2.2. Будова і дія ректифікаційних колон,

їх типи

Ректифікація простих та складних сумішей здійснюється в колонах періодичної або безперервної дії.

Колони періодичної дії застосовують на установках малої продуктивності при необхідності відбору великої кількості фракцій і високої чіткості поділу. Класична схема такої установки вказана на рис. 4. Сировина надходить в перегінний куб 1 на висоту близько 2/3 його діаметра, де відбувається підігрів глухим парою. У перший період роботи ректифікаційної установки відбирають найбільш летючий компонент суміші, наприклад бензольні голівку, потім, підвищуючи температуру перегонки, компоненти з більш високою температурою кипіння (бензол, толуол і т.д.). Найбільш висококиплячі компоненти суміші залишаються в кубі, утворюючи кубовий залишок. По закінченню процесу ректифікації цей залишок охолоджують і відкачують. Куб знову заповнюється сировиною і ректифікацію відновлюють. Періодичністю процесу обумовлені більший витрату тепла і менша продуктивність установки. Далі на малюнку: 2 - ректифікаційної колони, 3 -- конденсатор-холодильник, 4 - акумулятор, 5 - холодильник, 6 - насоси.

Установка безперервного дії позбавлена багатьох зазначених недоліків. Принципова схема такої установки показана на рис.5. Сировина через теплообмінник 1 надходить у підігрівач 2 і далі на різні рівні ректифікаційної колони 3. Нижні фракції розігрівають в кип'ятильник 4 і скидають назад в ректифікаційної колону. При цьому сама важка частина виводиться з кип'ятильника в низ колони і разом з рідким осадом на подальшу переробку важких фракцій. А легкі фракції зверху в конденсатор-холодильник 5, і далі з акумулятора 6 частково тому в колону для зрошення, а частково - В подальшу переробку легких фракцій.

Залежно від числа одержуваних продуктів розрізняють прості і складні ректифікаційні колони. У першому при ректифікації отримують два продукти, наприклад бензин і полумазут. Другі призначені для отримання трьох і більше продуктів. Вони являють собою послідовно з'єднані прості колони, кожна з яких розділяє що надходить в неї суміш на два компоненти.

У кожній простій колоні є відганяючи і концентраційна секції. Відганяючи, або отпарная, секція розташована нижче введення сировини. Тарілка, на яку подається сировина для поділу, називається тарілкою харчування. Цільовим продуктом відгінний секції є рідкий залишок. Концентраційна, або зміцнювальна, секція розташована над тарілкою харчування. Цільовим продуктом цієї секції є пари ректифікату. Для нормальної роботи ректифікаційної колони обов'язкові подача зрошення наверх концентраційної секції колони і введення тепла (через кип'ятильник) або гострого водяної пари в відгінний секцію.

У залежності від внутрішнього пристрою, що забезпечує контакт між висхідними парами і спадної рідиною (флегмою), ректифікаційні колони діляться на насадок, тарілчасті, роторні та ін У залежно від тиску вони діляться на ректифікаційні колони високого тиску, атмосферні та вакуумні. Перші застосовують у процесах стабілізації нафти і бензину, газофракціювання на установках крекінгу і гідрогенізації. Атмосферні та вакуумні ректифікаційні колони в основному застосовують при перегонки нафти, залишкових нафтопродуктів і дистиляторів.

Для рівномірного розподілу пари і рідини в насадок колонах - 1 (рис. 6.) як насадки - 2 застосовують кулі, призми, піраміди, циліндри з різних матеріалів (звичайно з пресованого вугільного пилу) з зовнішнім діаметром від 6 до 70 мм і відношенням площі поверхні до об'єму від 500. Насадку поміщають насипом на спеціальні тарілки - 4 з отворами для проходження пари і стікання флегми -- 3. Метою застосування насадки є підвищення площі дотику флегми і пар для взаємного збагачення. Для правильної роботи насадок колони дуже важливо рівномірний розподіл стічної флегми і пар по всьому поперечного перерізу колони. Цьому сприяє однорідність тіла насадки, максимально можлива швидкість висхідного потоку пари, рівномірно розподілені шари насадки і сувора вертикальність колони. На практиці досягнуте спочатку рівномірне розподіл пари і флегми порушується, оскільки пар прагне відтиснути рідину до стінок колони і переміщатися через центр насадки. У зв'язку з цим насадка і розбивається на кілька шарів, а тарілки, на яких розміщується насадка, мають спеціальну конструкцію, що дозволяє знову рівномірно перерозподіляти потоки після кожного шару насадки. Ефективність використання насадок колон дуже висока але є і незручності: насадку періодично доводиться вилучати з колони з метою очищення від смолистих часток з часом покривають насадку і погіршують її смачіваемость, до того ж застосування насадок колон висуває дуже жорстку вимогу витримки певного тиску пари і кількості надходить фл?? гми. У разі падіння тиску пари в колоні відбувається прискорення стікання флегми і різке зменшення площі дотику пари і рідини. У разі перевищення тиску пари сповільнюється стікання флегми, що призводить до її скупчення у верхніх шарах насадки і замикання пари в нижній частині колони ( «Захлебиванію» колони). Це призводить до ще більшого підвищення тиску пари в нижній частині колони, і, в критичний момент, прорив пара крізь флегма в верхню частину колони. Наслідком «захлебиванія» колони також є різке зменшення площі дотику пари і рідини.

У тарельчатий колонах 1 (мал. 7) для підвищення площі зіткнення потоків пари і флегми застосовують замість насадки велике число тарілок спеціальної конструкції. Флегма стікає з тарілки на тарілку по спускні трубах 3, причому перегородки 4 підтримують постійний рівень шару рідини на тарілці. Цей рівень дозволяє постійно тримати краю ковпаків 2 зануреними у флегма. Перегородки пропускають для стоку на наступну тарілку лише надлишок надходить флегми. Принципом дії тарельчатий колони є взаємне збагачення пари і флегми за рахунок проходження під тиском парів знизу вгору крізь шар флегми на кожній тарілці. За рахунок того, що пара проходить флегма в вигляді дрібних бульбашок площу зіткнення пари і рідини дуже висока.

Конструкції тарілок різноманітні. Застосовують сітчасті, гратчасті, каскадні, клапанні, інжекційні і комбіновані тарілки. Конструкцію тарілок вибирають виходячи з конкретних технологічних вимог (ступінь чіткості поділу фракцій, вимога до інтенсивності роботи, необхідність зміни внутрішньої конструкції колони, частота профілактичних та ремонтних робіт тощо)

У деяких процесах переробки нафти (наприклад переробка з попутним відділенням води (пари), переробка с попередніми відділенням важких фракцій нафти) застосовують роторні колони 1 (рис. 8) з високою продуктивністю. Тарілки такої колони представляють собою конічні щитки з кутом нахилу 40 °, з чергуванням тарілок закріплених до стінок колони - 2 і тарілок закріплених до центрального що обертається валу -- 3. Таким чином обертальні тарілки чергуються з нерухомими. Обертання тарілок походить від приводу - 4 із швидкістю 240 об/хв. Флегма спускається згори-5 по нерухомій тарілці і у центру переливається на нижележащую обертається тарілку.