Circuit design
Robotics
DIY
1 March 2019

Самогонный аппарат — полный автомат. Часть 2. Сепаратор. Холодильник. Куб. Алгоритмы

Прошло 4 года с тех пор, как я опубликовал статью «Концепт: самогонный аппарат — полный автомат». 4 года, Карл!

Идея не была заброшена. Мало того, она — как заноза в мозгу не давала покоя. И за 4 года было кое-что сделано. Методом проб и ошибок я постепенно вышел на реализацию этого проекта. По крайней мере — уже виден свет в конце тоннеля.

Красивый самогонный аппарат
КДПВ. Красивый рабочий аламбик. «Montanya distillers Co», Crested Butte, Colorado, USA.

От чего пришлось отказаться:
1. Пришлось, правда, отказаться от части задумок: я отказался от процесса на газу в силу повышенной опасности, ибо система безопасности была сложнее самого аппарата.

2. Отказался от идеи индукционной плиты, как подсказывал vvzvlad по причине повышенной сложности управления индукционной плитой. Проверял на своей индукционной нагревательной поверхности — без ковыряния мозгов плиты управлять ей крайне сложно. Подцепиться к сенсорной панели плиты не инвазивно не удалось.

3. От ряда клапанов, задвижек и тому подобных вещей, которые были неэффективны или грелись.

4. От жидкостного охлаждения холодильника в силу объективных причин (подводка, замерзание в случае двухконтурности и тому подобных проблем).

Я постараюсь рассказать обо всех решениях, к которым пришел в процессе реализации идеи.

Много тяжеловесных изображений и спойлеров.

Сепаратор




Пожалуй, ключевым элементом в автоматизации процесса перегонки является сепаратор — устройство разделения фракций перегонки: «голов», «тела», «хвостов» (а, впоследствии, и «крепкого тела»). Без сепаратора и блока управления — за процессом перегонки нужно постоянно следить. Это лишнее время. Сидишь и ждешь, когда нагреется, потечет. А — это долго. Для чего, собственно, идея и затевалась. Экономия времени и управляемость процессом — вот где суть. А для этого нужен сепаратор — разделитель фракций.

Вариантов сепаратора тоже было несколько.

Первый вариант — клапан от стиральной машины. Плохой вариант — малое сечение протока, непрерывное многочасовое удержание клапана. Всё это греется, гудит. От этого варианта я ушел почти сразу.

Клапан от стиральной машины.
Клапан от стиральной машины 3W180 — плохой вариант сепаратора.

Второй вариант: сепаратор из трех стеклянных подрезанных медицинских бутылочек, залитых в эпоксидную смолу. Может быть — это был бы и неплохой вариант, но при знании свойств эпоксидной композиции. Я залил сразу всю «дозу» эпоксидки (где-то 450 мл) по незнанию. Эпоксидная композиция разогрелась градусов до 70. В результате все бутылочки растрескались внутри заливки, но не рассыпались. Осадочек остался. От идеи отказался. Хотя — вариант неплохой.

Сепаратор самогонный.
Фотография сепаратора на эпоксидной композиции. Трещинки внутри.

Еще фотографии сепаратора на эпоксидной основе
Сепаратор самогонный
Фотография сепаратора на эпоксидной композиции. Как должно было крепиться.

Самогонный сепаратор.
Фотография сепаратора на эпоксидной композиции. Выходные патрубки.

Третий вариант: сепаратор вертикального типа, деревянный с медными воронками. Неплохой вариант. Но, так как была попытка применить двигатель от самописца ДСМ2-Л-220, то вращаться он мог только в одну сторону — в принципе — ничего страшного, но тогда нужно было контролировать положение клювика сепаратора над воронкой, а — это дополнительные оптические датчики, повышенное напряжение 220 вольт через сигнальный провод. Плюс ко всему, ко мне вдруг пришла идея делать отбор «крепкого тела», а это уже четвертая воронка. Для тех, кто в теме — на крепком «продукте» делаются все настойки, которые потом разбавляются до нужной концентрации. На 40 процентах — дуб (основа любого коньяка или виски) — ну никак настаиваться не хочет. А на 60% — только в путь. Поэтому, пришлось отказаться и от этого варианта, хотя — он был вполне себе здравым.

Самогонный сепаратор деревянный.
Фотография сепаратора вертикального типа. Фронтальный вид.

Еще фотографии сепаратора вертикального типа
Самогонный сепаратор вертикального типа.
Фотография сепаратора вертикального типа. Вид сверху.

