернется на прежний уровень. Остановить неконтролируемый отбор можно установкой связи с атмосферой (создать разрыв струи). Например, воткнуть иглу от шприца в верхнюю часть трубки отбора;
• автоматизация сложна и дорога. Часто выполняется в виде сигнализатора достижения определенных температур, но без исполнительных механизмов. Также желательна автоматика безопасности.

Управление охлаждением (cool managment)

CM – регулировка количества воды, подаваемой в дефлегматор. Позволяет контролировать количество пара, проходящего сквозь дефлегматор на холодильник отбора продукта.

Характеристики. Флегмовое число регулируется от 0 до 100 %, но система очень чувствительна к количеству подаваемой воды и требует прецизионного игольчатого крана. Для регулирования скорости отбора приходится поворачивать кран буквально на доли миллиметра. Мощность нагрева во время всего процесса должна быть постоянной и обеспечивать максимальную разделительную способность колонны. С увеличением количества подаваемой воды увеличивается и количество возвращаемой флегмы, соответственно, возрастает флегмовое число.

Колонна с регулировкой подачи воды в дефлегматор

При ректификации на постоянной мощности охлаждения и нагрева происходит постепенное уменьшение отбора, но флегмовое число остается неизменным.

• может с успехом использоваться для получения ароматных спиртов из натурального сырья.

• малейшие колебания напора приводят к изменению скорости отбора и флегмового числа. Если не предпринять мер по стабилизации давления охлаждающей воды в квартире, на процесс отбора будет влиять даже спущенный соседями унитаз;
• повышение температуры воды в дефлегматоре при неизменном ее количестве уменьшает флегмовое число, поэтому для поддержания стабильного флегмового числа нужен контроль за расходом и температурой воды, подаваемой в дефлегматор;
• требуется связь с атмосферой в линии отбора продукта, иначе при случайном отключении нагрева и трубке, погруженной в отбор, весь продукт снова окажется в кубе;
• система дорога и сложна в автоматизации. Обычно на такие ректификационные колонны ставят простейшие термосигнализаторы и автоматику безопасности.

Практика установки разных узлов отбора на колонны

Колонны с жидкостным отбором (LM)

В домашних колоннах отбор по жидкости получил самое широкое распространение. Причина проста – процесс ректификации 40 литров самогона затягивается на 18-20 часов. Можно уменьшить навалку вдвое, но тогда резко вырастает доля оборотного (технического) спирта, который придется перерабатывать при каждой ректификации.

Если говорить о производительности системы как о количестве товарного спирта, полученного за общее время ректификации (включая нагрев), то при уменьшении объема навалки в 2 раза, эффективность снижается примерно в 1,5 раза.

Другой путь минимизации объема получаемого технического спирта при максимальной производительности – автоматизация процесса, позволяющая делать перегонку по заранее заданному алгоритму без участия оператора. Система автоматики обязательно должна иметь не только исполнительный контур, но и блок безопасности, который моментально отключит оборудование при угрозе аварии.

Ректификационная колонна с жидкостным отбором автоматизируется проще и дешевле других систем, а по качеству получаемого спирта ничем не уступает другим типам оборудования.

Колонны с паровым отбором

Системы отбора по пару распространены за рубежом, где спирт и его производные уступают в популярности дистиллятам (коньяку, виски и т. д.), но ценится высокая крепость напитка. Иностранные умельцы конструируют ректификационные колонны с паровым отбором, имеющие минимальное флегмовое число – всего лишь 1, а не 4 как в России. При такой схеме обратно в колонну уходит не менее 50% флегмы.

В режиме дистилляции паровой отбор практически не нуждается в автоматике. Заданное на старте отбора «тела» флегмовое число сохраняется неизменным до конца, изменить его может только оператор, но даже при получении спирта регулировка нужна буквально пару раз.

Скорость же отбора к концу перегонки резко уменьшается вплоть до остановки. Если есть желание поохотиться за энантовыми эфирами (во многом создают органолептические свойства фруктовых дистиллятов) – меняют банки и увеличивают мощность нагрева, дальше следует дробный отбор и сортировка.

Если энантовые эфиры не требуются, делают то же самое, но дополнительно используют паузы для работы колонны на себя, чтобы остатки спирта были более концентрированными и с меньшим количеством примесей.

Автоматика в колоннах с паровым отбором нужна только на уровне блока безопасности. Кроме того, получение дистиллята предусматривает не группирование примесей по фракциям и полное их удаление, а сбалансированное снижение концентраций веществ до приемлемого уровня с обязательным сохранением вкусо-ароматических составляющих. Это дело для мастера-винокура, контролирующего процесс, регулировка по приборам здесь неуместна. Навалка ограничена объемом, который можно перегнать под руководством человека за имеющееся время.

Колонны с регулировкой подачи воды в дефлегматор

Несмотря на все недостатки, этот тип оборудования часто используется в России при строительстве бражных колонн. Причина – возможность получения дистиллятов из любого сырья, а при необходимости без изменения конструкции (дополнительная царга не в счет) можно собирать дистиллят высокой степени очистки – почти как спирт.

Колонны с регулировкой подачи воды в дефлегматор дороги в автоматизации, чувствительны к напору и температуре охлаждающей воды, что делает их слабо пригодными для получения чистого спирта-ректификата, но при малых навалках до 20 литров и неусыпном внимании оператора такие колонны способны на многое.

Кроме того, схема cool managment является лучшей для отбора «голов». При прочих равных условиях получить более концентрированные «головы» на системах отбора по пару и по жидкости невозможно. Правда, это только если справиться со стабилизацией температуры и напора воды в дефлегматоре.

В последние годы делаются попытки создания гибридных ректификационных колонн, в которых «головы» отбирают по пару методом СМ, а «тело» по жидкости (LM). Это повышает и без того высокие показатели качества спирта на колоннах LM. Совершенству нет предела.

При строительстве бражных колонн, сориентированных на ароматные дистилляты, оборудование VM имеет преимущество перед СМ за счет простоты управления, а также нечувствительности к температуре и расходу воды в дефлегматоре – больше предсказуемость в «причесывании» примесей. Для сахарного сырья бражные колонны по схеме СМ перспективней за счет более качественного удаления головной фракции. Но управление ими создает немало проблем.

Источник