Бизнесу место

Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа компонентов, является перегонка (дистилляция и ректификация). В широком смысле перегонка представляет собой процесс, включающий частичное испарение разделяемой смеси и последующую конденсацию образующихся паров, осуществляемые однократно или многократно. В результате конденсации получается жидкость, состав которой отличается от состава исходной смеси.

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводятся обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент (НКК), которым обогащаются пары, а из паров конденсируются преимущественно высококипящий компонент (ВКК), переходящий в жидкость. Такой двусторонний обмен компонентами, повторяемый многократно, позволяет получить, в конечном счете, пары, представляющие собой почти чистый НКК. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (ректификат) и флегму - жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися парами. Пары получают путем частичного испарения снизу колонны остатка, являющегося почти чистым ВКК.

Процессы ректификации осуществляются в аппаратах, технологическая схема которых зависит от назначения аппарата и давления в нем, а конструкция - от способа организации контакта фаз.

При ступенчатом осуществлении процесса ректификации в колонных аппаратах контакт пара и жидкости может происходить в противотоке (на тарелках провального типа), в перекрестном токе (на колпачковых тарелках), в прямотоке (струйные тарелки).

Если процесс ректификации осуществляется непрерывно во всем объеме колонного аппарата, то контакт пара и жидкости при движении обеих фаз может происходить только в противотоке. Современные ректифицирующие аппараты можно классифицировать в зависимости от технологического назначения, давления и внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между паром и жидкостью.

По технологическому назначению ректификационные аппараты подразделяются на колонны атмосферно-вакуумных установок, термического и каталитического крекингов, вторичной перегонки нефтепродуктов, а также для ректификации газов, стабилизации легких нефтяных фракций и т.д.

К современным ректификационным аппаратам предъявляются следующие требования: высокая разделительная способность и производительная способность, достаточная надежность и гибкость в работе, низкие эксплуатационные расходы, небольшой вес и простота, техничность конструкции.

Последние требования не менее важны чем первые, поскольку они не только определяют капитальные затраты, но и в значительной мере влияют на величину, эксплутационных расходов, обеспечивают легкость и удобства изготовления аппарата, монтажа и демонтажа, ремонта, контроля, испытания, а также безопасность эксплуатации и пр.

Кроме перечисленных выше требований ректификационные аппараты должны отвечать также требованиям государственных стандартов, ведомственных нормалей и инспекций Гостехнадзора.

Технологическая схема аппарата зависит от состава разделяемой смеси, требований к качеству получаемых продуктов, от возможностей уменьшения энергетических затрат, назначения аппарата, его места в технологической цепочке всей установки и от многих других факторов.

Процесс ректификации жидких смесей осуществляется на ректификационных установках, состоящих из нескольких аппаратов. Рассмотрим принцип разделения двухкомпонентной смеси ректификацией на примере работы подобной установки (рис. 10.1). Подлежащая разделению смесь непрерывно подается в ректификационную колонну через ввод, расположенный несколько выше середины корпуса колонны. Введенная жидкая смесь опускается по контактным устройствам (тарелкам) в нижнюю часть колонны, называемую кубом. Навстречу потоку жидкости поднимается пар, образующийся в результате кипения жидкости в кубе колонны. Образующиеся пары содержат в основном НКК и некоторое количество ВКК. При взаимодействии пара с жидкостью на тарелках колонны ВКК конденсируется и уносится вниз колонны потоком жидкости. За счет этого в поднимающихся парах возрастает количество НКК . Таким образом, при подъеме паров они обогащаются НКК , в то время как жидкость, стекающая вниз, обогащается ВКК .

Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с под­нимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, т. е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обо­гащается легколетучим компонентом

Рис. 10.1. Принципиальная схема ректификационной установки:

1 - ёмкость для исходной смеси; 2, 9 - насосы; 3- теплообменник- подогреватель исходного сырья; 4 – кипятильник; 5 – ректификационная колонна; 6 – дефлегматор; 7 – холодильник дистиллята; 8 – емкость для сбора дистиллята; 10 – холодильник кубовой жидкости; 11 – емкость для кубовой жидкости.

