Молниезащита
Другое
Статьи / Другое / Дистилляционные и ректификационные установки.
  15.03.17  |  

Дистилляционные и ректификационные установки.

1. Дистилляционные установки


Ректификация и дистилляция, часто называемые перегонкой, представляют собой термический процесс разделения жидких смесей на их составные части.


Дистилляцией называют перегонку смеси с полной конденсацией полученных паров. Дистилляция может производиться в установках непрерывного и периодического действия.


На рис. 1 представлена схема двухступенчатой дистилляционной установки непрерывного действия. Бинарная взаимно растворимая смесь поступает в подогреватель 1 с параметрами, соответствующими точке А, и подогревается до состояния кипения, соответствующего точке В. В дистилляционном аппарате 2 получаются пары смеси, соответствующие точке С. Далее пары с концентрацией х2 поступают в конденсатор 3. Конденсация паров бинарной смеси протекает при х2 = const, но с понижением ее температуры от t1 до t После этого дистиллят поступает во вторую ступень дистилляционной установки, аппарат 4, где получаются пары с более высокой концентрацией (х3 > х2). Из аппарата второй ступени пары поступают в дефлегматор 5.


В дефлегматоре происходит частичная конденсация паров (линия EF), и получается влажный пар, соответствующий точке F. Влажный пар является смесью сухого пара с концентрацией, соответствующей точке 3, и жидкости с концентрацией, соответствующей точке M. Затем влажный пар поступает в сепаратор 6, в сепараторе от пара отделяется жидкость. Жидкость с концентрацией х4 < х3 поступает в дистилляци- онный бак 8, а пары с концентрацией х5 > х3 направляются в конденсатор 7, где превращаются в дистиллят, и из него поступают в бак готового продукта 9.


Схема двухступенчатой дистилляционной установки


Рис. 1. Схема двухступенчатой дистилляционной установки с дефлегмацией и сепарацией паров во второй ступени и ее процесс на диаграмме


В случае, когда дистилляция происходит в установке периодического действия, содержание летучего компонента в дистилляционном кубе 2 (рис. 1) постепенно уменьшается, причем дальнейшая перегонка, как в кипящей жидкости, так и в получаемых из нее парах, идет при переменной увеличивающейся температуре. Содержание низкокипящего компонента в жидкости в начале кипения и в последующие моменты времени определяется на кривой кипения точками В, В', В'' и т. д.; соответственно содержание этого компонента в парах определяется точками С, С', С'' и т. д. на линии конденсации.


Содержание летучего компонента в парах, все время уменьшаясь, становится равным его первоначальному содержанию в кипящей жидкости, а затем становится еще меньше (точка С'''), с этого момента дальнейшая перегонка смеси становится нецелесообразной.


Простая однократная дистилляция в промышленных условиях применяется в тех случаях, когда не требуется полного разделения смеси на компоненты или когда точки кипения отдельных компонентов далеки друг от друга настолько, что содержание легкокипящего компонента в парах очень велико по сравнению с содержанием его в жидкости. Простая дистилляция применяется также для отделения от жидкой смеси нелетучих примесей, для предварительного глубокого разделения сложных жидких смесей, например нефти или каменноугольной смолы. На рис. 2 показана промышленная установка для простой дистилляции.


Дистилляционная установка


Рис. 2. Дистилляционная установка: 1 — перегонный куб; 2 — конденсатор; 3 — бак для дистиллята; 4 — термометр; 5 — кран для спуска кубового остатка; 6 — топка


2. Ректификационные установки


Для достижения наиболее полного разделения компонентов применяют более сложный вид перегонки — ректификацию. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров. Процесс ректификации осуществляется в установках, где происходят нагрев, испарение смеси, а затем многократный тепло- и массообмен между жидкой и паровой фазами, легкокипящий компонент переходит из жидкой фазы в паровую, а высококипящий компонент — из паровой фазы в жидкую.


На рис. 3 показаны на диаграмме схема и процесс ректификации в ректификационной колонне с тремя тарелками, которые имеют по одному колпачку.


