Введення, теоретичні основи процесу ректифікації - ректифікаційна установка

ректифікація теплової флегмовое ізоляція

Ректифікація відома з початку ХХ століття як один з найважливіших технологічних процесів головним чином спиртової та нафтової промисловості. В даний час ректифікацію все ширше застосовують в самих різних областях хімічної технології, де виділення компонентів у чистому вигляді має дуже важливе значення (в виробництвах органічного синтезу, ізотопів, полімерів, напівпровідників і різних інших речовин високої чистоти). Таким чином, процес ректифікації дозволяє вирішити одну з головних завдань хімічної технології - виділення цільових продуктів необхідної чистоти.

Ректифікація - це процес поділу рідких сумішей, який зводиться до одночасно протікає і багаторазово повторюваним процесам часткового випаровування і конденсації суміші, на поверхні контакту фаз. Ректифікаційні колони призначені для проведення процесів масообміну в хімічній, нафтохімічній промисловості. Залежно від діаметра, колонні апарати виготовляють з тарілками різних типів [1].

Поряд із загальними вимогами (висока інтенсивність одиниці об'єму апарату, його вартість і т.д.) ряд вимог може визначатися специфікою виробництва: великим інтервалом стійкої роботи при зміні навантажень, здатність тарілки працювати в середовищі забруднених рідин, захисту від корозії і т.п. Найчастіше ці якості стають переважаючими, що визначають, придатність конструкції для використання в кожному конкретному процесі [2].

Розрахунок ректифікаційної колони зводиться до визначення основних геометричних розмірів діаметра і висоти. Обидва параметра значною мірою визначаються навантаженнями по пару і рідини, типом тарілки, властивостями взаємодіючих фаз.

Ректифікація - масообмінних процес поділу однорідної суміші летких компонентів, здійснюваний шляхом противоточного багаторазового взаємодії парів, що утворюються при перегонці з рідиною, що утворюється при конденсації цієї пари. Поділ рідкої суміші засноване на різній летючості речовин. При ректифікації вихідна суміш ділиться на дві частини: дистилят - суміш, збагачену низкокипящим компонентом (НК), і кубовий залишок - суміш, збагачену висококиплячих компонентах (ВК). Процес ректифікації здійснюється в ректифікаційної установки. Основним апаратом є колона ректифікації, в якій пари переганяється рідини піднімаються знизу, а назустріч парам стікає рідина, що подається у вигляді флегми в верхню частину апарату. Процес ректифікації може протікати при атмосферному тиску, а також при тисках вище і нижче атмосферного. Під вакуумом ректифікацію проводять, коли поділу підлягають висококиплячі рідкі суміші. Підвищений тиск застосовують для розділення сумішей, що знаходяться в газоподібному стані при більш низькому тиску. Атмосферний тиск застосовують при поділі суміші рідин на складові компоненти і чистота одержуваних дистиляту і кубового залишку залежать від того, наскільки розвинена поверхня контакту фаз, від кількості що подається на зрошення флегми і пристрої ректифікаційної колони.

Процес ректифікації застосовується для поділу рідин, що відрізняються по температурах кипіння, за рахунок противоточного багаторазового контактування парів і рідин. Для створення тісного контакту між парою і рідиною ректифікаційні колони забезпечуються спеціальними пристроями - насадкою або ректифікаційні тарілками.

Насадок колони застосовуються в малотоннажних виробництвах і використовуються в тих випадках, коли необхідний малий перепад тиску. Для заповнення насадок колон застосовуються кільця Рашига, виготовлені з різних матеріалів, кільця Паля, наемкі з елементів седлообразно профілю (сідла Інталлокс і Берля).

Тарілчасті колони широко поширені на НПЗ. Розрізняють тарілки за способом передачі рідини з тарілки на тарілку (провальні і зі спеціальними перетічними пристроями), за характером руху фаз на тарілці (барботажні і струменеві), по конструкції пристроїв для введення пари в рідину (контактні, ковпачкові, клапанні і ін.). У табл. 5.7 представлені відомості про основні типи тарілок, що застосовуються в хімічній і нафтопереробній промисловості.

Технологічний розрахунок ректифікаційної колони складається з наступних операцій: 1) складання матеріального балансу; 2) визначення тиску в колоні; 3) розрахунок температурного режиму (температури входу сировини, верхньої та нижньої частини колони, відбору бічних погонів в складних колонах); 4) визначення флегмового числа (кратності зрошення), тобто відношення кількості зрошення, що подається в верхню частину колони, до кількості дистиляту; 5) складання теплового балансу; 6) визначення внутрішніх матеріальних потоків; 7) розрахунок числа теоретичних тарілок; 8) визначення числа реальних (дійсних) тарілок.

Для безперервного протікання процесу ректифікації необхідно, що б надходить на поділ суміш стикалася із зустрічним потоком пара з більшою концентрацією труднолетучем (висококиплячих) компонента, ніж в суміші. Тому в установках для безперервної ректифікації (рис. 1) колони виконують з двох частин: нижньої (вичерпної) і верхньої (зміцнювальної). У вичерпної частини колони відбувається видалення легколетучего компонента з стікає вниз рідини, а у верхній - збагачення піднімаються вгору пари легколетучим компонентом.

Принципова схема ректифікаційної установки наведена на малюнку 1:

Малюнок 1. - Принципова схема ректифікаційної установки:

1 - ємність для вихідної суміші; 2,9 - насоси; 3 - теплообмінник-підігрівач; 4 - кип'ятильник; 5 - ректифікаційна колона; 6 - дефлегматор; 7 - холодильник дистиляту; 8 - ємність для збору дистиляту; 10 - холодильник кубової рідини; 11 - ємність для кубової рідини.

Вихідну суміш з проміжної ємності 1 відцентровим насосом 2 подають в теплообмінник 3. де вона підігрівається до температури кипіння. Нагріта суміш надходить на поділ в колону ректифікації 5, де склад рідини дорівнює складу вихідної суміші.

Стікаючи вниз по колоні, рідина взаємодіє з піднімається вгору парою, що утворюється при кипінні кубової рідини в кип'ятильник 4. Початковий склад пара приблизно дорівнює складу кубового залишку хW, тобто обеделен легколетучим компонентом. В результаті масообміну з рідиною пар збагачується легколетучим компонентом. Для більш повного збагачення верхню частину колони зрошують відповідно до заданого флегмового числом рідиною (флегмою), яку за дефлегматоре 6 шляхом конденсації пара, що виходить з колони. Частина конденсату виводиться з дефлегматора у вигляді готового продукту поділу - дистиляту, який охолоджується в теплообміннику 7 і направляється в проміжну ємність 8. З кубової частини колони насосом 9 безперервно виводиться кубова рідина - продукт, збагачений труднолетучим компонентом, який охолоджується в теплообміннику 10 і прямує в ємність 11.

Ректифікація відома з початку 19 століття як один з найважливіших технологічних процесів головним чином спиртової та нафтової промисловості. В даний час ректифікацію все ширше застосовують в самих різних областях хімічної технології, де виділення компонентів у чистому вигляді має дуже важливе значення (в виробництвах органічного синтезу, ізотопів, полімерів, напівпровідників і різних інших речовин високої чистоти).