Схема ректификационной колонны
Ректификация — это один из видов перегонки, позволяющий разделить жидкость на две фракции на основе разницы их удельного веса и температуры кипения. Процесс происходит при тепло- и массообмене между потоками пара и жидкости, образующимися при нагревании вещества в ректификационной колонне. Пар и жидкость (флегма) насыщаются низкокипящими и высококипящими элементами соответственно, что приводит к получению на выходе двух фракций с минимальным количеством примесей.
Технологическая схема ректификационной колонны
Схема ректификационной колонны рассмотрена на примере модели с тарелками в качестве контактных элементов, т.к. именно такое оборудование преимущественно используется в нефтяной и химической промышленности.
Прежде всего вещество подаётся в подогреватель, где нагревается до температуры начала кипения. Следующая зона — тарелка питания, расположенная в центральной части оборудования. Здесь смесь разделяется на два потока: пар, идущий вверх, и жидкость (флегма), текущая вниз.
В нижней части конструкции расположен ещё один нагревательный элемент, который взаимодействует с флегмой и частично испаряет её, образуя восходящий поток пара. Остаток (кубовое вещество) выводится насосом, охлаждается в теплообменнике и переходит в ёмкость для кубовой жидкости.
В верхней части конструкции находится дефлегматор, где пар частично конденсируется, образуя текущий вниз поток флегмы. Оставшаяся часть пара выводится из системы в холодильник, где она охлаждается и превращается в дистиллят, после чего выводится в ёмкость.
Тепло- и массообмен между жидкостью и паром происходит на контактных элементах, расположенных по всей высоте колонны. Тарелки представляют собой платформы с перегородками, поддерживающими наличие постоянного слоя жидкости; жидкость течёт по трубкам с одной тарелки на другую, а пар проходит сквозь тарелки снизу вверх, контактируя с жидкостью по максимальной площади.
Принципиальная схема ректификационной установки.
Т-1 – подогреватель сырья; К-1 – ректификационная колонна; Т-2 – конденсатор (дефлегматор); Т-3 – холодильник дистиллята; Т-4 – вертикальный термосифонный кипятильник; Т-5 – холодильник кубового остатка.
Схема периодической ректификации
Во время работы ректификационной колонны периодического действия весь объём обрабатываемой смеси помещается в подогреватель единовременно. Там состав частично испаряется, образуя два разнонаправленных потока; при их взаимодействии пар насыщается (укрепляется) легколетучими компонентами.
Пар частично конденсируется в дефлегматоре, а жидкость частично испаряется в кипятильнике внизу колонны, что обеспечивает постоянное движение потоков и их взаимодействие на тарелках.
В отличие от непрерывной ректификации, периодический процесс происходит в нестационарном режиме, так как постоянного добавления исходного вещества не происходит. Это значит, что концентрация низкокипящих летучих компонентов в системе непрерывно сокращается, а расход флегмы постоянен. Весь объём исходного вещества подвергается переработке до того момента, пока не будет достигнут нужный состав продукта на выходе.
Схема непрерывной ректификации
При непрерывной ректификации процесс обработки аналогичен работе колонны периодического действия, но добавляется несколько элементов:
- исходная смесь из расходной ёмкости подаётся на тарелку питания непрерывно и постепенно, а не единовременно;
- постоянное количество готового продукта непрерывно выводится из дефлегматора и из нижней (исчерпывающей) части установки;
- в систему непрерывно возвращается постоянное количество жидкости из дефлегматора и пара из кипятильника.
В результате в системе образуются постоянные условия работы, которые не изменяются при выведении из системы готового дистиллята и кубового остатка. Это позволяет автоматизировать процесс, что даёт возможность использовать такую схему на крупных предприятиях. Кроме того, по сравнению с периодической установкой значительно повышается эффективность: между циклами обработки нет простоев и перерывов, снижаются энергопотери.
Типы ректификационных колонн
Помимо периодических и непрерывных ректификационных колонн выделяются следующие виды установок в зависимости от их устройства и типа контактных элементов:
При ректификации под вакуумом - пленочные и роторные колонны.
Вид и форма контактных элементов определяется исходным веществом, условиями протекания процессов и требованиями к чистоте вещества на выходе.
Подведём итоги:
- основными элементами в ректификационной колонне являются дефлегматор, нагревательный элемент и контактные элементы (тарелки/насадки);
- процесс ректификации может быть периодическим или непрерывным;
- для обеспечения контакта пара и жидкости используются тарелки с колпачками, ситчатыми отверстиями либо насадки.
