ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. Ректификация – тепло-массообменный процесс, применяемый для разделения жидких смесей на технически чистые продукты.
Ректификация – тепло-массообменный процесс, применяемый для разделения жидких смесей на технически чистые продукты. Процесс разделения основан на различной летучести составляющих смесь компонентов. Для бинарной смеси одна из составляющих имеет большую летучесть и меньшую температуру кипения и называется низкокипящий компонент (НК); другая составляющая кипит при более высокой температуре и менее летуча — высококипящий компонент (ВК). При кипении такой смеси в пар переходит в большей мере НК. Если этот пар конденсируется, то получают жидкость, обогащенную НК, а в оставшейся смеси будет преобладать ВК. При помощи однократного кипячения и конденсации образующихся паров (процесс простой перегонки) не удается достигнуть полного разделения компонентов. Поэтому применяют процесс многократного парообразования и конденсации, называемый ректификацией. Ректификацию осуществляют в аппаратах колонного типа. Через ректификационную колонну противотоком движутся пар и жидкость, вступая во взаимодействие на контактных устройствах внутри колонны. По типу контактных элементов различают колонны тарельчатые и насадочные, причем при небольших производительностях используют колонны, заполненные насадкой – телами с развитой поверхностью: различные кольца, спирали, сетки и т.п. Для создания парового потока колонна оборудуется кубом-кипятильником. Жидкостной поток образуется за счет того, что пары из верхней части колонны поступают в поверхностный теплообменник. В теплообменнике могут быть сконденсированы либо все пары, либо только часть, возвращаемая в колонну для массообмена с паром и для поддержания концентрации НК, обеспечивающей равновесный состав уходящих паров. Эта жидкость называется флегмой, а теплообменник – дефлегматором. При полной конденсации паров часть конденсата, остающаяся после отделения флегмы, представляет собой верхний продукт – ректификат (дистиллят), который после охлаждения в холодильнике направляют в сборник готовой продукции. При неполной конденсации паров в дефлегматоре оставшиеся пары конденсируются и охлаждаются в другом теплообменнике – конденсаторе-холодильнике. Отношение количества флегмы к количеству отбираемого дистиллята носит название флегмового числа. При контакте пара и жидкости в колонне пар конденсируется, и за счет выделенной теплоты образуется новый пар, обогащенный НК. Однократный контакт пара и жидкости теоретически завершается достижением фазового равновесия. Элемент аппарата, обеспечивающий контакт пара и жидкости, в результате которого покидающие контактное устройство обе фазы будут равновесны, называется теоретической тарелкой. Для определения числа теоретических тарелок совмещают на графике в координатах х (состав жидкости по НК) и у (состав паровой фазы также по НК) кривую фазового равновесия и рабочую линию колонны, выражающую зависимость между составом жидкости и пара для любого сечения колонны. Пользуясь уравнением рабочей линии и кривой равновесия, можно последовательно рассчитать содержание НК в паре и жидкости на каждой теоретической тарелке, если задана концентрация дистиллята хд. Очевидно, что количество теоретических тарелок будет влиять на качество разделения жидкой смеси (и, следовательно, концентрацию ректификата). Жидкость, отводимую из куба-кипятильника, обедненную НК, называют кубовым остатком. В установках непрерывного действия исходная смесь подводится, а дистиллят и кубовый остаток отводятся непрерывно. В установках периодического действия разделяемую смесь заливают в куб-кипятильник в начале процесса.
|
