Ректификация

Процесс разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счет противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью, основан на том, что компоненты имеют разные значения нормальных температур кипения.

В основе ректификации – закон Коновалова.

Для достижения наиболее полного разделения компонентов применяют более сложный вид перегонки — ректификацию. Рек­тификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.

Ректификацией называют процесс многократного испарения и конденсации паров, проводимый в ректификационных колоннах с целью полного разделения входящих в жидкую смесь компонентов.

Пар, который выходит из ректификационной колонны поступает в дефлегматор (теплообменник, охлаждаемый водой), где частично конденсируется. Полученная жидкость возвращается в виде флегмы обратно в колонну для орошения. Несконденсированные пары поступают в конденсатор-холодильник, в котором сначала проводится их конденсация, а затем охлаждение получаемого дистиллята до заданной температуры.

Пар в ректификационной колонне непрерывно движется снизу вверх, а жидкость (флегма) стекает сверху вниз. Паровая и жидкая фазы взаимодействуют на контактных устройствах колонны (тарелках, насадке) следующим образом. Пары высококипящего компонента смеси частично конденсируются и тепло, выделяющееся при их конденсации, расходуется на испарение части легкокипящего компонента из стекающей вниз флегмы. Этот процесс в колонне повторяется многократно по мере того, как пары поднимаются вверх по колонне. В результате пар обогащается легколетучим компонентом, а в жидкости увеличивается содержание высококипящего компонента. Температура по высоте колонны уменьшается от нижней части к верхней. Пары, выходящие из верхней части колонны, обогащены легколетучим компонентом, а кубовая жидкость в нижней части колонны - высококипящим.

Основные параметры ректификационных установок: производительность, качество получаемого дистиллята, расход тепла, флегмовое число и высота колонны. Эти параметры связаны между собой. Увеличение числа взаимодействий (число тарелок) между поднимающимся паром и стекающей флегмой улучшает степень разделения, но увеличивает высоту колонны. Увеличение потока флегмы уменьшает производительность колонны по дистилляту, но одновременно улучшает условия массообмена на контактных устройствах, что, в конечном счете, улучшает состав дистиллята. В то же время увеличение флегмового числа (массы возвращенной в колонну жидкости) требует увеличения расхода тепла на ректификацию. Влияние этих параметров на конечный результат учитывают при проектировании и эксплуатации ректификационных установок.

Отношение массы флегмы, которая возвращается из дефлегматора в колонну, к массе полученного дистиллята называют флегмовым числом. Оно показывает, в каком соотношении поступающий в дефлегматор пар делится на флегму и дистиллят

(1)

где - масса соответственно флегмы и дистиллята, кг.

Рабочее флегмовое число, при котором работает ректификационная колонна, должно находиться в пределах . Исходным для выбора рабочего флегмового числа является , которое определяют по формуле

(2)

где - концентрация легколетучего компонента соответственно в дистилляте и исходной смеси;

- равновесная концентрация легколетучего компонента в паре над исходной смесью.

Отношение рабочего флегмового числа к минимальному называют коэффициентом избытка флегмы