Для более полного обо­гащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с за­данным флегмовым числом жидкостью (флегмой), которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из де­флегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7, и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и напра­вляется в емкость 11.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легко­летучего компонента и кубовой остаток, обогащенный трудно­летучим компонентом.

Ректификацию многокомпонентных смесей, а они в практике встречаются чаще, чем двухкомпонентные, протекает по рассмотренной выше схеме, хотя число используемой при этом аппаратуры увеличивается.

В ректификационных установках используют главным образом аппараты двух типов: колонны со ступенчатым контактом фаз (тарельчатые) и непрерывным контактом (пленочные и насадочные).

Ректификацию многокомпонентных смесей можно проводить в различной последовательности, с использованием многих простых колонн (на одну меньше числа компонентов исходной смеси) и с использованием одной сложной колонны.

Для процесса ректификации в основном применяют тарельчатые колонны. В них устанавливают горизонтальные тарелки с устройствами, обеспечивающими хороший контакт между жидкостью и паром.

Диаметр колонны определяют в зависимости от производительности установки и скорости паров в колонне, которую выбирают в пределах 0,6 - 1,0 м/с . Находят применение ректификационные колонны различных размеров: от небольших колонн диаметром 300 - 400 мм до высокопроизводительных установок, с колоннами диаметром 6, 8, 10, 12 м и более.

Высота колонны зависит от числа тарелок и расстояния между ними. Чем меньше расстояние между тарелками, тем ниже колонна. Однако при уменьшении расстояния между тарелками увеличивается унос брызг и возникает опасность перебросав жидкости с нижних тарелок на верхние, что существенно уменьшает к.п.д. установки. Расстояние между тарелками обычно принимают в зависимости от диаметра колонны с учетом возможности ремонта и чистки колонны. Рекомендуемые расстояния между тарелками ректификационных колонн в зависимости от их диаметра приведены ниже:

Диаметр колонны, мм до 800, 800 - 1600, 1600 - 2000

Расстояние между тарелками, мм 200 -350, 350 - 400, 400 - 500

Диаметр колонны, мм от 2000 - 2400 и свыше 2400

Расстояние между тарелками, мм 500 - 600, свыше 600.

Число тарелок ректификационной колонны или высота насадки определяются технологическим расчетом; оно зависит от физико-химических свойств разделяемых компонентов, требуемой чистоты разделения и к.п.д. тарелки. Обычно ректификационные колонны имеют 10 - 30 тарелок, но колонны для разделения смесей с близкими температурами кипения насчитывают сотни тарелок и имеют соответственно высоту до 30 - 90 м .

Ректификационные колонны работают обычно при атмосферном или небольшим избыточным давлением. Ограниченное применение находят вакуумные колонны и колонны, работающие при повышенном давлении. Ректификацию под вакуумом применяют в том случае, когда хотят снизить температуру в колонне, что бывает необходимо при разделении компонентов с высокой температурой кипения или веществ, нестойких при высокой температуре. Ректификацию под повышенным давлением используют для разделения сжиженных газов и легколетучих жидкостей.

Спирты плотно вошли в нашу жизнь. И это не только алкоголь. Получают его путем брожения с последующей перегонкой. И часто люди ошибочно думают, что ректификация - это перегонка второй раз. На самом деле это многократная прогонка спиртосодержащих жидкостей в специальных колоннах. В результате встречи двух потоков - жидкости и пара - получается чистый спирт. Давайте разберёмся, что такое ректификация, более подробно.

Спирт и его свойства

Но для начала разберемся, что же такое спирт. Слово было заимствовано из латинского языка и означает «дух». Если выдержаны все нормальные условия, то это будет бесцветная, прозрачная жидкость с резким вкусом и характерным ароматом. Чистый спирт будет крепким в диапазоне от 95,6 до 100%.

Со спиртными напитками человечество знакомо давно, как с перебродившим соком натуральных ягод и фруктов. Тогда это были напитки с низким содержанием спирта. Но с развитием химических знаний люди получали все более и более крепкие напитки. Но только в самом конце XVIII столетия смогли получить 100% спирт ректификат. Автором изобретения был русский химик Ловиц Т. Е.

