Сущность ректификации

     Для повышения к.п.д., в сетчатых тарелках (как и в колпачковых) создают более длительный контакт между жидкостью и паром. Существует сетчатая колонна с принудительным круговым движением жидкости на тарелках – одна из современных конструкций сетчатых тарелок, в которых длительный контакт достигается принудительным круговым движением жидкости на тарелке при одинаковом направлении ее движения на всех тарелках колонны. 

     1.4.3 Насадочные колонны.

     В таких колоннах обычно применяется  кольцевая насадка. Наиболее распространены кольца размером 25×25×3 мм. В укрепляющей  колонне количество жидкости меньше количества поднимающихся паров  на количество отводимого дистиллята, в исчерпывающей же колонне количество жидкости больше, чем в укрепляющей, на количество вводимой смеси.

     Неравномерное распределение жидкости по сечению  колонны может привести к недостаточно четкому разделению компонентов, особенно при большом диаметре колонны. Низкое гидравлическое сопротивление насадочных колонн существенно лишь при ректификации в вакууме.

     Насадочные  ректификационные колонны применяются  главным образом небольшого диаметра (примерно до 1 м), а также при ректификации в вакууме и для разделения химически агрессивных веществ. 

     1.4.4 Барботажные колонны.

     Применяются с колпачковыми, ситчатыми и провальными тарелками. Значительное сопротивление барботажных колонн при ректификации обычно не существенно (кроме процесса ректификации в вакууме), так как вызывает лишь некоторое повышение давления и, следовательно, температуры кипения в нижней части колонны и не связано с дополнительным расходом энергии.

     Барботажные колонны являются наиболее распространенными ректификационными аппаратами благодаря возможности разделения в них компонентов с любой степенью четкости. Чаще всего применяются колонны с колпачковыми тарелками. Колонны с ситчатыми и провальными тарелками применяются при разделении незагрязненных жидкостей в установках, работающих с постоянной нагрузкой. 

     1.4.5 Центробежные ректификаторы.

     Для интенсификации массообмена и повышения эффективности разделения, были предложены аппараты, работающие на принципе использования центробежной силы (колонны с вращающейся трубой, горизонтальные аппараты с вращающимся спиралевидным ротором).

     Центробежный  пленочный ректификационный аппарат  состоит из неподвижного кожуха, в  котором вращается с большой  скоростью ротор, состоящий из спиральной металлической ленты, ограниченной изнутри и снаружи сетчатыми  цилиндрами. Начальная смесь движется по стенкам спирали в виде тонкой пленки от центра к периферии. Пар  движется с большой скоростью  противотоком к жидкости, и взаимодействие фаз происходит на поверхности плёнки. Интенсивность массообмена определяется сопротивление жидкой и паровой пленок. Поэтому эффективность пленочной ректификации возрастает и турбулизацией потоков пара и жидкости.

     Несмотря  на сложность устройства, центробежные ректификационные аппараты могут быть успешно применены при разделении смесей, требующем очень большого числа тарелок. 

     1.4.6 Кубы и дефлегматоры

     (Теплообменные  устройства ректификационных  колонн).

     Куб периодически действующей колонны  обычно выполняют в виде горизонтального  котла с змеевиком для обогрева. Ёмкость куба должна быть рассчитана на количество всей смеси, перегоняемой за одну операцию.

     В колоннах непрерывного действия куб  служит лишь для испарения части  стекающей вниз жидкости и является, таким образом, кипятильником. По устройству такие кипятильники сходны с кипятильниками выпарных аппаратов. При небольших  поверхностях теплообмена применяют  теплообменники с обогревом при  помощи змеевика или в виде горизонтальной трубчатки, пронизывающей всю нижнюю часть колонны, причем греющий пар  пропускается по трубам (рис. 12, а).

     При больших поверхностях теплообмена  применяют выносные кубы с естественной циркуляцией теплоносителя (рис. 12,б), аналогичные по устройству выпарным аппаратам с выносным кипятильником. 

                         а                                                                   б

     Рис. 12. Устройство кипятильников ректификационных колонн:

     а – горизонтальная трубчатка; б –  выносной кипятильник.

     Дефлегматоры  выполняют обычно в виде вертикальных или горизонтальных кожухотрубных теплообменников. Чаще всего вода проходит по трубам, пары движутся в пространстве. Иногда пары пропускают по трубам, а воду – в межтрубном пространстве; в этом случае очистка труб от накипи затруднительна.

     1.5 Эксплуатация ректификационных  установок.

     В работающей ректификационной колонне  число тарелок или высота насадки  – постоянные величины. Основными  условиями достижения требуемой  степени разделения компонентов  при ректификации являются: подвод соответствующего количества тепла  в куб колонны и подача ее на орошение необходимого количества флегмы. Оба эти условия неразрывно связаны  друг с другом. Изменяя подвод тепла  в кубе и подачу флегмы, можно  регулировать работу колонны.

     Обычно  степень разделения компонентов  контролируется по температурам в нижней и верхней частях колонны. Температуры внизу колонны должна соответствовать температуре кипения остатка, температура наверху колонны – температуре кипения дистиллята. Наряду с этим применяют и другие методы контроля (определение плотности, определение показателя преломления, химический анализ и др.)

     Если, например, содержание ВК в дистилляте велико (температура наверху колонны  выше нормы), необходимо увеличить подачу флегмы в колонну. При этом, однако, прежнего количества подводимого тепла  в кубе будет недостаточно и избыток  флегмы не испарится в кубе, а  перейдет в остаток, в котором, таким  образом, повысится содержание НК. Поэтому  одновременно с увеличением подачи флегмы надо увеличить подвод тепла, чтобы температура внизу колонны  не стала ниже нормы.

     Подачу  флегмы регулируют изменением отбора дистиллята: при частичной конденсации  путем регулирования количества подаваемой в дефлегматор воды, при  полной конденсации при помощи вентиля  на линии отбора дистиллята. Подвод тепла в кубе регулируется изменением подачи греющего пара.

     Регулирование процесса ректификации производится также  путём изменения количества и  состава подаваемой смеси. При изменении  количества смеси меняется производительность установки и соответственно должно быть отрегулированы подвод тепла в  кубе и подача флегмы. Существенное влияние оказывает изменение  состава смеси. Если, например, содержание НК в смеси уменьшилось, то уменьшится и его содержание в дистилляте; следовательно, температура вверху колонны повысится. Для сохранения требуемого состава дистиллята надо уменьшить его отбор.

     Отбор остатка регулируется обычно так, чтобы  уровень жидкости в кубе был постоянным. Если, вследствие увеличения подачи смеси  или увеличения содержания в ней  ВК, уровень жидкости в кубу повышается, следует увеличить отбор остатка.

     В колоннах непрерывного действия наиболее целесообразно применять автоматическое регулирование, например, по следующей  схеме:

     1) отбор дистиллята управляется  регулятором температуры верхней  части колонны;

     2) подача пара управляется регулятором  температуры нижней части колонны;

     3) отбор остатка управляется регулятором  уровня жидкости в кубе.

     При периодической ректификации регулирование  процесса производят путем увеличения флегмового числа с таким расчетом, чтобы состав дистиллята не изменялся. При этом по мере протекания процесса понижается скорость перегонки, т.е. уменьшается количество отбираемого дистиллята. Количество тепла, подводимого в единицу времени, и количество образующихся паров остаются почти неизменными.