2.3.2 Сущность процесса ректификации

В ректификационной колонне (см. рисунок 2.2) снизу движутся пары, а сверху навстречу парам подают жидкость, представляющую собой почти чистый низкокипящий компонент (флегма). На каждой тарелке колонны пар и жидкость вступают в контакт. При этом из пара конденсируется преимущественно высококипящий компонент, а из флегмы испаряется преимущественно низкокипящий компонент (см. рисунок 2.3). В результате этого составы пара и жидкости изменяются, приближаясь к равновесным. Пар становится богаче низкокипящим компонентом, а жидкость насыщается высококипящим компонентом. Пар конденсируют в конденсаторе. Часть этого конденсата идет в виде флегмы на орошение колонны, а другую часть – дистиллят отбирают как готовый продукт. Жидкость, выходящую из нижней части колонны, называют кубовым остатком.

Рисунок 2.2 – Схема ректификационной колонны

Рисунок 2.3 – Схема взаимодействия жидкости и пара

Обычно ректификационный аппарат состоит из двух частей – верхней и нижней, каждая из которых представляет собой организованную поверхность контакта фаз между паром и жидкостью. Исходная смесь F подается в среднюю часть колонны и в результате процесса делится на две части: часть, обогащенную низкокипящим компонентом (НК) – дистиллят D, и часть, обедненную НК – кубовый остаток W.

2.3.3 Непрерывная ректификация

При осуществлении непрерывной ректификации исходная смесь вводится на тарелку питания, которая делит колонну на две части (рисунок 2.4). В верхней части колонны должно быть обеспечено возможно большее укрепление паров, т.е. обогащение их НК с тем, чтобы в дефлегматор направлялись пары, близкие по составу к чистому HК. Поэтому данная часть колонны называется укрепляющей. В нижней части колонны (от питающей до нижней тарелки) необходимо в минимальной степени удалить из жидкости низкокипящий компонент, т.е. исчерпать жидкость для того, чтобы в кипятильник стекала жидкость, близкая по составу к чистому высококипящему компоненту. Соответственно, эта часть колонны называется исчерпывающей.

1 – ректификационная колонна (1а – укрепляющая часть,

1б – исчерпывающая часть); 2 – кипятильник; 3 – дефлегматор;

4 – делитель флегмы; 5 – подогреватель исходной смеси;

6 – холодильник дистиллята (или холодильник-конденсатор);

7 – холодильник остатка (или нижнего продукта); 8,9 – сборники;

10 – насосы

Рисунок 2.4 – Схема ректификационной установки непрерывного действия

Пар для питания ректификационной колонны образуется в кубе путем испарения части жидкocти, поступающей в куб; жидкость для орошения аппарата W (флегма) получается в дефлегматоре путем конденсации пара, имеющего состав, аналогичный составу дистиллята.

Тепло, необходимое для испарения смеси, сообщается ей в кубе. В дефлегматоре производится отвод тепла, вследствие чего поступающие в него пары полностью или частично конденсируются.

Уравнения материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия:

, (2.1)

, (2.2)

где F, D, W – массовые или мольные расходы питания, дистиллята и кубового остатка;

–содержание низкокипящего компонента в питании, дистилляте и кубовом остатке, массовые или мольные доли.

Уравнения рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части ректификационной колонны

, (2.3)

б) нижней (исчерпывающей) части колонны

, (2.4)

где y и x – переменные по высоте колонны неравновесные концентрации, мольные доли легколетучего компонента в паре и в жидкости в данном сечении колонны;

R = Ф / D – флегмовоe число;

–относительный (на 1 кмоль дистиллята) мольный расход питания.

В ректификационной колонне, в отличие от абсорбционной, принимают на основании теоретических предпосылок постоянными по высоте колонны общие мольные расходы пара и жидкости, в соответствии с этим в уравнениях (2.3) и (2.4) применяются мольные расходы и концентрации. В верхней части колонны, выше ввода исходной жидкой смеси, постоянный по высоте колонны мольный расход жидкости равен , в нижней части колонны он равен . Постоянный по высоте мольный расход пара одинаков в верхней и нижней частях колонны.