Что такое ректификация

Слово пришло в наш язык из латинского языка и означает исправление, выправление. Это один из способов, который используют в промышленности, лабораториях или в домашних условиях, чтобы разделить смешанные между собой жидкости.

Основан процесс ректификации на разнице в распределении смешанных компонентов между фракциями пара и жидкости. При этом процессе поток пара двигается навстречу потоку жидкости, они контактируют друг с другом, обмениваясь теплом и массой до наступления равновесия в системе. Все это происходит в специальном приборе, который называется ректификационный колонный аппарат.

В процессе встречи потоков восходящий паровой поток вбирает в себя все летучие компоненты, а стекающая жидкость - менее летучие. Как и в процессе дистилляции — еще одного процесса получения спирта, — затраты энергии при ректификации одинаковы, но извлечение нужного компонента (в нашем случае спирта) гораздо эффективнее. Вот что такое ректификация.

Для того чтобы жидкость и пар взаимодействовали более успешно, в установках используются контактные элементы — тарелки или насадки. Они увеличивают эффективность и площадь взаимодействия двух встречных потоков. Принцип их работы следующий: пар, идущий вверх, проходит через контактный элемент и скопившуюся на нем жидкость, более интенсивно обмениваясь массой и теплом. Чем больше будет установлено в конструкции элементов, тем быстрее будет достигаться равновесие между паром и жидкой фракцией.

Чем ректификация отличается от процесса дистилляции, рассмотрим в нижеследующей таблице.

Отличие ректификации от дистилляции

Оборудование для ректификации

Для данного процесса могут использоваться два типа оборудования: установка с непрерывным и периодическим действием. Первый тип используется в промышленности, так как для регулировки работы используется автоматика — дорогая и сложная. Для лабораторий используется второй, более простой и дешевый тип оборудования. В нем установлены элементарные средства регулировки отбора — градусник и манометрический измеритель изменения давления на колонне.

Строение ректификационной колонны

Классическая схема выглядит следующим образом. На испарительном кубе устанавливается вертикальная колонна (еще ее называют царга) и дефлегматор с концевиком. Такая установка не требует сложных механизмов, только кран для отбора, смотровое стекло, термометр, и иногда регулятор мощности.

Следует помнить, что чем больше высота колонны, тем интенсивнее будет массо - и теплообмен двух потоков . А ректификация спирта будет лучше.

Принцип работы колонны

Наполняется куб максимально на две трети его объема спиртосодержащей смесью, проверяется герметичность стыков, закрывается кран отбора и подается охлаждающий элемент (чаще всего вода). Только сейчас можно включать нагревание.

Важно знать: никогда нельзя закрывать два штуцера (отбора ректификата и подачи воды) одновременно, от этого колонна может просто взорваться под действием образовавшегося избыточного давления!

Нагревателем жидкость, залитая в куб, доводится до кипения, и полученный пар поднимается. Затем, попав в дефлегматор, конденсируется и стекает по стенкам, снова контактируя с поднимающимся вверх новым паром. Снова попадает на нагреватель, становится паром, и процесс повторяется.

Через какое-то время пар и жидкость приходят в равновесие, а в верхней части скапливается фракция с низкой температурой кипения (метанол). В нижней — с высокой (сивушные масла). Теперь их можно отбирать.

Равновесие определяется по сохранению температуры в течение 10 минут. До этого момента устройство трогать не надо.

Узел отбора колонны

Что из себя представляет узел отбора? Чаще всего это небольшой бортик, который тормозит, не давая стекать, флегму (сконденсированную из пара жидкость). Если открыть кран узла отбора, то задержанная флегма стекает в холодильник, превращаясь в спирт-ректификат.

Та же жидкость, которая не задержалась на бортике, стекает дальше вниз, чтобы снова повторить цикл. В промышленных установках можно устанавливать соотношение между ректификатом и флегмой, которая возвращается (флегмово число) с помощью крана. От этого числа зависит чистота и процентное содержание спирта. Чем оно выше, тем спирт чище.

