Ректификационные установки.

Ю.И. Дытнерский «Процессы и аппараты химической технологии».

Схемы установок. Для непрерывного проведения ректификации необходимо, чтобы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком пара с несколько большей концентрацией ВК, чем в жидкой смеси. Поэтому исходную смесь подают в то место ректификационной колонны 3, которое соответствует этому условию. Место ввода исходной смеси, нагретой до температуры кипения в подогревателе 2, называют тарелкой питания. Положение тарелки питания специально рассчитывается. Тарелка питания делит колонну на две части: верхнюю - укрепляющую и нижнюю - исчерпывающую. В укрепляющей части происходит обогащение поднимающихся паров низкокипящим компонентом, а в исчерпывающей – удаление НК. Поток пара, поднимающегося по ректификационной колонне, поддерживается испарением части кубовой жидкости в кипятильнике 4, а поток жидкости, текущей по колонне сверху вниз, - возвратом части флегмы, образующейся при конденсации выходящих из колонны паров в дефлегматоре 5.

 

 

Рис.2 Схема ректификационной установки непрерывного действия:

1 – ёмкость для исходной смеси;2 - подогреватель;3 - колонна;4 - кипятильник;5 - дефлегматор;6 – делитель легмы;7 - холодильник;8 – сборник дистиллята;9 – сборник кубового остатка.

 

К достоинствам непрерывной ректификации относятся высокая производительность, однородность получаемого продукта, лёгкость автоматизации, возможность рекуперации теплоты.

При непрерывной ректификации многокомпонентных смесей в установке должна быть не одна колонна, а больше, так как в одной колонне можно разделить смесь только на два продукта. В общем случае число колонн N равно числу компонентов К разделяемой смеси минус 1, т.е.

N = К – 1.

 

 

Поясним это на примере разделения трёхкомпонентной смеси. Для этого случая разделения возможны два варианта организации процесса. По варианту а два наиболее летучих компонента А+В переходят в дистиллят, высококипящий компонент С остаётся в кубовом остатке, а смесь А+В поступает в другую колону. По варианту б в кубовом остатке остаётся смесь компонентов В+С, которые направляются в другую колонну для разделения.

 

 

 

а б

 

Рис.3 Варианты (а,б) схем ректификации трёхкомпонентных смей

 

Следует отметить, что вариант а и аналогичные ему возможны не всегда, поскольку ограничены соотношением относительных летучестей компонентов и их содержанием в исходной смеси. Например, отделение смеси А+В от С (вариант а) возможно при условии aв>(aа+aс) или aв>∑aх(где ∑ах=ааха+асхс – средняя суммарная относительная летучесть остальных компонентов). Таким образом, отделение в паровой фазе i-го компонента возможно тогда, когда его относительная летучесть аi больше средней относительной летучести всех компонентов.

С увеличением числа компонентов исходной смеси возможное число вариантов взаимного соединения колонн быстро возрастает.

 

Ректификационные аппараты. Основными типами аппаратов для проведения процесса ректификации являются тарельчатые и насадочные колонны. Кроме того, в ряде случаев для ректификации под вакуумом, используют плёночные колонны. Все эти аппараты для снижения потерь теплоты покрывают тепловой изоляцией.

Для увеличения поверхности фазового контакта в насадочных ректификационных колонах часто применяют фасонную насадку с большими удельной поверхностью и свободным объёмом. Обычно такую достаточно дорогую насадку применяют для разделения смесей компонентов с близкой температурой кипения.

Основной отличительной особенностью ректификационных колонн является то, что для проведения ректификации они должны быть снабжены соответствующей теплообменной аппаратурой.

Обычно дефлегматор устанавливается выше верха колонны, для того, чтобы флегма стекала в колонну самотёком. Если высота колонны велика, то для удобства её обслуживания и снижения высоты здания дефлегматор устанавливают ниже верха колонны. В этом случае для подачи флегмы на орошение колонны необходима установка дополнительного насоса. Иногда дефлегматор встраивают вверху колонны. При этом из колонны выходят пары в количестве, равном количеству дистиллята.

 

 

а б в

Рис.4 Варианты расположения дефлегматоров:

а – с полной конденсацией и подачей флегмы самотёком; б – с полной конденсацией и подачей флегмы насосом; в – с частичной конденсацией паров