Типы ректификационных колонн
Ректификационная колонна — это аппарат, предназначенный для разделения многокомпонентных жидкостей на фракции, отличающиеся температурой кипения и удельным весом. Процесс происходит при многократном испарении и конденсации вещества и длится до достижения требуемого состава веществ на выходе. Ректификационные колонны используются в химической, пищевой, нефтегазовой промышленности, фармацевтике и исследовательских лабораториях.
Классификация ректификационных колонн
Основные различия в том, какие ректификационные колонны бывают, основываются на их конструкции и условиях протекания реакции. Так, два типа колонн выделяются на основе количества фракций, на которое делится исходный продукт:
- простые — исходное вещество разделяется на две фракции;
- сложные — исходное вещество разделяется на три и более фракции.
Сложные модели состоят из нескольких секций, в каждой из которых вещество делится на два компонента: дистиллят и кубовый остаток. После разделения в первой секции дистиллят (высоколетучая фракция с более низкой температурой кипения) выводится во вторую секцию для дальнейшего разделения, затем в третью и т.д.
Ещё один способ классификации — условия, в которых протекает реакция. На основе этого признака выделяются следующие категории колонн:
- атмосферные — модели, давление внутри которых равно или незначительно превышает атмосферное;
- вакуумные — устройства, в которых создаётся разрежение вплоть до глубокого вакуума, что позволяет снизить температуру кипения обрабатываемого продукта, а также предотвратить его разложение;
- повышенного давления — установки, реакция в которых протекает при давлении выше атмосферного, что позволяет стабилизировать обрабатываемое вещество (в частности, используются при обработке газовых бензинов).
Оптимальные условия ректификации зависят от свойств исходного продукта и требований к чистоте продукта на выходе. Кроме того, ректификация при давлении ниже атмосферного позволяет снизить потери энергии на нагревание продукта и повысить эффективность установки.
По принципу действия выделяются следующие типы ректификационных колонн:
- периодические — весь объём обрабатываемого вещества загружается в установку единовременно, ректификация идёт до достижения требуемого состава, после чего работа колонны останавливается до загрузки следующей порции вещества;
- непрерывные — введение исходного вещества в систему и выведение готового продукта происходит постоянно и постепенно.
Колонны второго вида наиболее часто применяются в промышленности, так как позволяют достичь наибольшей производительности и снизить энергопотери, а также автоматизировать процесс. Периодические колонны, в свою очередь, преимущественно используются на небольших предприятиях и в сложных системах для разделения исходного продукта на большое число компонентов.
Насадочные и тарельчатые ректификационные колонны
Основное разделение выполняется по виду контактных устройств: выделяются насадочные и тарельчатые ректификационные колонны.
- Насадочные — модели, в которых для контакта разнонаправленных потоков вещества и организации тепломассообмена между ними используются твёрдые тела, установленные по всей высоте установки на определённом расстоянии друг от друга. Форма насадок может быть различной; чаще всего используются насадки в виде колец, цилиндров, сёдел.
- Тарельчатые — тепло- и массообмен происходит на поверхности горизонтальных перегородок (тарелок), на которой благодаря вертикальным перегородкам сохраняется постоянный слой жидкости, перетекающей с одной тарелки на другую. Сквозь жидкость снизу вверх проходит пар. Для обеспечения прохода пара сквозь тарелку используются ситчатые либо решётчатые отверстия или так называемые колпачки.
Вид контактных устройств определяет производительность, КПД, нагрузочные возможности и лёгкость технического обслуживания установки. Кроме того, от этого параметра зависит вид и количество обрабатываемого продукта, а также возможность работать с веществами, которые склонны образовывать отложения на контактной поверхности.