В перегонном кубе I происходит испарение бинарной смеси 1. Пары смеси 2 поднимаются в ректификационной колонне вверх, а навстречу им из дефлегматора III (через сепаратор IV) стекает флегма — жидкая бинарная смесь состояния 5. Пары состояния точки 2 взаимодействуют на первой тарелке с флегмой состояния 5, в результате образуются пары состояния 4 и флегма состояния 3. Пары на выходе из ректификационной колонны II, имеющие параметры точки 8 на диаграмме, поступая в дефлегматор, частично конденсируются за счет теплоты, отдаваемой воде,


которая циркулирует в дефлегматоре. (Процесс идет по линии 8 — е^). Парожидкостная эмульсия с параметрами, соответствующими точке с поступает в сепаратор IV, в сепараторе происходит отделение пара с параметрами точки 10 от жидкости (флегмы), параметры которой определяются точкой 9. Отсепарированный пар поступает в конденсатор V, где он полностью конденсируется до состояния точки 11 и в виде готового продукта (ректификата) поступает в сборный бак VI.


Процесс тепло- и массообмена на верхней тарелке происходит следующим образом: жидкость (флегма), получающаяся в сепараторе IV, с параметрами точки 9 вступает в контакт с парами состояния точки 6, поступающими с предшествущей по ходу пара нижней тарелки, при этом происходят частичная конденсация паров до состояния с2 и последующая их сепарация.


В результате образуются пар состояния 8 и флегма состояния 7. Эта флегма по опускной трубе сливается на нижнюю тарелку и вступает в контакт с парами состояния 4. После сепарации образуются флегма состояния 5 и пары состояния 6 и т. д.


Принципиальная схема ректификационной колонны и процесс ректификации


Рис. 3. Принципиальная схема ректификационной колонны и процесс ректификации на диаграмме


Ректификационные установки бывают периодического и непрерывного действия. Установка состоит из ректификационной колонны, дефлегматора, холодильника-конденсатора, подогревателя исходной смеси и сборников дистиллята и кубового остатка.


При периодической ректификации (рис. 4, а) смесь загружается в куб 1 и нагревается паром, проходящим по змеевику 6. Образующиеся пары поступают в колонну 2, из которой по трубе направляются в дефлегматор 3, где частично конденсируются. часть конденсата (флегма) стекает обратно в колонну, другая часть (дистиллят) поступает в конденсатор 5 и из него отводится в приемник дистиллята (7,8). В начале процесса в колонну поступают из куба пары, богатые низкокипящим компонентом. В этот период требуется сравнительно небольшое количество флегмы, чтобы выделить из паров содержащийся в них высококипящий компонент. В ходе процесса выходящие из куба пары будут все более обогащаться высококипящим компонентом, поэтому для выделения его из паров количество флегмы должно быть увеличено.



Схемы ректификационных установок


Рис. 4. Схемы ректификационных установок: а – для периодической ректификации; б — для непрерывной ректификации: I — низкокипящий компонент; II — высококипящий компонент; III — конденсат; IV — татка; V — смесь для разгонки; VI — охлаждающая вода


При непрерывной ректификации (рис. 4, б) устройство и принцип работы такие же, как и в установках периодического действия, с той лишь разницей, что в этой установке из дефлегматора в ректификационную колонну возвращается постоянное количество флегмы и непрерывно отбирается постоянное количество готового продукта с определенным процентным содержанием летучего компонента. В установках для непрерывной ректификации смесь из расходной емкости 14 через теплообменники 12 и 13 подается в среднюю часть колонны. В верхней части колонны, расположенной выше точки ввода смеси, происходит укрепление паров, т. е. обогащение их легкокипящими компонентами. В нижней части колонны 10 происходит исчерпывание жидкости, т. е. извлечение из нее легкокипящих компонентов и обогащение ее высококипящими. Из исчерпывающей части колонны 10 жидкость стекает в кипятильник (перегонный куб) 1, обогреваемый паром. Образующиеся в кипятильнике пары поднимаются вверх, остаток непрерывно отводится из куба в приемный бак 11. Пары, выходящие из укрепляющей части колонны 9, поступают в дефлегматор 3, откуда флегма, пройдя сепаратор 4, возвращается в колонну, а пар направляется в конденсатор 5.


При непрерывной ректификации в ходе процесса условия работы установки не изменяются, что позволяет установить точный режим и автоматизировать процесс. Простои между операциями отсутствуют, расход тепла меньше, чем в установке периодического действия, возможно использование тепла остатка на подогрев исходной смеси в теплообменнике 12.



Другие статьи:

Сушильные установки. Виды, устройство сушильных установок.
Выпарные установки. Виды, устройство, принцип действия выпарных установок.
Теплообменный аппарат. Виды, устройство, классификация теплообменников.