Введение

Ректификация – широко используемый в промышленности массообменный (диффузионный) процесс разделения (очистки) гомогенных смесей, основанный на различной летучести их компонентов.

Основные показатели режима работы колонны – температура, давление, флегмовое число – зависят от физических свойств разделяемой смеси; важную роль играют и соображения экономического порядка. В зависимости от свойств разделяемой смеси и требований к чистоте продуктов разделения процесс ректификации осуществляется при различных технологических условиях.

Разделение смесей ректификацией в крупномасштабных производствах ведут в установках непрерывного действия, при их малой мощности и широкой номенклатуре разделяемых смесей – в установках периодического действия.

Процесс ректификации проводят при различных давлениях: атмосферном, избыточном и вакуумом.

Разделение умеренно летучих веществ ведут под атмосферным давлением ввиду простоты эксплуатации оборудования и лёгкости обеспечения герметичности. В качестве теплоносителей при этом используют пар, воду, воздух.

Для разделения легколетучих веществ необходимо повышенное давление, чтобы для охлаждения дефлегматора использовать воду и не применять дорогое искусственное охлаждение рассолом. Кроме того, это снижает металлоёмкость установки за счёт уменьшения диаметра колонны при меньшем объёмном расходе пара.

Труднолетучие вещества разделяют под вакуумом, чтобы избежать их термического разложения, увеличить относительную летучесть компонентов смеси, для обогрева кипятильника использовать пар, а не дорогие высокотемпературные теплоносители.

Для понижения температуры процесса, а также для увеличения выделения (отпарки) легколетучих компонентов используются процессы ректификации в токе инертного носителя: насыщенного водяного пара, перегретого пара, газа.

Поскольку энергоёмкость процесса ректификации высока, необходимо стремиться к экономии энергоресурсов: применять наиболее дешёвые теплоносители (пар, воду), использовать теплоту отходящих потоков, например, вести подогрев питания кубовым остатком, конденсатом греющего пара и т. п. Перспективно применение теплового насоса, т. е. использование для обогрева кипятильника колонны теплоты конденсации предварительно сжатых в компрессоре паров флегмы и дистиллята.

Для снижения металлоёмкости установки при ректификации водных смесей, в которых вода является высококипящим компонентом, обогрев куба колонны можно осуществить острым паром через барботёр, т. е. обойтись без кипятильника.

Разделение азеотропных или близкокипящих смесей выполняется специальными видами ректификации – азеотропной и экстрактивной.

Число компонентов, из которых состоит разделяемая смесь, обусловливает технологические особенности в проведении процесса ректификации. Так наряду с использованием простых колонн широко применяются сложные колонны.

Методы анализа процесса ректификации, рассматриваемые на примерах бинарной ректификации, позволяют чётко выделить и изучить основные закономерности процесса. Расчёт многокомпонентной ректификации основывается на развитии методов бинарной ректификации.

В насадочных колонных аппаратах контакт между паровой (газовой) и жидкой фазами осуществляется с использованием насадки, заполняющей рабочий объём колонны. Основные достоинства насадочных колонн – способность работать при больших нагрузках по жидкости, на потоках жидкости и пара (газа), содержащих механические примеси, на агрессивных потоках. Эти колонны просты по монтажу и изготовлению, долговечны в эксплуатации. В стандартных колонных аппаратах применяется насыпная (нерегулярная) и регулярная насадка, число слоёв насадки равно трём, высота выбирается на основе технологического расчёта колонны.

Выбираемая насадка должна удовлетворять ряду требований: иметь большую удельную поверхность и большой свободный объём (порозность), малое гидравлическое сопротивление паровому (газовому) потоку, хорошую смачиваемость, обладать коррозионной стойкостью в агрессивных средах, механической прочностью, иметь малую насыпную плотность и низкую стоимость.

Широкое применение в промышленности получили в качестве насадки кольца Рашига – тонкостенные цилиндры высотой, равной их наружному диаметру. Для увеличения удельной поверхности насадки предложены кольца с перегородкой, а также с вырезами в стенках и перегородками – кольца Палля. Эти кольца несколько эффективнее, чем кольца Рашига, благодаря большей удельной поверхности и несколько большей турбулизации встречных потоков пара (газа) и жидкости. Всё большее применение находят керамические сёдла Берля с поверхностью в форме гиперболического параболоида и сёдла «Инталокс» с поверхностью в форме части тора.

Для отвода жидкости из насадочной колонны применяют две схемы: в первой схеме (обычные насадочные колонны) жидкость стекает по насадке и отводится из нижней части колонны; во второй схеме (эмульгационные колонны) жидкость отводится через переливную трубу.