Лекция 25

4.4. Пожарная безопасность типовых технологических процессов Пожарная безопасность процессов ректификации

Вопросы.

1. Принцип процесса ректификации.

2. Устройство ректификационных колонн.

3. Причины повреждений ректификационных колонн и меры по их предупреждению.

4. 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 m₁, m₂, m₃ – количества поступившей на ректификацию смеси, образовавшегося дистиллята и остающегося остатка;

Х₁, Х₂, Х₃ – 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

Поступление флегмы

Выход паров на дефлегматор

кипятильник

Выход кубового остатка

В нижней части колонны нужно обеспечить восходящий поток паров. Для этого в низ колонны тем или иным способом подводится тепло (тепло кипятильника) При этом часть жидкости, стекающей с нижней тарелки, испаряется, образуя поток паров.

При таком режиме: самая низкая температура будет вверху колонны, а самая высокая – внизу колонны.

Отбираемый сверху колонны продукт, обогащенный низкокипящим компонентом, называется ректификатом (или дистиллятом). А снизу колонны, отбираемый продукт, обогащенный высококипящим компонентом, называется остатком или кубовым (нижним) продуктом.

Та часть колонны, куда вводится сырье, называется секцией питания или эвапорационным пространством. Часть ректификационной колонны, находящаяся выше ввода сырья – верхней, концентрационной или укрепляющей, а ниже ввода сырья – нижней, отгонной или исчерпывающей.

В обеих частях колонны протекает один и тот же процесс ректификации.

На данном рисунке показана схема простых (I) и сложных (II) колонн:

а - полная; б- укрепляющая; в- отгонная; г – с отбором дополнительных продуктов сверху и снизу из основной колонны; д – с отбором дополнительного продукта сверху из отпарной колонны.