Самогонный сепаратор.
Фотография сепаратора вертикального типа. Клювик. Оптические датчики.

Сепаратор самогонный
Фотография сепаратора вертикального типа. Двигатель от самописца 2 об./мин.

Еще есть одна «противная» штука в оборотном сепараторе: патрубок постоянно вращается, то есть — каждая перегонка — один полный оборот клювика сепаратора вертикального типа. Естественно, силиконовый шланг будет перекручиваться. Чтобы такого не произошло, нужно, чтобы патрубок был вставлен в подшипник. Подшипник должен быть закреплен в некоем крепеже, в который должен быть запрессован медный патрубок. То есть — дополнительный «сложный» узел — еще один недостаток такого типа сепаратора. Здесь на фото клювик состоит из 2х пластин, между которыми фанерочка, в которую вставлен подшипник с закрепленным патрубком. Всё это свинчено винтиками и закреплено на вращающейся оси. Геморно? Геморно!

Сепаратор самогонный
Фотография сепаратора вертикального типа. Медный патрубок вращается в подшипнике.

Ну, и теперь — последний финишный вариант сепаратора — текущий. Из фанеры, направляющих, шагового двигателя, его драйверов и концевиков.

Фотография сепаратора самогонного основного.
Фотография сепаратора на шаговом двигателе.

Сепаратор самогонный.
Фотография сепаратора на шаговом двигателе. Вид сверху.

Изготовлен был из фанеры, толщиной 21 мм. и 10 мм. Воронки из нержавейки для заливки спиртного в карманную металлическую фляжку.

Про воронки:
Поиск на Али по фразе: «6 Piece Stainless Steel Flask Funnel Set, Small (6 pcs)».

Из 6 штук выберете 4 нормальных. Бывают бракованные.

Воронка нержавеющая для самогонного аппарата
Воронка нержавеющая маленькая для фляжки.

Еще бывают такие же воронки, но меньше по высоте, бывают скругленные. Всего встречал 3 типа. Такие высокие мне показались самыми простыми для монтажных работ. Есть еще алюминиевые, это совсем для снайперов, диаметром 18 мм. Называются: «Воронка для духов». Но мне показалось, что отверстие выходное совсем уж маленькое. Здесь уже будет проявляться эффект натяжения поверхности жидкости. К тому же она лябезная какая-то. Если вклеить в фанеру — будет нормально, но так — гнется руками.

image
Воронка алюминиевая для духов. Лябезная.

Как собрана механическая часть:
Воронки вклеены в фанеру обычным клеем на эпоксидной основе за 2 захода (иначе такой столб клея даст течь через малярный скотч). Отверстия вырезаны фрезой по дереву на 38. При вклеивании, воронки были вставлены до упора ободка и подклеены малярным скотчем. На самом деле вначале для предыдущей версии сепаратора я заказал медные воронки у мастера на «Ярмарке Мастеров». И вышли они мне в серьезную копейку с доставкой (около 2 т.р.)

Воронки для самогона.
Вид сепаратора снизу на вклеенные воронки.

Дальше начал мудрить с приводными механизмами. Нашел какие-то планочки, принтер хотел разобрать. И опять-таки, китайские партнеры меня совратили: набор для 3Д принтера с готовыми направляющими, диаметром 8 мм, ходовым валом, винтом, со всеми крепежками и орехами + шаговый движок — всего за 1500 рублей!

Запрос на Али:

«3D Printer guide rail sets T8 Lead screw length 200mm linear shaft 8*200mm KP08 SK8 SC8UU nut housing coupling step with motor»
Набор для сборки сепаратора самогонного.
Набор направляющих для 3D-принтера.

Зачем, спрашивается, я буду ерундой страдать? Всё готово. Надо лишь на фанерочку всё закрепить. Так я и решил. Осталось лишь разметить, сделать фанерную ходовую планку (на которую медный патрубок закреплен) и две боковины.

Сепаратор самогонный.
Сепаратор на шаговом двигателе.

Вся внутрянка с направляющими, кареткой, воронками, выходным патрубком в дальнейшем будет закрыта оргстеклом с продольной прорезью сверху под силиконовый шланг. Так будет вообще как в аптеке — ни пыли, ни грязи.