Бывает, что происходит такое неприятное явление, как захлеб ректификационной колонны. Информацию о том, что это произошло, показывает сильный шум булькающего типа внутри самой конструкции. Причин, почему произошел захлеб, может быть несколько, рассмотрим их.

Когда колонна захлебывается

Максимальная скорость движения пара в каждой конструкции разная. Когда она достигается, флегма замедляет свое движение в кубе, а потом и вовсе может остановиться. Скопление ее в ректификационной части вызывает остановку процесса тепло- и массообмена. Результат — перепад давления (зачастую очень резкий) и появление посторонних шумов.

Причины «захлеба» :

• чаще всего это нагрев выше допустимого;
• переполнение куба или засорение его частицами спиртосодержащего состава;
• в высокогорье основной причиной является низкое атмосферное давление;
• скачок напряжения, из-за которого вырастает мощность ТЭНа;
• неисправности и ошибки в конструкции.

Теперь вы знаете, что такое ректификация. Полученный в результате этого процесса спирт имеет жесткий вкус (так называемый технический спирт). Его можно использовать для технических целей, но для пищевой промышленности его нужно будет еще дорабатывать — разбавлять, фильтровать и настаивать.

Для лучшего очищения полученное сырье подвергают процессу углевания (пропускание через активированный уголь). В результате этой процедуры спирт приобретет «мягкость» , а (небольшое их количество всегда попадает в спирт, даже если вы использовали процесс дробного отбора) будут связаны углем. На самом деле это классическая процедура приготовления известной русской водки.

После проведения процедур разбавления и углевания напитку нужно дать отдых. Просто оставьте его на несколько дней в стеклянной емкости. Водка будет идти мягче, а если не перебирать, то и похмелья не будет.

В современном мире не редко используются методы извлечения из многокомпонентных смесей отдельных элементов, которые в последующем можно использовать в производственных и многих других целях. Процесс ректификации является одним из самых эффективных. Многие используют его для производства в домашних условиях алкогольной продукции.

Ректификация представляет собой процедуру разделения смесей многокомпонентного типа на отдельные элементы. Разделение осуществляется за счет того, что между паром и жидкостью появляется противоточный обмен массой и теплом. Процесс ректификации есть возможность осуществлять непрерывно и время от времени.

Для того чтобы иметь возможность проводить ректификацию необходимо иметь специализированное оборудование. Оно может быть представлено ректификационной колонной. Она представляет собой оборудование, которое очень часто применяется в промышленности и в домашних условиях при изготовлении спирта высокой степени очистки для производства алкогольной продукции или медицинских препаратов. Также при помощи ректификационных колонн можно получать бензин и другие виды топлива.

Ректификационная колонна представляет собой сосуд вертикального типа, который обладает постоянным или переменным сечением. Внутри данного цилиндра имеются специальные вспомогательные узлы и устройства для обмена массой и температурой для того, чтобы была возможность разделить многокомпонентные жидкости на отдельные фракции для последующего их использования. В колонне все разделенные компоненты обладают температурой, приближенной к температуре кипения.

Самая обычная колонна для проведения процесса ректификации представляет собой цилиндрическую емкость, которая обладает встроенными контактными устройствами. Они представлены различными тарелками и насадками. Также в ней есть вспомогательные узлы, деятельность которых направлена на то, чтобы водить или распределять жидкость и пар внутри сосуда правильным образом, чтобы на выходе получился качественный продукт.

В современном мире используется ректификация различных видов многокомпонентных жидкостей для выделения из них необходимых для дальнейшего использования элементов. Ректификация спирта является довольно распространенным явлением.

