Вопрос № 3. Ректификация и оборудование для проведения процесса ректификации

Процессы перегонки и ректификации смесей жидкостей на составляющие компоненты или отдельные фракции широко распространены в современной технологии. В качестве примеров можно привести процессы перегонки нефти в целях получения моторных топлив и смазочных масел, выделения индивидуальных газов из газовых смесей... подавляющее большинство ЛВЖ и ГЖ (этиловьтй спирт, ацетон, уксусная кислота, бензол) получаются с использованием процессов перегонки и ректификации.

Перегонка – процесс разделения смеси на составляющие компоненты

Этот процесс включает в себя частичное испарение разделяемой смеси и последующую конденсацию образующихся паров

Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре.

При испарении смеси компонент с более низкой температурой кипения (низкокипящий компонент, «НК») переходит в пары, а компонент с более высокой температурой кипения (высококипящий, «ВК») остается в жидком состоянии.

Пример, в смеси С₂Н₅ОН–Н₂0:

Этиловый спирт – НК (tк=78 ⁰С)

Вода – ВК (tк=1ОО ⁰С).

Жидкость, которая получилась при конденсации пара, называется дистиллятом. Жидкость, которая осталась в жидком состоянии и обогащена ВК называется остатком (кубовым остатком) Существуют два принципиально отличных вида перегонки:

Простая перегонка (или дистилляция) – процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров

Ректификация – процесс разделения гомогенных смесей путем многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров.

Рисунок 4.2.13 – Схема перегонки нефти

Очищенная нефть (Рисунок 4.2.13) разогревается в трубчатом реакторе и затем разделяется в ректификационных колоннах посредством дистилляции (перегонки) или вакуумной дистилляции на фракции различных температурных интервалов отбора: легкий бензин (15–100 ⁰С), тяжелый бензин (100–180 ⁰С), керосин (180–250⁰С), газойль (вакуумный дистиллят); в остатке находятся тяжелый мазут и битумы.

- Физическая сущность процесса ректификации заключается в двухстороннем массо – и теплообмене между потоками пара и жидкости.

- В результате массообмена пар обогащается низкокипящими, а жидкость – высококипящими компонентами.

Виды ректификационных колонн в зависимости от давления:

- Высокого (применяют в процессах стабилизации бензина, газофракционирования);

- Атмосферные (при перегонке нефти, остаточных нефтепродуктов и дистилляторов);

- Вакуумные (выделение фракций из мазута).

Виды ректификационных колонн в зависимости от числа получаемых продуктов:

- Простые (получают два продукта – бензин и полумазут);

- Сложные (последовательно соединенные простые колонны, получение трех и более продуктов).

Виды ректификационных колонн в зависимости от внутреннего устройства:

- Насадочные (шары, призмы из прессованной угольной пыли);

- Тарельчатые (колпачковые, клапанные, желобчатые, S – образные, пакетированные);

- Роторные.

Насадочные колонны. В качестве насадки применяют керамические кольца 5 (Рисунок 4.2.14), куски кокса, многогранные призмы и пр. для увеличения поверхности контакта внутри колец делают перегородки. Насадку укладывают на тарелки с отверстиями двух видов: малыми (внизу) – для стока флегмы и большими (вверху) – для прохода паров.

Недостаток таких колонн состоит в том, что в них не обеспечивается тесный контакт между парами и флегмой. Однако при небольших диаметрах (до 1 м) по эффективности эти колонны не уступают колпачковым, поэтому их применяют чаще всего для периодической ректификации при небольшой производительности.

Рисунок 4.2.14 – Схема насадочной колонны:

1 – корпус; 2 – распределитель жидкости (орошения); 3 – слой насадки;

4 – маточник–распределитель пара; 5 – кольца для насадки. Линии: I – вход сырья; II – выход паров; III – вход орошения; IV – вход перегретого пара; V – выход остатка; VI – выход флегмы.

Тарельчатые колпачковые колонны. Широко применяются для перегонки нефти и нефтепродуктов. Они состоят из цилиндрического корпуса, верхнего и нижнего днищ и тарелок, которые укреплены на уголках по периметру колонны. Тарелки установлены горизонтально, каждая имеет вырезы, в которые вставлены патрубки, прикрытые колпачками с прорезями, и сливное приспособление для перетока жидкости на нижележащую тарелку. Патрубки и прорези служат для прохода паров, которые барботируют через жидкость и контактируют с ней. Испарение легкокипящих компонентов из флегмы и конденсация высококипящих происходят на каждой тарелке. Тарельчатые колпачковые колонны различаются главным образом конструкцией колпачков и сливных устройств. На рисунке 4.2.15 показаны разные типы колпачков.

а

б

в

г

Рисунок 4.2.15 – Типы колпачков для тарелок ректификационных колонн:

а – цнлиндрический; б – прямоугольный; в – шестигранный;

г – желобчатый.

Колонны с ситчатыми тарелками. Слой жидкости 1 (Рисунок 4.3.7) высотой 25 – 30 мм удерживается на тарелках восходящим потоком паров, которые проходят через отверстия 2 (диаметр 3 – 12 мм, расстояние между отверстиями в 3,5 – 4 раза больше диаметра) и барботируют через слой жидкости, а избыток флегмы перетекает вниз по сливным стаканам 3. Эти тарелки требуют постоянства режима, так как при снижении производительности установки уменьшается встречный поток паров, жидкость «проваливается» и тарелка оголяется; при увеличении же производительности увеличивается встречный поток паров, он выносит из слоя жидкости большое количество более тяжелых углеводородов, что нарушает равновесие и ухудшает ректификацию в колонне.

Рисунок 4.2.16 – Схема сетчатой тарельчатой колонны.

Роторные колонны (Рисунок 4.2.17), состоящие из неподвижного цилиндрического кожуха, внутри которого на вертикальном валу вращается ротор. Он составлен из двух ситчатых цилиндров, расположенных соосно. Между цилиндрами помещена сплошная металлическая спираль. Жидкость подается в полость внутреннего цилиндра, проходит через отверстия в ее стенах, под действием центробежной силы движется вдоль всей спирали к наружному ситчатому цилиндру, через его отверстия выбрасывается в свободное пространство корпуса и вытекает через нижний штуцер. Пар из испарителя проходит в колонне тот же путь, двигаясь навстречу жидкости от наружного к внутреннему цилиндру ротора, из которого через дефлегматор отводится в конденсатор–холодильник.

Рисунок 4.2.17 – Схема роторной колонны:

1 – корпус; 2 – привод; 3 – вращающаяся тарелка; 4 – неподвижная тарелка; 5 – вал; 6 – подшипник; 7 – царга (элемент колонны).

ВЫВОД ПО ВОПРОСУ:

Процессы перегонки и ректификации применяются для разделения гомогенных смесей на составляющие компоненты. Ректификация осуществляется в ректификационных колоннах, имеющих контактные устройства для создания развитой поверхности тепломассообмена. Количество горючих веществ, обращающихся в ректификационной установке, зависит от ее производительности.

Дата добавления: 2014-01-11