Подвижный выходной патрубок (если проще назвать — «писунок») сделан из медной трубки диаметром 14 мм. На конце специально заужен, чтобы не было выбросов жидкости за пределы воронки. Для этого было сделано 8 продольных разрезов на конце миллиметров на 7, образовавшиеся усики выкушены через один, остальные подогнуты вовнутрь. Таким образом, жидкость будет более-менее направлена тонкой струйкой в центр воронки. Сам патрубок закреплен на подвижной каретке при помощи тех же винтов, которыми крепится к ходовым подшипникам и ходовому винту. Крепежные кронштейны выходного патрубка, посредством которых он привинчен к подвижной каретке были отлиты из эпоксидной смолы в картонную опалубку с добавлением внутрь кусочков джинсовой ткани. Получился достаточно крепкий импровизированный композит, который при сверловке не крошился. После отливки, кронштейны патрубка тщательно обрабатываются напильником. Этот патрубок будет, впоследствие, соединен силиконовым шлангом с холодильником.

Самогонный патрубок.
Фотография патрубка медного («писунок»).

Устройство электронной части сепаратора:
Далее, как этим всем управлять? Понятно, нужны концевики для простоты управления: левый, правый пределы ходового винта (Limit1, Limit2). Это функционал для удобства управления. У меня использованы механические концевики. Можно и оптические и магнитные на герконах использовать — кому, что больше нравится. Шаговый двигатель был в комплекте 3Д набора (17HS2408S). Напряжение 4,8 вольта. 0,8 ампера на фазу. Нужен драйвер. Подойдет драйвер, типа — Stepper driver L298N.

Stepper driver L298N
Драйвер шагового двигателя L298N.

Но L298N — это просто «токовый усилитель» сигнала от микроконтроллера. В этом режиме к L298N нужно подцепить 4 порта от микроконтроллера. Дополнительно в программе следить за направлением вращения (порядком следования импульсов), соблюдать очередность импульсов. Есть некий программный геморрой. Куда проще — сделать это всё «железно». Для этого случая есть EasyDriver v4.4 на базе А3967.

EasyDriver v.4.4
Драйвер шагового двигателя EasyDriver v.4.4.

В этом случае становится совсем всё просто: выставил единицу (подтянул +5 вольт) на входе «direction», дал один импульс на входе «step» — сделал шаг вперед. Выставил 0 (подтянул gnd) на входе «dir», дал один импульс на входе «step» — сделал шаг назад. Если шаговый двигатель простаивает — выставляем 0 на «Enable» — и всё — привод обесточился и не греется. Красотища! Всего 3-мя портами микроконтроллера и без лишнего программного извращения.

Что касается шагового двигателя, то он — слабый. Но для наших нужд — вполне себе хватает. И ходовую гайку или соединительную муфту, в случае проскакивания концевика — не свернёт. Упершись — начинает просто гудеть. Поэтому, в программе в дальнейшем, можно даже предусмотреть верификацию отказа концевика: делаем 20000 шагов влево, и, если не находим концевика Limit1 — значит концевик сломан, но мы заведомо находимся на левом нуле. Как-то так.

Вот как выглядит электронная начинка сепаратора в сборе:

Драйверы шагового двигателя.
Фотография сепаратора со стороны привода и драйверов.

Всё это запитывается от 5 вольт. Хоть и написано, что Easy Driver работает от 6-30V — всё славненько пашет от 5V. Сам Easy Driver этот шаговик не тянет. Его максимальный ток 750 мА. Этого даже на одну фазу не хватит. Поэтому только через L298N. И да, перемычки на драйвере L298N «Enable A», «Enable B» — оставляются (а-то я уже в свое время успел разобрать и собрать разок всё, прежде, чем понял в чем дело, почему шаговый двигатель не едет). На вход Step — оптимально подавать частоту следования импульсов около 500 Гц. На частоте 230-240 Гц. шаговый двигатель сильно шумит и вибрирует. Микрошаговый режим не рекомендую — начинает греться L298N — да и этот режим нафиг никому не нужен — мы тут не 3Д-модели вытачиваем — четкое позиционирование не требуется. Поэтому на EasyDriver v4.4 входы MS1, MS2 — нужно заземлить. Вход «Enable» EasyDriver v.4.4 — можно и не подсоединять к микроконтроллеру, но тогда шаговый двигатель будет постоянно запитан на протяжении 5 часового процесса перегонки.

Схема соединения L298N, EasyDriver v4.4 следующая:
L298N:

1. OutputA, OutputB — это фазы шагового двигателя A-A*, B-B*.
2. На +12V Power — подаем +5 вольт.
3. Power GND — общий.
4. Перемычку 5V Enable — не трогаем — она выдает на вывод +5V.
5. Power — стабилизированные 5 вольт (могут пригодиться).
6. Перемычки A Enable, B Enable — не трогаем.
7. Input — импульсные входы от Easy Driver v.4.4 (Motor Coil A, Motor Coil B).

