Введение

Ректификация – массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов, осуществляемый путем противоточного многократного взаимодействия паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, образующейся при конденсации этих паров.

Разделение жидкой смеси основано на различной летучести веществ. При ректификации исходная смесь делится на две части: дистиллят – смесь, обогащенную низкокипящим компонентом (НК), и кубовый остаток – смесь, обогащенную высококипящим компонентом (ВК).

Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке, основным аппаратом которой является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам стекает жидкость, подаваемая в виде флегмы в верхнюю часть аппарата.

Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше и ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенное давление применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Атмосферное давление принимают при разделении смесей, имеющих температуру кипения от 30 до 150ْ С.

Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность контакта фаз, от количества подаваемой на орошение флегмы и устройства ректификационной колонны.

В тарельчатой колонне жидкая и газовая фазы контактируют только на тарелках, где газ барботирует через слой жидкости. Жидкость перетекает с верхней тарелки на нижнюю по вертикальным перетокам, а газовая фаза проходит снизу вверх через отверстия тарелок и всплывает в слоях жидкости в виде многочисленных пузырьков. Поверхностью контакта фаз является суммарная поверхность всех газовых пузырьков, в слоях жидкости на тарелках.

Подлежащая разделению бинарная смесь начального состава вводится на некоторую промежуточную по высоте колонны тарелку (или промежуточную точку по высоте насадочной колонны). Смесь подается при температуре ее кипения (или близкой к ней). В кубе-испарителе из кипящей в нем кубовой жидкости непрерывно образуется пар. Чтобы поддержать энергоемкий процесс парообразования, в куб необходимо подавать греющий водяной пар, при конденсации которого выделяется необходимая теплота. Образующиеся в кубе-испарителе пары движутся вверх, вступают в контакт с жидкой фазой, обогащаются летучим компонентом. При этом жидкость обедняется им. Пройдя весь путь пар поступает в дефлегматор, где конденсируется, делится на два потока (флегму и дистиллят). Флегма возвращается в колонну, чтобы паровому потоку было из чего извлекать летучий компонент, обедняется более летучим компонентом и приходит в куб-испаритель. Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения подаваемой в колонну исходной смеси на дистиллят и кубовый остаток. Основные достоинства насадочных колонн - способность работать при больших нагрузках по жидкости, на потоках жидкости и пара, содержащих механические примеси, на агрессивных потоках. Эти колоны просты по монтажу и изготовлению, долговечны.

Ректификация известна с начала XIX века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производствах органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).

1 Технологическая часть проекта

1.1 Процесс ректификации

Для разделения смесей жидкости используют процесс перегонки. Оно основано на различной температуры кипения компонентов входящий в состав смеси.

Если смесь состоит из двух компонентов то при испарение компонентов более низкой температурой кипения (низкокипящий компонент) перейдет в пары, а компонент более высокой температурой кипения (высококипящий компонент) останется в жидком состояние. Полученные пары конденсируются в холодильнике и образуется продукт дистиллят, а жидкость называется остатком. Этот процесс называется перегонкой.

Обычно процесс перегонки не позволяет провести полное разделение смеси, поэтому на предприятие используется сложный вид перегонки - ректификация.

Ректификация - разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси.

 Процесс ректификации осуществляют в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, холодильник-конденсатор, подогреватель исходной смеси, сборники дистиллята и кубового остатка. Дефлегматор, холодильник-конденсатор и подогреватель представляют собой обычные теплообменники. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам сверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. В большинстве случаев конечными продуктами являются дистиллят (сконденсированные в дефлегматоре пары легколетучего компонента, выходящие из верхней части колонны) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающий из нижней части колонны).

1.2 Зона ввода сырья

Служить для отваривания фракций увлеченных жидким потоком для этого в нижней части подводиться тепло. Если в нижней части не подводить тепло, то это

часть не будет участвовать.

Концентрационная часть служит для ректификации паров и для создания внизходящего потока флегмы верхний части колонны.

Если в колонну не подается орошение, то верхний продукт не будет соответствовать требованиям и такая колонна называется неполной.

На НПЗ используют сложные колонны. Сложная колонна включает в себя несколько колон поставленных друг на друга.

Различают колонны с внутренним отпорными секциями и наружными отпорными секциями. На предприятиях более распространен наружные отпорные колонны, которые называются стрипинги.

В сложных колоннах получают более двух продуктов, и в них создается несколько видов орошения. Для каждого продукта свое орошение, кроме остатка.

1.3 Способы создания орошения колонны

Орошение создается с целью:

-Создание нисходящего потока флегмы в верхний части колонны.

-Регулирование температуры верхний колонны.

-Снятие избыточного тепла сверху колонны.

Применяют три способа создания орошения:

-Горячие орошение, имеет одинаковую с парами температуру. При горячим орошение пары отводимые с верху конденсируются частично и не охлаждаясь возвращаются на первую тарелку

-Холодное орошение (острое), пары сверху колонны конденсируются и охлаждаются до температуры 25-40С и возвращаются в колонну. Горячие и холодное орошение называются испаряющимися.

-Циркуляционное орошение (неиспаряющиеся). С некоторой тарелки жидкость собирается насосом перекачивается через ряд теплообменников и возвращается в колонну. Для создания циркуляционного орошения используют насосы - это приводит к удорожанию процесса.

1.4 Способы подводы тепла в колонну

В нижней часть колонны тепло подводиться с целью:

-Создание восходящего потока паров.

-Для регулировки качества продукта отводимого снизу, т.е. для отпаривания легких фракций.

-Для регулировки температуры низа колонны

Используют три способа подводы тепла в колонну:

1. Через кипятильник Ребойлер. Кипятильник ставят у колонн не требующих большого количества тепла. В качестве горячего теплоносителя используют водяной пар.

2. Горячий струей. В тех случаях когда необходимо внести в колонну большое количество тепла применяют способ горячий струей. Часть продукта забирается насосом и перекачивается через змеевик трубчатой печи, где нагревается до более высокой температуры (чем температура низа колонны) и в виде паров возвращается под нижнею тарелку колонны.

3. Водяным паром. Водяной пар применяется лишь в органических случаях.

1.5 Выбор давления в колонне

Давление в ректификационной колонны определяется прежде всего термостойкостью разделяемых продуктов и возможностью использованию доступных и дешевых хлодоагентов (Н2О. воздух) и теплоносителей ( вода, пар). Поэтому давление вещества имеют низкие температуры кипения при атмосферном давление ( например углеводородный газы) иначе для их конденсации необходимы специальные хлодоагенты ( аммиак, пропан и т.д.) повышение давления приводит к увеличение температуры в колонне, что позволяет осуществлять конденсацию паров с использованием обычных теплоносителей. При ректификации углеводородных газов устанавливают давление до 4 МПа

В случае разделения высококипящих продуктов (мазута, масляных фракций и др.) приходиться устанавливать давление ниже атмосферной. Это дает возможность разделять углеводороды имеющие температуру кипения при атмосферном давление выше 500С, при температуре ниже 400С без заметного их разложения. Обычно высококипящие смеси углеводородов разделяют при остаточном давление 7кПа и менее.

Следует иметь в виду, что при повышение давления в колонне снижается относительные летучести компонентов, а это приводит к необходимости увеличению числа тарелок или расхода жидкости на орошение.

В общим случаи при выборе давления в колонне учитывают как эксплуатационные, так и экономические показатели процесса ректификации. Однако, если к процессу не предъявляют специальные требований, следует предпочесть работу ректификационной колонны под атмосферном давление.