Данный процесс состоит из нескольких этапов:

• В первую очередь необходимо довести до кипения жидкость, которая наряду с другими веществами содержит спирт.
• После этого пары нагретой жидкости поднимаются по колонне вверх. Они скапливаются в дефлегматоре.
• После этого осуществляется охлаждение дефлегматора.
• После процесса охлаждения на поверхности дефлегматора образуется конденсат.
• Капли конденсата стекают по колонне вниз.
• Внизу колонны все капли конденсата скапливаются в специальной насадке.
• Насадка поднимает их обратно вверх.
• В результате в верхней части колонны скапливается жидкость, которая легко подвергается кипению. Ее часть скапливается в конденсере, а другая часть попадает в емкость для приема.

В современном мире для получения топлива отдельных видов применяется ректификация нефти. Во время этого процесса затрачивается большое количество времени и энергии. В результате есть возможность получить на выходе бензин или газ. Данный процесс тоже проводится в ректификационных колоннах, которые обладают большим размером, чем бытовые. Принцип действия их является схожим. Этапы ректификации нефти являются такими же, что и при ректификации спритсодержащих жидкостей. Только на выходе при этом образуются отдельные виды топлива.

Ректификация бензола нашла широкое применение на коксохимичкских производственных предприятиях.

При этом образуются такие вещества, как:

• бензол в чистом виде,
• тлуол,
• ксилол.

В современно мире выделяют три вида ректификации.

Они представлены следующими типами:

• Простая ректификация.

Данная процедура является типичной для тех случаев, когда используется ректификационная колонна тарельчатого вида. В результате теплового и массового обмена паров на выходе получается очищенная жидкость нужного типа.

• Пароциркулярная ректификация.

Данный вил основан на использовании ректификационных колонн, которые работают по принципу циркулирующего водяного пара. В этом случае примеси между жидким субстратом и парами распределяются по-разному.

Данный вид ректификации подходит для выделения нужного элемента из сырья, которое в своем составе имеет минимальное количество неароматических углеводородов.

Все эти методы направлены на то, чтобы из жидкостей, состоящих из множества компонентов выделять определенные вещества, необходимые для дальнейшего использования. Их выбор зависит от типа ректификационной колонны и от сырья, которое необходимо разделить на фракции и выделить нужное вещество.

Таблица 1. Температура кипения водно-спиртовой смеси.

Таблица 2. Выход спирта и водки из одного килограмма сырья.

Ректификация - сложный массотеплообменный процесс разделения жидких смесей, состоящих из нескольких взаиморастворимых компонентов. Ректификация основана на многократном частичном испарении жидкости и конденсации ее паров или на однократном испарении смеси с последующей многоступенчатой конденсацией компонентов.

Ректификация - наиболее совершенный и распространенный способ перегонки растворов. Перегонка основана на различной температуре кипения компонентов жидкости. Так, если жидкость является бинарной, то есть состоит из двух компонентов, например бензола с температурой кипения 80° С и толуола с температурой кипения 110° С, то при перегонке этой жидкости пар будет содержать большее количество низкокипящего компонента (бензола). Следовательно, в процессе перегонки жидкая фаза обедняется, а паровая фаза обогащается низкокипящим компонентом (бензолом).

Ректификация позволяет производить глубокое разделение смесей и получать компоненты в чистом виде. Она нашла широкое применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. При каждом цикле «испарение - конденсация» из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий (летучий) компонент, которым обогащаются пары, а из паров конденсируется преимущественно высококипящий компонент (труднолетучий), переходящий в жидкость. Такой процесс обмена компонентами между жидкостью и паром, повторяемый многократно, в конечном счете позволяет получить пары почти чистого низкокипящего компонента. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают готовый продукт - ректификат. Остаток жидкости после испарения из него низкокипящего компонента представляет собой почти чистый высококипящий компонент.

Ректификация осуществляется в специальных аппаратах - ректификационных колоннах, которые являются основными эле­ментами ректификационных установок.

Ректификационные колонны сложны по устройству, имеют большие габариты, пожаровзрывоопасны. Чтобы правильно оценить их пожаровзрывоопасность и обеспечить противопожарную защиту, следует знать их устройство, понимать суть процессов, в них происходящих.

Сущность процессов перегонки и ректификации рассмотрим на примере разгонки смеси бензол - толуол (с использованием графических зависимостей состава пара и жидкости от температуры кипения раствора): диаграммы t - х, у (температура - состав) и диаграммы у - х (состав пара - состав жидкости).