На EasyDriver v.4.4:

1. PDF Input, Reset, Sleep Input — не трогаем вообще.
2. Входы MS1, MS2 — заземляем (можно прямо на самой плате на входах GND — все земли соединены).
3. На Power In (6-30V) — подаем +5 вольт и землю.
4. На Step Input — идут импульсы, типа, сделать шаг.
5. DIR — Direction — Направление вращения шагового двигателя (высокий/низкий уровень 5/0 вольт).
6. Enable — можно использовать, можно не использовать — отключает/включает «силу» на шаговике. Если не использовать вообще, то по умолчанию — «сила» подана.

Проверка работы сепаратора проводилась с имитатора микроконтроллера (самодельного пультика управления с индикаторами) на базе таймера NE555. Спаян, буквально — на коленках. Частота таймера была настроена приблизительно на 500 Гц. Выключатели имитировали выходы от микроконтроллера Enable, Dir, Step для EasyDriver. Один переключатель двухпозиционный — направление+шаги (вперед+шаги/ни туда ни сюда/назад+шаги), второй — разрешение/запрет. Плюс — светодиодный контроль срабатывания концевиков Limit1, Limit2. На схеме пультика, расположенной ниже, будет всё понятно.

Пульт управления шаговым двигателем.
Фотография самодельного пультика управления шаговым двигателем.

Схема пульта управления шаговым двигателем.
Рисунок принципиальной схемы пультика на ne555.

Вот видео работы сепаратора. Переключать пультик одной рукой (в другой — камера) — не очень удобно, поэтому — как есть. Но там и так всё понятно. Разрешение/запрет, вправо/влево, светодиодики загораются на пультике белый и красный — концевики. Ну и зеленый светодиодик — идет генерация частоты 500 Гц от таймера — светится равномерным таким свечением.

Видео демонстрации работы сепаратора с пульта:


Еще вариант сепаратора - дорогой:
Можно было бы сделать сепаратор из 4х электрических шаровых кранов. Это как вариант. Но — каждый из них стоит по 1000 рублей. К тому же — так или иначе — при объединении в раздаточный коллектор останутся застойные зоны, и смешивание остатков фракций в шаровых кранах — неминуемо. Ну и — всё это — силовое на 220 вольт. А так — тоже вариант.
самогонный шаровый вентиль
Фотография электрического шарового крана.

Алгоритмы работы аппарата


Самогонный аппарат с воздушным охлаждением.
Фотография самогонного аппарата.

На данный момент самогонный аппарат представляет собой нечто, изображенное на фотографии. Плита Электра 1001. Куб перегонный, объемом литров на 22-25 (размеры не помню точно). Дефлегматор литра на 4-5 (должен быть по каким-то найденным сведениям 1/5 от объема перегонного куба) со стравливающим аварийным клапаном. Соединение фланцевое на 4-х болтах.

В кубе есть нижний спускной шаровый вентиль для слива отработки. Сухопарник стравливаемый где-то на литр. Холодильник воздушного охлаждения из двух теплообменников от газовой колонки ВПГ-18 (19, 23) по киловатту рассеиваемого тепла каждый (около 1 кв. метра эффективной площади) и 4-х 140-х вентиляторов от компьютера на 12 вольт. Вентиляторы включаются при достижении температуры 30oC, отключаются при 28oC. Включение/выключение вентиляторов осуществляется китайским электронным термостатом W1209.

Самогонный термостат.
W1209 электронный термостат.

Воздушное охлаждение. Холодильник
Впечатлившись холодильником в статье, некогда бывшей на Хабре (статья от автора под ником 61003 от 19 августа 2015 года бесследно исчезла с Хабра вместе с ним), а ныне где-то здесь:
Холодильник для дистилляции с воздушным охлаждением.

Воздушное охлаждение самогонного аппарата.
Воздушное охлаждение аппарата из чужой статьи.

Я собрал свой холодильник, тоже воздушный. Сделал на основе прямоточных радиаторов от газовых колонок ВПГ-18(19,23). Получилось удачно. Пробовал совсем без вентиляторов — не хватает даже 3-х радиаторов. С вентиляторами с лихвой хватает и двух. Один лишний радиатор отвинтил за ненадобностью. Металлическая рама, как видно — осталась на 3 радиатора. Работает как часы. Термодатчик от термостата W1209 установлен на первом радиаторе (на фотографии не видно из-за вентилятора, расположен — внизу справа — прямо вклеен между пластинами радиатора на герметик).

