СПН, кольца Рашига и Палля: какая насадка для царги эффективнее

Если коротко: для домашней колонны, где важен чистый спирт при высоте царги в полметра-метр, выигрывает СПН. Кольца Рашига и Палля не «плохие» — они рассчитаны на промышленные колонны высотой в этажи, где лишний метр насадки ничего не стоит. Дома этого метра нет, и вся разница между насадками сводится к одному вопросу: сколько разделения помещается в имеющуюся высоту.

Что вообще делает насадка

Любая насадка решает одну задачу — заставить поднимающийся пар как можно дольше и плотнее контактировать со стекающей вниз флегмой. При каждом таком контакте пар обогащается спиртом, а флегма — водой.

Как это работает

Один цикл обмена в слое насадки

1. 1

   Пар поднимается

   Из куба идёт пар, в котором спирта больше, чем в жидкости, но далеко не 96%.

2. 2

   Встречает плёнку флегмы

   На поверхности насадки висит тонкая плёнка стекающей жидкости. Именно на ней и происходит обмен.

3. 3

   Обмен и разделение

   Часть воды из пара конденсируется, часть спирта из флегмы испаряется. Пар выше по колонне становится крепче.

Отсюда простое следствие: чем больше поверхности насадка создаёт в литре объёма и чем ровнее по ней растекается флегма, тем меньше высоты нужно на одно и то же разделение. Всё остальное — производные от этих двух свойств.

Кольца Рашига: как всё начиналось

Фридрих Рашиг предложил свои кольца в 1914 году, и для того времени это был прорыв: до них колонны набивали чем придётся — битой керамикой, коксом, кусками металла. Кольцо — это простой полый цилиндр, у которого высота примерно равна диаметру.

Что важно понимать про их слабое место. Гладкий цилиндр создаёт немного поверхности на единицу объёма, а главное — уложенные хаотично кольца охотно образуют каналы. Флегма находит путь полегче, стекает по нему и по стенке царги, а основная масса насадки остаётся сухой и в обмене не участвует. Формально насадка есть, фактически работает половина.

Плюс у них есть, и существенный: низкое сопротивление потоку. Через слой колец можно гнать много пара, не подходя к захлёбу. В промышленности, где колонна высокая, а производительность важнее компактности, это разумный размен.

Кольца Палля: работа над ошибками

К середине века геометрию переработали. Кольцо Палля — тот же цилиндр, но в стенке прорезаны окна, а вырезанные язычки отогнуты внутрь.

Две мелочи меняют многое:

• Окна впускают флегму внутрь кольца, а не оставляют её снаружи. Внутренний объём перестаёт быть мёртвым.
• Лепестки сбивают стекающую жидкость и перераспределяют её, мешая образованию устойчивых каналов.

В итоге разделение заметно лучше, чем у колец Рашига, а сопротивление осталось примерно на том же уровне. Для промышленности это был отличный размен, и кольца Палля до сих пор широко применяются.

СПН: ставка на компактность

Спирально-призматическая насадка идёт другим путём. Вместо того чтобы улучшать крупный элемент, она делает элемент мелким: спираль из проволоки размером в несколько миллиметров.

Мелкий элемент — это много поверхности в литре засыпки и очень извилистый путь для пара. Обмен идёт интенсивнее, и то же разделение помещается в меньшую высоту. Плата за это честная и предсказуемая: сопротивление выше, колонна раньше подходит к захлёбу, мощность и скорость отбора приходится держать точнее.

Насколько мельче — настолько компактнее. Вот наши собственные данные по разным размерам: сколько миллиметров слоя нужно на одну теоретическую тарелку в двухдюймовой царге.

Данные калькулятора

Для царги 2 дюйма. Чем короче полоса, тем компактнее насадка: меньше миллиметров на ту же ступень очистки.

• СПН 2 × 2 мм Мелкая
  18 мм на тарелку
• СПН 3 × 3 мм Эффективная
  22 мм на тарелку
• СПН 3,5 × 3,5 мм Стандарт
  27 мм на тарелку
• СПН 4 × 4 мм Производительная
  34 мм на тарелку

Значения ВЭТС из калькулятора СПН этого сайта — того же кода, что считает вашу засыпку.

Обратите внимание: разница между 2 мм и 4 мм — почти двукратная. Именно поэтому спор «какая насадка лучше» без указания размера бессмысленен: внутри одного типа насадки разброс больше, чем между иными типами.

Сравнение по существу

Числами по кольцам мы намеренно не бросаемся: достоверных данных по их работе именно в домашних колоннах нет, а переносить промышленные таблицы на полуметровую царгу некорректно. Поэтому сравнение качественное — но по тем свойствам, которые реально определяют результат.

Свойство	СПН	Кольца Палля	Кольца Рашига
Поверхность в литре засыпки	очень высокая	средняя	низкая
Разделение на ту же высоту	максимальное	среднее	минимальное
Высота слоя под ту же чистоту	наименьшая	средняя	наибольшая
Смачиваемость	отличная у травленой	хорошая	средняя
Сопротивление потоку	высокое	низкое	низкое
Склонность к каналам	низкая при ровной засыпке	средняя	высокая
Требовательность к режиму	высокая	средняя	низкая
Где уместна дома	ректификат, чистый спирт	укрепление	почти нигде

Что из этого выбрать

Ответ зависит от того, что вы делаете, а не от того, какая насадка «лучше вообще».

• Нужен спирт 96,6%. СПН, размер под диаметр царги. Кольца потребуют высоты, которой дома обычно нет.
• Нужен ароматный дистиллят. Тут разделение — враг, а не помощник. Смотрите в сторону РПН или небольшого слоя СПН; подробности разбирали в статье про СПН и РПН.
• Первая перегонка спирта-сырца. Разделение вообще не требуется, насадка не нужна. Кольца тут не хуже и не лучше — они просто лишние.
• Ограничен бюджет, а чистота не критична. Кольца Палля работают. Но считайте общую стоимость: под них нужна более высокая царга, и выигрыш быстро съедается.

Чего не стоит делать

Смешивать насадки в общей засыпке. Мелкая забивает промежутки между крупной, сопротивление растёт непредсказуемо, и колонна начинает захлёбываться на мощности, на которой раньше работала ровно. Слоями — можно и нужно: пыжи РПН снизу и сверху слоя СПН это стандартная схема.

Судить о насадке по цене за литр. Литр насадки — не единица работы. Считать нужно по высоте царги, которая нужна для вашей задачи: дешёвая насадка в полтора раза более высокой колонне обходится дороже и по деньгам, и по месту на кухне.

Забывать про подготовку. Нетравленая насадка смачивается заметно хуже, и часть преимущества в поверхности теряется впустую. Что с ней делать перед первым запуском — в статье про подготовку СПН.

Коротко

Кольца Рашига и Палля — хорошая инженерия для своих задач и своего масштаба. Их слабость проявляется ровно там, где у домашнего винокура главное ограничение: высота колонны. СПН выигрывает не «качеством металла» и не маркетингом, а тем, что укладывает больше разделения в те сантиметры, которые у вас есть.

Сколько именно сантиметров нужно под вашу задачу — считает калькулятор СПН: введите диаметр и высоту засыпки, получите число теоретических тарелок и вес насадки.