Складна перегонка (ректифікація)

На рисунку 14.2 представлена схема ректифікаційного апарата безперервної дії.

Рисунок 14.2 – Ректифікаційний апарат безперервної дії

Апарат складається з колони 1, дефлегматора 2 і холодильника 3. Колона умовно розділена на дві частини. Частина “а” знаходиться вище місця, у яке поступає суміш на ректифікацію. Ця частина називається колоною зміцнення. Нижня частина колони “б” називається колоною вичерпання. Призначення колони полягає в тому, щоб привести до тісного контакту парову і рідинну фази, які містять компоненти, що необхідно розділити. З цією метою використовують колони барботажного типу, в яких поверхня контакту утворюється в процесі руху потоків рідини і пари на ковпачкових, ситових, решітчастих, струминних, клапанних та інших тарілках. Рідше в якості контактних пристроїв для ректифікації використовують насадки.

Основне призначення дефлегматора полягає в частковій конденсації пари дистиляту для постачання зміцнюваної частини колони рідиною – флегмою. Кількість флегми розраховують з урахуванням умов роботи колони. В холодильнику 3 конденсується пара, що залишилася, яка потім відводиться у вигляді дистиляту.

Роздивимося процес ректифікації на прикладі розділення бінарної суміші, яка містить два компонента А і Б. А – більш леткий компонент. Суміш цих компонентів, нагріта до кипіння, поступає в колону “б” і опускається в ній, переливаючись з тарілки на тарілку. Назустріч їй рухається пара. Щоб утворити цю пару, в кип’ятильник подають гріючу водяну пару. За час проходження вихідної суміші в колоні вичерпання леткий компонент з рідкої фази переходить в парову фазу; залишок, що уходить з колони містить, в основному, важко леткий компонент. Пар, що уходить в колону зміцнення, містить, в основному, леткий компонент.

Зміцнююча частина колони призначена для збільшення концентрації компоненту А. Для цього із дефлегматора на верхню тарілку зміцнюючої колони поступає флегма, яка містить високий процент компонента А.

Зливаючись по тарілкам колони зміцнення, флегма віддає свій леткий компонент парі, а сама приймає з пари важко леткий компонент. В результаті такого обміну пара, яка уходить з колони в дефлегматор, збагачується компонентом А. Збагачена пара частково конденсується в дефлегматорі, створюючи флегму.

Таким чином, основним фізичним процесом процесу ректифікації є масообмін між рідкою і паровою фазами (багатократне випарювання і конденсація), що відбувається на контактних пристроях апарата. При переході з парової фази в рідку важко леткий компонент конденсується. При цьому виділяється тепло, за рахунок якого відбувається випарювання леткого компонента. На кожній тарілці вміст леткого компонента в парі зростає, а вміст важко леткого компонента зменшується. Зворотне явище відбувається в рідкій фазі, тобто у флегмі, яка стікає по тарілкам.

Якщо при перегонці продукт під дією високої температури розкладається або утворює з іншими речовинами суміші небажані сполуки, то процес розділення проводять під вакуумом.

В промисловості на спиртових заводах працюють багато колонні ректифікаційні установки з багатократним використанням тепла, що дає економію пари на 40–45%.