Ректификация. Сущность процесса ректификации

Сущность процесса ректификации заключается в том, что в нем объединены оба процесса - частичное испарение (перегонка) жидкости и частичная конденсация паров. Обе эти операции осуществляются одновременно и многократно в ректификационной колонне (см. схему).
а) теплообменник;
б) ректификационная колонна;
в) выносной кипятильник;
г) флегмовая емкость;
д) конденсатор (дефлегматор);
е) насос.
Для процесса ректификации применяют в основном тарельчатые колонны. В них установлены горизонтальные тарелки с устройствами, обеспечивающими хороший контакт между жидкостью и паром (колпачковые, ситчатые, барботажные тарелки). Диаметр колонн бывает от 300-400 мм до 12 м и более. Высота колонн определяется количеством тарелок (от 10-30 до 100) и высота 30-70 м.

Подлежащая разделению смесь непрерывно подается в ректификационную колонну-б через ввод (называющиеся питательными тарелками), расположенный несколько выше середины корпуса колонны. Питательные тарелки делят колонну на две части: 1 - верхняя - укрепляющая; 2 - нижняя - исчерпывающая или куб колонны.
Куб колонны обычно снабжен выносным кипятильником-В, в межтрубное пространство которого подается пар.
Введенная смесь углеводородов опускается по контактным устройствам в нижнюю часть колонны, называющуюся кубом. Навстречу потоку жидкости, поднимается пар, образующийся в результате кипения жидкости в кубе колонны (выносном кипятильнике).
Вопрос: "Что горячее - пар или жидкость?"
- Пар горячее. Поэтому на каждой тарелке ректификационной колонны при соприкосновении пара с жидкостью между ними происходит теплообмен. Более горячий пар отдает часть тепла жидкости, вследствие чего, жидкость частично испаряется, а пар частично конденсируется.
Вопрос: "Как изменяется состав жидкости при частичном испарении и состав пара при частичной конденсации?»

Вывод: При соприкосновении паров с жидкостью на тарелках ректификационной колонны, жидкость обогащается ВКК, а пары - НКК. При переходе паров на вышерасположенную тарелку, те же процессы повторяются, с той лишь разницей, что температура флегмы будет ниже и, следовательно, условия для конденсации ВКК из паров более благоприятные.
При достаточно большом числе тарелок пары, поднимающиеся с верхней тарелки, будут содержать почти чистый НКК. Эти пары поступают в конденсатор (дефлегматор), откуда часть образовавшегося конденсата - флегма подается на верхнюю тарелку для орошения колонны, а другая часть отводится как готовый продукт - дистиллят.
Флегма, стекающая с нижней тарелки колонны в перегонный куб, будет содержать преимущественно ВКК.
Количественное отношение флегмы к дистилляту, поступающему в сборник-г после его охлаждения в конденсаторе-Д) (дефлегматоре) называется флегмовым числом.

РЕЖИМ РАБОТЫ КОЛОННЫ
Тверха - Ткип. вещества, уходящего сверху колонны
Ткуба - Ткип. вещества, уходящего из куба колонны
Пример: Смесь: А - 40° С режим Тверха = 40° С
В - 60° С Ткуба =60° С
Если сверху и с низа колонны отбирается смесь углеводородов, то температура кипения находится по правилу аддитивности, т.е. учитывается процентное содержание вещества.
А-40°С Тверха = 0,3 * 40 + 0,7 * 60°С А-30%; В-70%;В-60°С Тниза = 0,15 * 120°С+ 0,85 * 150° С С-15%; Д-85%;
С-120°С
Д-150°С
Если в колонне разделяются жидкости, то она работает под атмосферным давлением. Давление в кубе всегда на 0,5 кГс/ больше, чем наверху. Если в колонне разделяют газы, то их сначала сжимают до состояния жидкости, и это давление поддерживают в колонне.

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
Обозначим:
F - количество поступающей на ректификацию смеси (кмоль/сек),
Р - количество полученного дистиллята (кмоль/сек);
W -количество остатка (кмоль/сек);
- состав смеси;
- состав дистиллята;
- состав остатка.
Тогда уравнение материального баланса для всего количества смеси примет вид:
F = Р + W;
и уравнение материального баланса для НКК:
F * XF = Р * XP + W * XW
Пример: На ректификацию поступает смесь метанол-вода в количестве = 5000 кг/час, содержащая метанола А! 40 вес%. Содержание метанола в дистилляте А=98,5 вес%, в кубовом остатке А=1,5 вес%.
Определить количество дистиллята и остатка.
Решение: по уравнениям материального баланса, составленного для весовых количеств, имеем:
5000 = Р + W;
5000 * 0,4 = Р 0,985 + W 0,015;
Совместным решением этих уравнений находим:
Р=1985 кг/ч=0,552 кг/сек, W=3015 кг/ч=0,838 кг/сек.