На рис. 13.1 представлена диаграмма t - х, у для смеси бензол-толуол.

Рис. 13.1. Изобарные кривые кипения и конденсации паров; I -кривая кипения раствора; //-кривая конденсации пара; х а - молекулярная доля легкокипящего компонента (бензола); у а - молекулярная доля легко-кипящего компонента в паровой фазе

Диаграмма имеет две ветви: нижняя представляет линию кипения жидкости, каждая точка которой отвечает температуре кипения смеси состава х а; верхняя - представляет линию конденсации пара, каждая точка которой отвечает температуре конденсации пара состава у а. По оси ординат отложена температура в градусах Цельсия, по оси абсцисс - молекулярная доля бензола (легкокипящего компонента) в растворе х а и молекулярная доля бензола в паровой фазе у а.

При пользовании диаграммой t - х, у на оси абсцисс находят состав жидкой смеси х а и из этой точки проводят вертикаль до пересечения с линией кипения. Точка пересечения указывает температуру кипения этой смеси. Если провести горизонталь до пересечения с линией конденсации, абсцисса точки пересечения укажет состав равновесного пара у а.

Например, пусть жидкость имеет концентрацию бензола 32% мольных (точка N) . Процесс нагревания идет по вертикали до пересечения с линией кипения. В точке а жидкость закипит при 98° С. Образующийся равновесный пар будет иметь концентрацию, соот­ветствующую точке б, находящейся на кривой конденсации. Абсцисса этой точки равна 53% мольным. Значит, у а = 53% мольных. Следовательно, при кипении раствора образующийся пар богаче легколетучим компонентом (по сравнению с кипящей жидкостью).

Если получающиеся при кипении пары отбирать и конденсировать, можно достигнуть частичного разделения раствора. Такое разделение растворов называют простой перегонкой.

Если получающийся при кипении пар частично сконденсировать, жидкость, получающаяся при конденсации, и оставшийся не-сконденсированным пар будут иметь разный состав. Пар будет содержать больше легкокипящего компонента, чем конденсат. Следовательно, при частичной конденсации происходит обогащение оставшегося (несконденсированного) пара легколетучим компонентом.

Допустим, исходный пар (см. рис. 13.1) имеет концентрацию бензола 53% мольных (точка б на кривой II). Охладим его" до 94°С (точка в). При этом часть пара сконденсируется; получится дистиллят, концентрация которого будет равна 43% мольным (точка д на кривой I). Оставшийся пар будет иметь концентрацию бензола 65% мольных (точка г на кривой II). Этот процесс, называемый перегонкой с дефлегмацией пара, также позво­ляет достигнуть частичного разделения растворов

Рис. 13.2. Кривые равновесия фаз (p 2 >р 1): х а - молекулярнаядоля легкокипящего ком­понента в растворе;

у а - молекулярная доля легкокипящего компонента в паровой фазе

При расчетах процессов ректификации обычно используют кривые фазового равновесия в виде диаграмм у - х (состав пара - состав жидкости). На рис. 13.2 представлена диаграмма у - х для жидкостей, растворимых в любых отношениях (типа бензол - толуол). По оси ординат откладывают мольную концентрацию легколетучего компонента в паре, по оси абсцисс - мольную концентрацию легколетучего компонента в жидкости. Диаграмму у-х можно построить, используя диаграмму t-x, у. Для ряда значений концентраций х а находят соответствующие равновесные значения концентраций у а (необходимо из точки на абсциссе, соответствующей х а, по вертикали подняться до пересечения с кривой кипения I; по горизонтали следует дойти до кривой конденсации II, а затем опуститься по вертикали до оси абсцисс и прочитать значение у а). Полученные точки наносят на диаграмму у-х и соединяют плавной кривой.

Применительно к идеальным растворам (подчиняющимся закону Рауля) кривые фазового равновесия можно построить на основе расчета. Для каждой температуры кипения раствора определяют молекулярную концентрацию легкокипящего компонента в растворе по уравнению

где р а и р б - давление насыщенного пара компонентов а и б над чистой жидкостью;

р Общ - общее давление пара над раствором, равное сумме парциальных давлений его компонентов.