Температура на выходе всего холодильника при обычной работе — комнатная. Впоследствие, когда доделаю силовой ящик, блок питания 220В/12В будет снят. Питание на 12 вольт будет заведено от ящика с «мозгами».

Самогонный холодильник воздушный.
Фотография воздушного холодильника.

Воздушное охлаждение самогонного аппарата.
Фотография воздушного холодильника. Вид со стороны.

О вариантах холодильника
Кстати, холодильник тоже был не единственный. Про водяной я вообще не говорю (он был у меня изначально и исправно работал, но меня не устраивал из-за необходимости водяной подводки).


Сначала я хотел сделать воздушное охлаждение на элементах Пельтье и компьютерных процессорных радиаторах с вентиляторами. Согнул медную спираль от кондиционера 9 мм. диаметром. Залил ее алюминием. Килограмма 3 туда ушло. Из алюминия выглядывают медные пластины, к которым должны были быть подсоединены компьютерные радиаторы через прослойку: медь, элемент Пельтье, еще одна широкая медная пластина, два радиатора от компьютера. В общем, такая болванка со спиралью внутри, облепленная с 4х сторон восемью радиаторами от компа. А между ними элементы Пельтье. А в центре болванки вообще стальная труба. Через нее тоже предполагался дополнительный продув. Вот такая вот кукурузина. Тяжеленная.

Фотография этого кирпича:

Воздушный холодильник для дистилляции.
Отлитый из алюминия холодильник для дистилляции воздушного охлаждения.

И еще один вид с обратной стороны. Сверху/снизу видны трубочки подачи пара. Посредством множества винтов предполагалось закрепить все остальные элементы. Уголки для крепления самого холодильника.

Воздушный холодильник для дистилляции.
Фотография этого «кирпича» со стороны предполагаемого крепежа.

Как делалась опалубка под холодильник для понимания, что внутри:

опалубка для холодильника
Сборка опалубки для холодильника.

заливка алюминия.
Собранная опалубка без крышки под заливку алюминием.

опалубка под холодильник.
Собранная под заливку опалубка. Герметик термостойкий.

Ну, заливка прошла удачно. Правда, дымилась опалубка сильно, как-никак, температура расплавленного алюминия где-то около 660oC. Но, после извлечения всей конструкции, оказалось, что медная трубка внутри заливки прохудилась. Не знаю, что с ней произошло, может силы деформации при остывании как-нибудь повоздействовали на трубку внутри, но ее порвало. И трубка дала течь и протекала куда-то вовнутрь болванки и наружу возле одного из винтов. Печально, ну да ладно.



Какие еще предполагались варианты холодильника, кроме уже представленных:
Медный радиатор (конвектор) централизованного отоления концевой. Был бы шикарный вариант, но жаба задавила даже на б/у. Новый на 2кВт стоит от 28 до 32 килорублей. К тому же — в европейской части России такие радиаторы на уровне эксклюзива.

Медный радиатор охлаждения дистиллята.
Радиатор отопления медный концевой 2 кВт.

Есть более приемлемый вариант — медно-алюминиевый радиатор отопления. Цена вопроса уже около 12,5 килорублей. Принципиальной разницы нет. Контакт пара только с медью. Как видно — застойных зон нет. Прямоток. Главное — выставить по уровню. Идеальный вариант, но всё-равно — дорогой. Кстати, на авито можно найти за 3 килорубля, но на пересылку таких тяжелых вещей никто не идет. Такие варианты стоит рассматривать, если нужен радиатор не на 1,5-2,0 кВт, а на 3-4 кВт. То есть, если перегонный куб сразу на 4 конфорки, объемом на «50+» литров. Тогда, в этом случае, еще имеет смысл дополнительно увеличить мощность продувающих вентиляторов.

Медно-алюминиевый радиатор охлаждения дистиллята.
Медно-алюминиевый радиатор отопления.

