Дистиляційні і ректифікаційні установки
1. Дистиляційні установки
Ректифікація і дистиляція, часто звані перегонкою, являють собою термічний процес поділу рідких сумішей на їх складові частини.
Дистиляцією називають перегонку суміші з повною конденсацією отриманих парів. Дистиляція може проводитися в установках безперервної та періодичної дії.
На рис. 1 представлена схема двоступеневої дистилляционной установки безперервної дії. Бінарна взаємно розчинна суміш надходить в підігрівач 1 з параметрами, відповідними точці А, і підігрівається до стану кипіння, відповідного точці В. В дистиляційному апараті 2 виходять пари суміші, відповідні точці С. Далі пари з концентрацією х2 надходять в конденсатор 3. Конденсація парів бінарної суміші протікає при х2 = const, але зі зниженням її температури від t1 до t Після цього дистилят надходить у другу сходинку дистилляционной установки, апарат 4, де виходять пари з більш високою концентрацією (х3> х2). З апарату другого ступеня пари надходять в дефлегматор 5.
У дефлегматоре відбувається часткова конденсація парів (лінія EF), і виходить вологий пар, що відповідає точці F. Вологий пар є сумішшю сухого пара з концентрацією, яка відповідає точці 3, і рідини з концентрацією, яка відповідає точці M. Потім вологий пар надходить в сепаратор 6, в сепараторі від пара відділяється рідина. Рідина з концентрацією х4 х3 направляються в конденсатор 7, де перетворюються в дистилят, і з нього надходять в бак готового продукту 9.
Мал. 1. Схема двоступеневої дистилляционной установки з дефлегмацією і сепарацією пари в другому ступені і її процес на діаграмі
Мал. 2. Дистиляційна установка. 1 - перегінний куб; 2 - конденсатор; 3 - бак для дистиляту; 4 - термометр; 5 - кран для спуску кубового залишку; 6 - топка
2. Ректифікаційні установки
Для досягнення найбільш повного поділу компонентів застосовують більш складний вид перегонки - ректифікацію. Ректифікація полягає в протівоточном взаємодії парів, що утворюються при перегонці, з рідиною, що виходить при конденсації пари. Процес ректифікації здійснюється в установках, де відбуваються нагрів, випаровування суміші, а потім багаторазовий тепло- і масообмін між рідкої і парової фазами, легкозакипаючої компонент переходить з рідкої фази в парову, а висококиплячий компонент - з парової фази в рідку.
На рис. 3 показані на діаграмі схема і процес ректифікації в ректифікаційної колоні з трьома тарілками, які мають по одному ковпачку.
У перегінному кубі I відбувається випаровування бінарної суміші 1. Пари суміші 2 піднімаються в ректифікаційної колоні вгору, а назустріч їм з дефлегматора III (через сепаратор IV) стікає флегма - рідка бінарна суміш стану 5. Пари стану точки 2 взаємодіють на першій тарілці з флегмою стану 5, в результаті утворюються пари стану 4 і флегма стану 3. пари на виході з колони ректифікації II, що мають параметри точки 8 на діаграмі, вступаючи в дефлегматор, частково конденсуються за рахунок теплоти, що віддається воді,
яка циркулює в дефлегматоре. (Процес йде по лінії 8 - е ^). Парожідкостная емульсія з параметрами, відповідними точці з надходить в сепаратор IV, в сепараторі відбувається відділення пара з параметрами точки 10 від рідини (флегми), параметри якої визначаються точкою 9. отсепарирован пар надходить в конденсатор V, де він повністю конденсується до стану точки 11 і у вигляді готового продукту (ректифікату) надходить в збірний бак VI.
Процес тепло- і масообміну на верхній тарілці відбувається наступним чином: рідина (флегма), що виходить в сепараторі IV, з параметрами точки 9 вступає в контакт з парами стану точки 6, які надходять з предшествущей по ходу пара нижньої тарілки, при цьому відбуваються часткова конденсація парів до стану с2 і подальша їх сепарація.
В результаті утворюються пар стану 8 і флегма стану 7. Ця флегма по опускний трубі зливається на нижню тарілку і вступає в контакт з парами стану 4. Після сепарації утворюються флегма стану 5 і пари стану 6 і т. Д.
Мал. 3. Принципова схема ректифікаційної колони і процес ректифікації на діаграмі
Ректифікаційні установки бувають періодичної і безперервної дії. Установка складається з ректифікаційної колони, дефлегматора, холодильника-конденсатора, підігрівача вихідної суміші і збірників дистиляту і кубового залишку.
При періодичної ректифікації (рис. 4, а) суміш завантажується в куб 1 і нагрівається пором, які пройшли по змійовику 6. Пари, що утворюються надходять в колону 2, з якої по трубі направляються в дефлегматор 3, де частково конденсуються. частина конденсату (флегма) стікає назад в колону, інша частина (дистилят) надходить в конденсатор 5 і з нього відводиться в приймач дистиляту (7,8). На початку процесу в колону надходять з куба пари, багаті низкокипящим компонентом. У цей період потрібно порівняно невелика кількість флегми, щоб виділити з парів що міститься в них висококиплячий компонент. В ході процесу виходять з куба пари будуть все більш збагачуватися висококиплячих компонентах, тому для виділення його з парів кількість флегми має бути збільшено.
Мал. 4. Схеми ректифікаційних установок. а - для періодичної ректифікації; б - для безперервної ректифікації: I - низькокиплячі компонент; II - висококиплячий компонент; III - конденсат; IV - татка; V - суміш для розгону; VI - охолоджуюча вода
При безперервної ректифікації в ході процесу умови роботи установки не змінюються, що дозволяє встановити точний режим і автоматизувати процес. Простої між операціями відсутні, витрата тепла менше, ніж в установці періодичної дії, можливе використання тепла залишку на підігрів вихідної суміші в теплообміннику 12.