Перегонка и ректификация
l Перегонка – процесс, включающий частичное испарение разделяемой смеси с последующей конденсацией образующихся паров, осуществляемые однократно или многократно. В результате конденсации получают жидкости, состав которых отличается от состава исходной смеси.
l Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре, поэтому переход компонентов в парообразное состояние осуществляется в количествах, пропорциональных их фугитивности.
l В простейшем случае смеси являются бинарными. Получаемый при их перегонке пар содержит относительно большое количество наиболее летучего (низкокипящего) компонента (НКК), а неиспарившаяся жидкость обогащается труднолетучим (высококипящим) компонентом (ВКК).
l Жидкость, образующаяся в результате конденсации паров, называется дистиллятом (ректификатом). А неиспарившаяся жидкая часть исходной смеси называется остатком.
l Различают два вида перегонки – простая перегонка (дистилляция) и ректификация.
l Простая перегонка – процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. Простая перегонка используется только для разделения смесей, летучести компонентов которой существенно различаются. Метод используется для предварительного (грубого) разделения смесей и для очистки сложных смесей от нежелательных компонентов. Для более четкого разделения используют ректификацию.
l Ректификация – процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс протекает путем контакта потоков жидкости и пара, имеющих различную температуру и осуществляется в аппаратах колонного типа. В результате такого контакта пары, покидающие аппарат, представляют собой практически чистый НКК, а остаток представляет собой практически чистый ВКК.
l А) Перегонку проводят путем постепенного испарения жидкости, находящейся в перегонном кубе. Образующиеся при этом пары отводятся и конденсируются. Процесс может осуществляться периодически или непрерывно.
l При периодическом процессе с течением времени уменьшается количество остатка в кубе и меняется состав дистиллята и остатка. В этой связи отбирают несколько фракций дистиллята, имеющие различный состав. Простая перегонка при этом называется фракционной или дробной.
l Простую перегонку проводят при атмосферном давлении или под вакуумом. Вакуум позволяет снизить температуру кипения и используется для разделения термически нестойких смесей.
l Б) Перегонка с водяным паром.
l Используется также для понижения температуры кипения смеси. Если компоненты смеси не растворимы в воде, то ее используют в качестве дополнительного компонента, вводимого в куб аппарата в виде острого пара. Метод используют для разделения смеси веществ с температурами кипения более 100 град.
l Аппарат в этом случае обогревается глухим паром через рубашку, а в нижнюю часть подают острый перегретый пар; он играет роль теплоносителя с одной стороны и способствует снижению температуры кипения – с другой. Образующиеся пары охлаждаются и конденсируются и направляются в сепаратор для разделения воды и дистиллятного продукта; дистиллят затем поступает в сборник продукта.
l Ректификация позволяет достичь высокой степени разделения смесей на составляющие их компоненты.
l Процесс осуществляется путем многократного контакта между неравновесными жидкой и паровой фазами, движущимися противотоком. При взаимодействии происходит массообмен, обусловленный стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты смеси перераспределяются между фазами так, что пар обогащается НКК, а жидкость – ВКК. Многократное контактирование в итоге приводит в итоге к практически полному разделению смеси.
l Процесс осуществляют периодически или непрерывно (наиболее часто в нефтепереработке) при атмосферном или повышенном давлении, а также под вакуумом. Повышенное давление используют для разделения смесей компонентов с низкими температурами кипения, а вакуум – для разделения смесей высококипящих веществ, чтобы избежать их разложения при высоких температурах.
l Процесс ректификации осуществляют в аппаратах, называемых ректификационными колоннами.
l Ректификационные колонны – это аппараты большой высоты при сравнительно небольшом диаметре, внутри которых находятся контактные массообменные устройства, обеспечивающие контактирование паровой и жидкой фаз.
l Помимо колонн в состав ректификационных установок входит теплообменное оборудование (теплообменники, конденсаторы, холодильники, испарители), емкости и насосы.
l Колонны классифицируют по различным признакам - по давлению, по технологическому назначению, по типу внутренних контактных устройств и др.
l 1. По давлению – колонны атмосферные, вакуумные и работающие под давлением
l 2. По технологическому назначению – колонны атмосферной и атмосферно-вакуумной перегонки нефти и мазута, колонны установок вторичной перегонки, колонны установок каталитического крекинга и т.д.
l 3. По типу внутренних устройств – тарельчатые и насадочные колонны
l Тарельчатые – с контактными устройствами в виде тарелок различной конструкции, установленных по высоте колонны
l Насадочные – в качестве контактных устройств используются различные насадки, уложенные слоями в колонне
l В колонне различают следующие части:
l Зона ввода сырья – секция питания или эвапорационное пространство (средняя часть колонны)
l Концентрационная (укрепляющая) часть – зона выше ввода сырья (верхняя часть колонны)
l Отгонная (исчерпывающая) часть – зона ниже ввода сырья (нижняя часть колонны)
Способы поддержания температурного режима колонн
