Ректификация

При простой перегонке не удается получить чистые компоненты. Если перегонку провести многократно, то этого можно достичь. Эта идея использована в ректификации. В пищевой промышленности ректификацию широко применяют, например, для получения этилового спирта.

Ректификация – это процесс разделения жидких однородных смесей, состоящих из компонентов различной летучести на практически чистые компоненты или фракции путем противоточного взаимодействия паров и жидкости.

При многократном противоточном взаимодействии паров и жидкости ЛЛК переходит из жидкой фазы в паровую, поэтому пары все время обогащаются ЛЛК. ТЛК переходит, конденсируясь, из паровой фазы в жидкую. Сколько кмоль ЛЛК перейдет в пары, столько же кмоль ТЛК перейдет в жидкость, это эквимолярный перенос. Он обусловлен тем, что удельные мольные теплоты парообразования различных органических веществ (компонентов) практически одинаковы. Следовательно, по высоте колонны мольные потоки не меняются, а массовые меняются.

Процесс ректификации проводят в ректификационных колоннах. Ректификационная колонна (рисунок 5.14) представляет собой высокий вертикальный цилиндрический аппарат, снабженный контактными устройствами – тарелками или насадками. Рассмотрим устройство колпачковой тарелки.

Рисунок 5.14 – Колпачковая ректификационная колонна:

1 – корпус колонны; 2 – переливной стакан (сегментный); 3 – приемный карман (гидрозатвор); 4 – переливной порог; 5 – тарелка; 6 – колпачок;

6.1 – колпачок; 6.2 – патрубок; 6.3 – узел крепления колпачка (резьбовая стойка с гайками).

Из переливного стакана 2 жидкость с расходом выливается на тарелку 5 с верхней тарелки. Гидрозатвор 3 исключает попадание паров в переливной стакан. Переливной порог 4 поддерживает на тарелке определенный уровень жидкости. Пары расходом движутся снизу вверх и проходят в патрубках 6.2 под колпачки 6.1. При этом пары диспергируются зубчиками колпачка на пузырьки и барботируют через слой жидкости, образуя на тарелке слой пены и брызг (барботажный слой). В нем развивается большая межфазная поверхность между парами и жидкостью и происходит интенсивный массообмен между ними: ЛЛК переносится из жидкости в пары, а ТЛК – обратно. При этом пары насыщаются ЛЛК, а жидкость – ТЛК.

Рассмотрим технологическую схему процесса непрерывной ректификации (рисунок 5.15).

Рисунок 5.15 – Технологическая схема процесса непрерывной ректификации:

Т ­– теплообменник-нагреватель; 1 – укрепляющая часть колонны; 2 – исчерпывающая часть; 3 – кипятильник; 4 – конденсатор-холодильник; 5 – рефлюксная емкость; 6 – центробежный насос; 7 ­– вентили.

Исходная смесь нагревается в теплообменнике до температуры кипения и подается в среднюю часть ректификационной колонны на питательную тарелку, расположенную в средней части колонны. Ниже питательной тарелки находится исчерпывающая часть ректификационной колонны 2, выше – укрепляющая часть 1. Жидкость стекает вниз от тарелки к тарелке, взаимодействует с поднимающимися снизу парами, из нее исчерпывается ЛЛК, а она обогащается ТЛК.

Снизу колонны жидкость поступает в кипятильник 3, где она частично испаряется, а образующиеся пары направляются вниз колонны. Пары, выходя из исчерпывающей части, попадают в укрепляющую часть, где они, взаимодействуя со стекающей флегмой, дополнительно обогащаются ЛЛК (укрепляются). Насыщенные ЛЛК пары отводятся в конденсатор-холодильник 4, где пары конденсируются и жидкость попадает в рефлюксную емкость 5, которая необходима для постоянной заливки центробежного насоса 6. Насосом 6 часть жидкости в виде флегмы расходом возвращается в верхнюю часть колонны на орошение, а другая часть выводится из колонны в виде верхнего продукта – дистиллята. Вентили 7 служат для регулировки расходов флегмы и дистиллята.

Флегмовым числом называется отношение расхода флегмы к расходу дистиллята:

. (5.26)

Так как тарелок много, можно получить практически чистый ЛЛК в дистилляте, а ТЛК – в кубовом остатке. ; .