Практическая часть вопроса


Как предполагалось ранее в предыдущей статье, аппарат работать не может. О чем речь? Предполагалось, что бак будет нагрет до температуры кипения спирта и дополнительный подвод тепла не потребуется, подводимую к баку мощность можно будет снизить. И необходима теперь только (пониженная) подводимая мощность на поддержание кипения жидкости в баке. На практике осуществить такой режим работы не удалось: брага закипала, аппарат прогревался, начинал выдавать дистиллят, но после снижения мощности, аппарат начинал «плеваться». Конденсация спиртов начиналась уже в подводимом к холодильнику патрубке и этот конденсат «гонялся» по силиконовому шлангу туда-сюда. Было принято решение не снижать подводимую к баку мощность и гнать, как говорится, на полную катушку (две конфорки на 2,0 и 1,5 кВт). Работа аппарата в этом случае идет в «непрерывном» режиме (что упрощает алгоритм в разы) без поддержания заданной температуры в баке (как предполагалось ранее). И, да — ничего не пригорает. А дефлегматор с сухопарником отсекают кипящие выбросы браги, которые могли бы попасть в холодильник.

Что еще было замечено:

Как показала практика, температура в дефлегматоре не может являться основанием для управления перегонным процессом. Проблема в том, что она разнится на 1 — 1,5oC, в зависимости от внешних условий (температуры в помещении, давления) и типа перегоняемого материала (у вина одни контрольные точки кипения, у браги — другие, у медовухи — третьи, у браги из варенья — четвертые).

Была замечена интересная особенность. Температура медного воздушного холодильника изменяется интересным и строго определенным образом. Как я уже описывал — у меня холодильник медный, воздушный, состоит из двух теплообменников от газовой колонки ВПГ-18 (19, 23), соединенных последовательно. На них закреплено 4 вентилятора диаметром 140 мм от компьютера на 12 вольт. Теплообменники справляются с поставленной задачей легко, в них нет застойных зон, они прямоточные. Ближе к концу первого теплообменника был закреплен температурный датчик от китайского электронного термостата W1209, который управляет включением вентиляторов холодильника с уставкой в 30oC. Так вот, была замечена интересная особенность — температура в конце перегонки (именно в этой точке холодильника) ведет себя следующим образом: медленно поднимается где-то до 67-69oC, а потом резко падает до 46-47oC (в течение 10-11 минут). И после этого падения температуры продукт, как говорится — «не горит» (все спирты уже частично ушли). Объясняется этот провал температуры, по-видимому, тем, что теплоемкость кипящего пара изменяется так, что способен охладиться гораздо раньше в теплообменнике, чем спиртосодержащий пар. То есть — воды в нем становится больше и она конденсируется уже на первых витках теплообменника.

В результате был сформирован алгоритм управления аппаратом.
1. Греем перегонный куб (около часа — полутора — зависит от внешней температуры окружающей среды). Ничего не предпринимаем. Клювик сепаратора выставляем в положение 1 — «головы». Ждем срабатывания электронного термостата W1209 (по сути — однозначный цифровой сигнал). Было замечено, что после включения термостата он уже не выключается до самого конца перегонного процесса (если температура наружного воздуха выше нуля). Срабатывание термостата и включение вентиляторов холодильника в точности совпадает с началом истекания «голов». Запускаем таймер на 5 минут (этого времени всегда хватает, чтобы отогнать 200 мл. голов). По истечение 5 минут переводим клювик сепаратора в положение 2 — «крепкое тело». Ждем 30 минут. За это время выходит около 1 литра (при обычной заправке куба в 20 литров) крепкого «продукта» (процентов 60).

2. Переводим патрубок сепаратора в 3 положение «слабое тело». Отгоняем 1 час (отгонка «слабого тела» занимает около 1 часа пока «горит» — это еще где-то 1,5-2 литра). И в течение этого часа ничего не делаем, а лишь фиксируем максимальную температуру термодатчика. Вообще, температура на холодильнике в этой точке может плавать в пределах 53-69oC, но никак не на 20. На 20oC только в конце перегонки и резко. Допустим, зафиксировали максимум температуры на холодильнике, пусть он равен 69oC. Постоянно после отгона «крепкого тела» начинаем контроль отклонения от этого максимума. Если попался еще один максимум, фиксируем его снова. И снова ждем отклонения от максимума на 20-22oC от максимума. Как только температура упала ниже уровня (например, 69-21=48oC), переводим клювик (патрубок) сепаратора в режим отгона «хвостов» в 4 положение.

3. В режиме «хвостов» просто выставляем таймер, скажем, на 1-1,5 часа и отгоняем столько, сколько получится. За это время все остатки по-любому отгонятся. По истечение 1,5 часов можно включить какую-нибудь сигнализацию об окончании процесса, а после — всё оборудование можно расхолаживать и выключать.

