2.3.3 Особливості молекулярної перегонки

Для перегонки, що протікає при нормальному тиску або при незначному розрідженні (вакуумі), молекули рідин, що випаровуються, мають незначну вели­чину вільного пробігу та частково вертаються до рідкої фази. У випадку, коли величина вільного пробігу молекули (в середньому 20…30мм [43, 47]) перевищує відстань між поверхнею випаровування та поверхнею конденсації, то перегонка називається молекулярною дистиляцією. Такий процес здійснюється в умовах глибокого вакууму (тиск у апараті складає 0,01…0,1 Па при різниці температур 100°С).

2.5 Характеристика процесу ректифікації

2.5.1 Особливості технологічної схеми процесу в апаратах періодичної дії

Ректифікація – це процес розділення рідинних неоднорідних систем на компо­ненти або групи компонентів в результаті багаторазового двосторонньо­го тепло­масообміну між парами та рідиною при чергуванні процесів випарювання та часткової кон­денсації. Цей процес широко використовується при виробництві етилового спирту у спиртовій та виноробній промисловості, є основним про­цесом при виробництві ефірних масел та іншої продукції. При цьому в якості сировини для переробки засто­совуються патока, цукровий буряк, дефектне зерно, дріжджевий осад, виноградна вичавка, квіткова та ефіромасляна сировина тощо.

Для здійснення процесу ректифікації використовуються апарати перервної та неперервної дії (див. рис. 2.5).

Основним елементами ректифікаційної установки перервної дії є куб 1 (див. рис.2.5, а) який містить поверхню теплопередачі; колону 2; дефлегматор 3; кон­денсатор 4; збірник дистиляту 5; трубопроводи і регулюючу та запірну ар­матуру. При роботі апарату пара, що утворюється у кубі в результаті теплової обробки надходить у колону. Колона збирається з однотипних елементів-царг (див. рис.2.6, а) циліндричної форми. У царгі міститься тарілка 2 з переливною трубою 3 та з патруб­ком 4, покритим ковпачком 5. Ковпак не доходить до тарілки та утворює щілину. Нижній кінець переливної труби занурений у рідину, чим забезпечується гідрав­лічний затвор. При кипінні рідини на тарілці, пари, що утворюються при цьому, мають для виходу тільки один шлях – під ковпак вищерозташованої тарілки та через щілину у ній. В ідеальному випадку вся пара, попадаючи у рідину, у ній конден­сується та завдяки теплоті конденсації утворюється нова пара, рів­новажна з ріди­ною на тарілці. Далі цикл тепломасообміну повторюється на вищерозташованій тарілці, в результаті якого утворюється якісно нова газоподібна фаза.

Рис.2.5. Апарати з колонами: а – періодичної дії; б – без­пе­рервної дії

При виході з колони пари проходять через дефлегматор (теплообмінник зде­більшого трубчастого типу), де частина їх конденсується до верхньої частини колони у рідкому вигляді, а інша частина парів спрямовується у конденсатор і далі у збірник. Отже, в результаті ректифікації відбувається взаємодія парів, що підні­маються у колоні, та стікаючої з тарілок їм назустріч флегми, яка отримується внаслідок часткової конденсації парів.

Рис.2.6. Схема пристрою царг колони: а – царга з тарілкою; б – царга з сіткою: 1 – тарілка; 2 – рідина (флегма); 3 – переливна трубка; 4 – патрубок; 5 – ковпачок

З метою збільшення поверхні контакту пари з рідиною здійснюють низку конструктивних заходів, серед яких збільшення кількості патрубків з ковпачками на одній тарілці; виконання патрубків не круглої, а щілинної форми; зміна суцільної тарілки з патрубком тарілкою сітчастою (див. рис. 2.6, б); розміщенням на сітчастій тарілці насадок певної форми. Другим напрямком інтенсифікації процесів, що відбу­ваються у ректифікаційній колоні, є застосування відцентрової сили та створення верти­кальних апаратів з тарілками, що обертаються на її валу; горизонтальних апа­ратів з обертальним спіральним ротором.