По значению х а определяют парциальное давление легкокипящего компонента в паре:

p’ а =p а x а. (13.2)

По величине парциального давления находят молекулярную концентрацию легкокипящего компонента в паре:

Найденные значения х а и у а наносят на график диаграммы у -х и получают плавную кривую.

При расчетах процессов ректификации обычно используют диаграммы у-х, соответствующие атмосферному давлению. При других давлениях каждому значению давления соответствует своя кривая равновесия.

Принцип процесса ректификации.

Устройство ректификационных колонн.

Причины повреждений ректификационных колонн и меры по их предупреждению.

Пожарная опасность ректификационных установок. Меры профилактики пожаров.

Вопрос 1. Принцип ректификации

Процессы перегонки растворов, говоря иначе, разделения растворов на составляющие их компоненты, весьма распространены в современной технологии.

Например, разделение природных углеводородов нефти с целью получения моторных топлив и смазочных масел.

Выделение индивидуальных газов из их смесей происходит путем предварительного их сжижения с последующей разгонкой жидкой смеси.

Подавляющее большинство ЛВЖ и ГЖ (спирт, ацетон, уксусная кислота, бензол и его гомологи, бензин, керосин и многие другие продукты) получаются с использованием также процессов перегонки.

Различают простую перегонку и ректификацию.

Простой перегонкой называется процесс частичного испарения раствора и полной конденсации образующихся паров.

Ректификация же – это процесс разделения жидких однородных смесей на составляющие их компоненты в результате многократного противоточного взаимодействия пара с жидкостью.

Согласно первому закону Коновалова пар обогащается тем компонентом, прибавление которого к жидкости повышает давление пара над ней или понижает температуру кипения.

Идеальные смеси подчиняются закону Рауля, согласно которому парциальное давление компонента в системе равно давлению пара чистого компонента, умноженному на его мольную долю в растворе: P парц =P пара ·m

И согласно закону Дальтона парциальное давление компонента в газовой смеси равно общему давлению, умноженному на мольную долю этого компонента в смеси: P парц =P общ ·m

Схематично процесс ректификации можно представить следующим образом.

Где m 1 , m 2 , m 3 – количества поступившей на ректификацию смеси, образовавшегося дистиллята и остающегося остатка;

Х 1 , Х 2 , Х 3 – содержание (мольная доля) легколетучего компонента в них, соответственно.

Вопрос 2. Устройство ректификационных установок

Итак, ректификация – это процесс разделения жидких однородных смесей на составляющие их компоненты в результате многократного противоточного взаимодействия пара с жидкостью.

Процессы ректификации осуществляют на ректификационных установках.

Ректификационные колонны классифицируют:

по конструктивному исполнению: тарельчатые; насадочные.

в зависимости от рабочего давления: работающие под вакуумом; работающие при атмосферном давлении; работающие под давлением.

Тарелки различают : клапанные; струйные; ситчатые; колпачковые.

Давайте с вами рассмотрим, как осуществляется процесс ректификации.

В среднюю часть колонны поступает подлежащее ректификации сырье , нагретое до определенной температуры.

Сырье может подаваться в колонну в виде жидкости, паров или смеси паров и жидкости.

При входе сырья в колонну происходит процесс однократного испарения, в результате которого образуются пары и жидкость определенного состава, находящиеся в равновесии.

Для обеспечения ректификации необходимо в верхней части колонны навстречу парам организовать поток жидкости (флегмы, орошения). Для этого на верху колонны тем или иным способом отнимается тепло (тепло парциального конденсатора). За счет этого часть паров, поднимающихся с верхней тарелки, конденсируется, образуя необходимый нисходящий поток жидкости.

Флегмовое число – отношение количества возвращаемого в колонну дистиллята (флегмы) к количеству отобранного дистиллята в виде продукта.

Принципиальная схема ректификационной колонны показана на рисунке.

Поступление сырья