Статистика процесса перегонки
Фиксирование температуры в процессе перегонки в контрольной точке холодильника.

Эксперимент первый:

Перегонялось 18 литров. Сахарная брага.

0:00 — Старт нагрева перегонного куба.
1:00 — Бурно закипело. Пошел прогрев дефлегматора, холодильника.
1:02 — Срабатывание термостата. Закрутились вентиляторы. Уставка 30 градусов на включение, 28 на выключение. Потекли головы.
1:06 — 250 мл. «голов» отогналось. 57-60oC — установившаяся температура в контрольной точке холодильника.
1:30 — Отогнался 1 литр 60% спиртового раствора.
1:58 — 2,5 литра отогналось (1 литр «крепкого тела» и 1,5 литра остатков «слабого тела»). Температура медленно поползла вверх.
2:03 — Температура в контрольной точке холодильника 69,7oC.
2:10 — Температура медленно поползла назад.
2:16 — 66,3oC.
2:24 — 58,3oC.
2:28 — 55,0oC.
2:29 — 54,0oC.
2:30 — 52,2oC.
2:31 — 51,0oC.
2:32 — 48,0oC.
2:33 — 46,0oC.
2:35 — 46,2oC — конец отгонки «слабого тела».
2:39 — 46,6oC.
3:27 — 45,0oC — конец отгонки «хвостов».


Эксперимент второй:
В следующий раз перегонка шла так же, только температура была сдвинута немного в большую сторону — в помещении потеплело. Но разница в 20oC сохранилась. В процессе перегонки наблюдается два скачка температуры — в начале до 63-х и в конце до 69-и с падением между пиками до 53oC (один пик на метаноле, второй на этаноле). Но в конце — все-равно провал, как я и говорил, но резкий и на 20oC от максимума.

В общем, в ходе экспериментов, я сделал заключение, что ключом к контролю перегонного процесса является не температура в перегонном кубе или дефлегматоре, а температура в нужной точке холодильника (правда — только в холодильнике на воздушном охлаждении). И, на самом деле, алгоритм получился бы идеальным, если бы не отрицательные температуры в помещении. Если перегонка идет при наружном воздухе (если перегонка идет где-нибудь в гараже) около 0 или даже при минусах — алгоритм «ломается». Температура на термодатчике термостата W1209 снижается ниже порогов включения-выключения и смысла измерять здесь что-либо уже нет.

Вентиляторы то включаются, то выключаются. Тогда в этом случае — алгоритм отгонки по обычному таймеру работает как часы. Было замечено, что даже при различных брагах, при различной наружной температуре воздуха время на перегонку действительно разнится, но эта разница по продолжительности процесса заключается только во времени нагрева бака с содержимым и может идти от 1 до 1,5 часов. Всё остальное время перегонного процесса практически не меняется (при одинаковом заполнении бака). Поэтому, пока что соберу установку, которая будет работать по таймеру, запуск которого осуществляется по срабатыванию термостата.

А потом «обрасту» алгоритмами. Ибо — самое сложное — это реализовать железо. Программы можно и обновить, контроллер перешить. Это дело наживное.

Проверка одной идеи:
А еще пробовал вот этот патент на работоспособность: — патент на измеритель «спиртуозности» протекающей жидкости путем замера емкости в проточном конденсаторе. По сути — идет замер диэлектрической проницаемости протекающей жидкости, омывающей проволочный конденсатор. Я уже пробовал делать замеры емкости обычной проволочкой, скрученной в витую пару. Помещал в спирт и в воду. Правда, спирт был изопропиловый. Разница в емкости очень убедительная (где-то в 50 раз). А вот с этиловым — конденсатор подкачал. Разница в емкости незначительна.

Конденсатор проточный.
Фотография конденсаторов проточных экспериментальных.

И статистика по емкостям проточных конденсаторов:

Измерение емкости на частоте 10кГц.
Сухой конденсатор: 66пФ.
Мокрый от воды: 200пФ.
Спирт этиловый (85%): 206пФ.
Спирт изопропиловый: около 10 нФ.

То есть, в качестве датчика конденсатор проточный — не годится. А была большая надежда на него. Емкость меняется незначительно на этиловом спирте. Правда, добротность этого конденсатора меняется в очень широких пределах от воды к спирту. Но, измерение добротности конденсатора — это уже совсем другой измерительный прибор. В разы сложнее измерять. Нужно клепать отдельный контроллер. Банально — лень, лишь для того, чтобы провести эксперимент. Не факт, что заработает.

