Тема 2.2 Дистилляционные и ректификационные установки
Во многих производствах химической, нефтяной ,пищевой и смежных с ними областях промышленности в результате технологических процессов получаются смеси жидкостей и газов. Такие смеси называются бинарными.
Бинарные смеси можно разделить на три класса: смеси с практически взаимно нерастворимыми компонентами, растворимыми один в другом полностью, и смеси с частично растворимыми компонентами.
Ректификация и дистилляция, называемые часто перегонкой, представляют собой термический процесс разделения жидких смесей на их составные части..
Дистилляцией называют перегонку смеси с полной конденсацией полученных паров. Дистилляция может производиться в установках непрерывного и периодического действия. На рис. 5-5 показана промышленная установка для простой дистилляции.
Простая однократная дистилляция в промышленных условиях применяется в тех случаях, когда не требуется полного разделения смеси на компоненты или когда точки кипения отдельных компонентов далеки друг от друга настолько, что содержание легко кипящего компонента в парах очень велико по сравнению с содержанием его в жидкости. Простая дистилляция применяется также для отделения от жидкой смеси нелетучих примесей, для предварительного глубокого разделения сложных жидких смесей, например нефти или каменоугольной смолы.
Ректификационные установки
Для достижения наиболее полного разделения компонентов применяют более сложный вид перегонки – ректификацию. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров. Процесс ректификации осуществляется в установках, где происходит нагрев, испарение смеси, а затем многократный тепло – и массобмен между жидкой и паровой фазами, легкокипящий компонент переходит из жидкой фазы в паровую, а высококипящий компонент – из паровой фазы в жидкую.
Ректификационные установки бывают периодического и непрерывного действия. Установка состоит из ректификационной колонны, дефлегматора, холодильника-конденсатора, подогревателя исходной смеси и сборников дистиллята и кубового остатка.
При периодической ректификации (рис.5-8, а) смесь загружается в куб 1 и нагревается паром, проходящем по змеевику 6. Образующиеся пары поступают в колонну 2, из которой по трубе направляются в дефлегматор 3, где частично конденсируются. Часть конденсата (флегма) стекает обратно в колонну, другая часть (дистиллят) поступает в конденсатор 5 и из него отводится в приемник дистиллята
( 7, 8). В начале процесса в колонну поступают из куба пары, богатые низкокипящим компонентом. В этот период требуется сравнительно небольшое количество флегмы, чтобы выделить из паров содержащийся в них высококипящий компонент. В ходе процесса выходящие из куба пары будут все более обогащаться высококипящим компонентом, и для выделения его из паров количество флегмы должно быть увеличено.
При непрерывной ректификации (рис. 5-8, б) устройство и принцип работы такие же, как и в установках периодического действия, с той лишь разницей что в этой установке из дефлегматора в ректификационную колонну возвращается постоянное количество флегмы и непрерывно отбирается постоянное количество готового продукта с определенным процентным содержанием летучего компонента. в установках для непрерывной ректификации смесь из расходной ёмкости 14 через теплообменники 12 и 13 подается в среднюю часть колонны. В верхней части колонны, раположенной выше точки ввода смеси, происходит укрепление паров, т. е. Обогащение их легкокипящими компонентами. В нижней части колонны 10 происходит исчерпывание жидкости, т. е. Извлечение из нее легкокипящих компонентов и обогащение ее высококипящими. Из исчерпывающей части колонны 10 жидкость стекает в кипятильник (перегонный куб) 1, обогреваемый паром. Образующиеся в кипятильнике пары поднимаются вверх, остаток непрерывно отводится из куба в приемный бак 11. Пары, выходящие из укрепляющей части колонны 9, поступают в дефлегматор 3, откуда флегма, пройдя сепаратор 4, возвращается в колонну, а пар направляется в конденсатор 5.
При непрерывной ректификации в ходе процесса условия работы установки не изменяются, это позволяет установить точный режим и автоматизировать процесс. Простои между операциями отсутствуют, расход тепла меньше, чем в установке периодического действия, возможно использование тепла остатка на подогрев исходной смеси в теплообменнике 12.