Расчет ректификационной колонны

Перегонка жидкостей представляет собой процесс, в котором разделяемая жидкая смесь нагревается до кипения, а образующийся пар отбирается и конденсируется. В результате получается жидкость — конденсат, состав которой отличается от состава начальной смеси. Повторяя много раз процессы испарения конденсата и конденсации, можно практически полностью разделить исходную смесь на чистые составные части (компоненты).

Процесс перегонки основан на том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различным давлением (упругостью) пара при одной и той же температуре. Поэтому состав пара, а, следовательно, и состав жидкости, получающейся при конденсации пара, будут несколько отличаться от состава начальной смеси: легколетучего (или низкокипящего — НК) компонента в паре будет содержаться больше, чем в перегоняемой жидкости. Очевидно, что в неиспарившейся жидкости концентрация труднолетучего (или высококипящего — ВК) компонента при этом должна увеличиваться.

В простейшем случае перегонка почти не отличается от выпарки. Но выпарке подвергаются растворы, состоящие из летучего растворителя и практически нелетучего растворенного вещества, а при перегонке в пар переходят и растворитель и растворенное вещество.

Перегонка является одним из важнейших технологических процессов разделения и очистки жидкостей и сжиженных газов в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.

Перегонку разделяют на два основных вида: простую перегонку (или дис-тилляцию) и ректификацию. К простой перегонке относят также перегонку с во-дяным паром и молекулярную дистилляцию.

Под простой перегонкой понимают процесс однократного частичного испарения исходной жидкой смеси и конденсации образующихся при этом паров. Ее применяют для разделения смесей, представляющих собой легколетучее вещество с некоторым содержанием весьма труднолетучих веществ. Обычно простую перегонку используют для предварительного разделения, очистки веществ от примесей, смол, загрязнений. При этом сконденсированные пары называют дистиллятом, а оставшуюся неиспаренную жидкость — остатком.

Процесс ректификации применяется для разделения жидких смесей на практически чистые компоненты или фракции, имеющие различные температуры кипения при одинаковом давлении. Физическая сущность процесса ректификации может быть представлена как двусторонний массои теплообмен между противоточно-движущимися неравновесными фазами пара и жидкости при высокой турбулизации контактирующих потоков, когда с каждым соприкосновением жидкости и пара частично конденсируются пары, а жидкость за счет теплоты конденсации паров частично испаряется. Таким образом, пары при движении вверх обогащаются низкокипящими, а жидкость, опускаясь вниз — высококипящими компонентами. Благодаря многократному контакту фаз можно получить практически чистые пары низкокипящих компонентов и жидкость из высококипящих компонентов.

Процесс разделения компонентов проводится в ректификационной колонне, назначение которой заключается в развитии поверхности контакта фаз и создании условий, благоприятных для эффективного массообмена между материальными потоками. Ректификационная установка кроме колонны включает в себя подогреватели, кипятильники, дефлегматор, разделитель, холодильник-конденсатор и вспомогательные элементы оборудования.

По принципу действия ректификационные установки разделяются на периодические и непрерывные. В установках периодического действия разделяемая смесь единовременно загружается в куб, и процесс ректификации протекает до получения продуктов заданного состава. В установках непрерывного действия разделяемая смесь поступает, и продукты разделения выводятся из колонны непрерывно.

По назначению ректификационные установки непрерывного действия раз-деляются на три группы:

— для получения продукта, состоящего из низкокипящих компонентов;

— для получения продукта, состоящего из высококипящего компонента;

— для разделения исходной смеси на низкокипящие и высококипящие компонен-ты.

Установки первых двух типов применяются сравнительно редко, так как не обеспечивают выделения компонентов, являющимися целевым продуктом с высоким качеством.