Теперь, на данный момент времени не хватает силового блока управления с пускателем и «мозгами» (будет выглядеть как обычный электрический шкаф под эл. счетчик). Все остальные компоненты автоматического самогонного аппарата имеются.

автоматика самогоноварения
Пока что в таком виде силовой шкаф, но без «мозгов».

Наполнение силового шкафа:
Управление предполагается следующим образом: вся плита («А чего? — Не жалко, я её вообще хотел на свалку выбросить!») запитывается от блока управления. Сам блок управления запитывается от силовой трехфазной розетки. На плите «Электра-1001» заранее включены две нужные конфорки в положение «6» (изменение температуры в процессе перегонки не предполагается). «Мозги» блока управления будут подавать/снимать фазу в нужное время со всей плиты «Электра-1001». Номинальные токи запитки плиты на уровне 20-25 ампер (пусковые, кстати, те же — нихром ведет себя как идеальный потребитель без чрезмерных пусковых токов). Для запитки подойдет любой пускатель или, как еще его называют — контактор на 25-40 ампер на 3 фазы. Например, такой.

Запитка самогонного аппарата.
Пускатель Schneider Electric LC1D1210.

Мне пришлось его спараллелить. Ибо у него 12 ампер на фазу. Спараллелил на случай, если откажет одна из конфорок (запитанной от второй фазы), и, тогда придется греть бак двумя конфорками, но от одной фазы.

Можно использовать для наших нужд еще советский пускатель ПМА3102 на 40 ампер. Дешевый вариант, но великоват. Я его сперва хотел использовать, но он реально половину ящика занимает. Ну, и, высокий он — штуковина такая крупноватая. И компьютерный блок питания в этом случае не умещался в электрический ящик. Зато, когда он срабатывает — аж стены трясутся! Поставил бы его, но с выбором электрического шкафчика поторопился.

image
Фотография советского пускателя ПМА 3102 на 40 ампер.

Запитка «мозгов» будет осуществляться от компьютерного блока питания ватт на 300 типа ATX.

автоматика самогоноварения
Крепление блока питания к силовому ящику для охлаждения.

автоматика самогоноварения.
Наполнение шкафа. Блок питания. Пускатели. Блок реле.

Автоматика самогоноварения.
Таким будет джойстик управления контроллером. 5 положений + 2 кнопки.

image
Колодка и кнопки с подсветкой, как на следующей ниже схеме.

Колодка будет раздавать +12, +5, GND на цифровые элементы, расположенные на дверке шкафа: контроллеру, дисплею, кнопкам, джойстику.

Схема силового ящика с «мозгами» предполагается следующей (пока не проверена):

Запитка самогонного аппарата.
Силовая электрическая схема ящика с «мозгами».

Алгоритм работы схемы шкафа следующий: предполагаем, что на блоке питания ATX дежурка есть (то есть — фазы к ящику подведены). Нажимаем на зеленую кнопку «Пуск». Тем самым замыкаем зеленый провод блока питания ATX PS-ON на землю. Тем самым его запускаем. Появляется питание +5, +12 вольт. Реле Р1 замыкается и осуществляет самоподхват блока питания. При этом, питание начинает поступать на микроконтроллер и дисплей. Подсветка дисплея, кнопок «Пуск», «Стоп» тоже загорается. Далее, мы уже можем выбрать программу работы микроконтроллера при помощи джойстика на двери шкафа.

Программы могут быть разные, например «Обычная перегонка», «Вторая перегонка», «Половина бака», «С контролем от датчика холодильника», «По таймеру» и т.п. Ну, и, банально — согласие, типа: «А, Вы уверены, что хотите начать процесс перегонки?» — защита от случайного включения шкафа.

Кнопка «Стоп» — жестко вырубает весь шкаф и фазы, поступающие на электрическую плиту. Она размыкает реле Р1 и замыкает реле Р4. В результате пропадает самоподхват пускателя и самоподхват компьютерного блока питания. Кнопка «Стоп» нужна для экстренного отключения шкафа (на всякий случай, если забыл, к примеру, перегонный куб заполнить или что-то пошло не так).



В общем — осталась кое-какая «железная» работа, а дальше — обкатка алгоритмов на изготовленном «железе». Установочка, получается, по всем меркам, — уже не кислая. Так что — продолжение следует… Надеюсь, было интересно.

+54
22.4k 154
Support the author
Comments 101