Ректификационные колонны

Ректификация по своей сущности является многоступенчатым процессом перегонки. Перегонка – это процесс разделения жидкостей различных по температуре кипения. Перегонкой можно разделить две или более жидкостей. Классическим примером процесса перегонки является разделение этилового спирта и воды. При нагреве смеси спирта и воды до температуры кипения спирта, которая составляет 78ºС, начинается кипение и испарение спирта. Вода тоже частично испаряется при данной температуре, но её испарение меньше, чем испарение спирта. Можно определить коэффициент разделения воды и спирта при испарении. Если после этого сконденсировать смесь спирта и воды, в ней концентрация спирта будет больше, чем в исходной смеси до перегонки. Если повторить процесс перегонки, то получим ещё большую концентрацию спирта. Перегонками можно достичь концентрации спирта 96%. Ректификационные колонны – это аппараты для многократного проведения процесса перегонки.

В состав ректификационной установки входят: кубовая часть колонны с нагревателем исходной смеси, сборник кубового остатка, дистилляционная колонна, дефлегматор, сборник дистиллята. В кубовой, нижней части колонну осуществляется подогрев исходной смеси до температуры кипения легколетучего компонента. Данным подогрев может осуществляться паром, дымовыми газами, водой, другим теплоносителем, – в зависимости от температуры, до которой необходимо нагреть исходную смесь. Из подогретой смеси испаряется преимущественно лекголетучий компонент. Конденсация испарившейся смеси происходит на следующей тарелке колонны. Непоредственно массообмен происходит на границе раздела фаз: жидкость – газ. Со следующей тарелки происходит следующий процесс испарения на более высокую тарелку. Тарелки ректификационной колонны могут быть ситчатые или колпачковые – в них для прохода газа соответственно используются отверстия в ситах тарелок, или колпачки. Кроме тарельчатых колонн применяются насадочные колонны, заполенные насадкой, на которой на границе раздела фаз происходит массообмен. Так же применяются плёночные и трубчатые колонны. Различие – во внутреннем устройстве колонны, где именно находится граница раздела фаз. По всей высоте колонны происходит массообмен, в результате которого легкокипящий компонент собирается в верхней части колонны, а высококипящая фракция в виде флегмы стекает вниз и концентрируется в нижней, кубовой части колонны. В верхней части колонны находится дефлегматор – теплообменник, охлаждающий пары легкокипящего компонента. Легкокипящий компонент конденсируется и частично отводится в сборник дистиллята. Низкокипящий компонент отводится из нижней, кубовой части в сборник кубового остатка.

Ректификационная колонна может работать непрерывно с подачей определённого количества исходной смеси в среднюю часть колонны, отводом части дистиллята и кубового остатка. При ведении технологического процесса ректификации основными параметрами технологического режима являются температура в кубе колонны и в дефлегматоре. Температура в кубе поддерживаются расходом теплоносителя в куб колонны и его температурой, а температура в дефлегматоре – расходом оборотной охлаждающей воды в дефлегматор и её температурой. А так же важными параметрами являются расходы исходной смеси, кубового остатка и дистиллята.