Схема ректификационной установки

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Схема ректификационной установки

1- корпус колонны;

2- тарелка;

3- тарелка питания;

4- подогреватель питания;

5- кипятильник;

6- дефлегматор;

7- конденсатор (холодильник);

8- гидравлический затвор;

G_F, G_V, G _R, G _D, G_W, – мольные расходы питания, паров выходящих с верху колонны, флегмы, дистиллята и остатка.

X_F, X_D, X_W – мольные доли НК в питании, дистилляте и остатке

В 4, 5 в качестве греющего теплоносителя подается насыщенный водяной пар. В 6, 7 в качестве холодного теплоносителя-вода.

Исходная жидкая смесь(питание) после подогрева в 4 обычно до температуры кипения поступает в колонну на тарелку питания. Здесь питание смешивается с флегмой. Образовавшаяся жидкая смесь самотеком стекает в нижнюю(кубовую) часть колонны. Часть кубовой жидкости отбирается в виде остатка (обогащен ВК). Остальная часть этой жидкости после испарения в 5 в виде парожидкостной смеси возвращается в куб колонны. Таким способом в колонне организуют восходящее паровое орошение. Пары, выходящие сверху колонны конденсируются в 6 частично или полностью; если частично, то 7-конденсат; если полностью, то 7-холодильник. Часть конденсата(флегма) через гидрозатвор 8 возвращается на верхнюю тарелку колонны для дополнительного контакта с восходящим паром. Таким способом, в колонне организуют жидкостное орошение. Цель возврата флегмы-повышение четкости разделения исходной смеси.

На схеме-полная колонна. Она имеет 2 части. Часть колонны, выше тарелки питания-укрепляющая(концентрационная), часть колонны ниже-исчерпывающая(отгонная).

Иногда используют неполные колонны. Например, отгонную (№ тарелки питания-n) или укрепляющую (№ тарелки питания-1).

n- номер самой верхней тарелки.

Пример ректификации: прямая перегонка нефти, осуществляется на ЭЛОУ-АВТ.

ЭЛОУ- электрообезвоживающая и обессоливающая установка,

АВТ-атмосферно-вакуумная трубчатка.

Вначале в колонне под атмосферным давлением получают из сырой нефти 4 дистиллята: бензиновую, лиграиновую, керосиновую, газойлевую.

Например, дизельное топливо-керосино-газойлевая фракция КГФ(t_кип=300-320 ). Остаток первой колонны-мазут. Вторая колонна-вакуумная, в ней получают ряд масляных дистиллятов (н-р, легкий цилиндровый дистиллят и т.д.). Остаток-гудрон.

Материальный баланс ректификационной колонны. Уравнение рабочих линий. Определение высоты и диаметра проектируемой колонны.

Уравнение рабочих линий ректификационной колонны выводят из уравнений материального баланса укрепляющей и исчерпывающей частей колонны. Для упрощения пользуются 3-мя допущениями:

1.Мольный расход пара в колонне постоянен по ее высоте (при конденсации 1 моля ВК испаряется 1 моль НК)

2.X_D=X_R=Y_D (пренебрегаем укрепляющим действием дефлегматора)

3.X_W=Y_W (пренебрегаем исчерпывающим действием кипятильника)

G_F+ G_R=G_V +G_W - (A)

G_V=G_D+G_R – (B)

Подставим (B) в (A):

G_F =G_D +G_W – мат.баланс ректификационной колонны по потокам

- мат. баланс по НК

Из системы находят расходы дистиллята и остатка, т.е G_D и G_W

Для построения рабочей диаграммы фазового равновесия состав-состав будем использовать уравнение рабочей линии в верхней, т.е укрепляющей части колонны:

– линейная зависимость

– отрезок, отсекаемый на оси ординат рабочей линии

– флегмовое число (отношение расходов флегмы и дистиллята)

Построим рабочую диаграмму y-x:

Откладываем известные концентрации X_W, X_F, X_D на оси абсцисс. Восстанавливаем в этих точках перпендикуляр. На оси ординат откладываем отрезок равный . Соединяем точки B, C отрезком прямой.

BD - рабочая линия укрепляющей части колонны

AD - рабочая линия исчерпывающей части колонны

Рассмотрим графический способ определения высоты ректификационной колонны по числу теоретических тарелок. Будем вписывать прямоугольные треугольники между равновесной и рабочими линиями в интервале x=x_W÷ x_D

n_T=6

Число действительных тарелок > теоретических:

, где –средний КПД тарелок в колонне

Высота тарельчатой части колонны:

, где - межтарельчатое расстояние

Диаметр проектирующей колонны определяют по объемному расходу паровой фазы:

- максимально допустимая скорость пара в колонне

Азеотропная ректификация.

Разделяющий агент образует азеотропную смесь с одним или несколько компонентами исходной азеотропной смеси. Применяют в промышленности азеотропную ректификацию с min-м температуры кипения (чаще всего) и с max-м температурой кипения.

Рассмотрим азеотропную ректификацию с min-м температурой кипения:

1-ректификационная колонн

2-сепаратор (отстойник)

3, 4-холодильники

5, 6-подогреватели

7-кипятильник

Колонна сверху орошается разделяющим агентом C. Кубовый остаток колонны-ВК. Разделяющий агент образует с НК азеотропную смесь с min-м температурой кипения. После конденсации в дефлегматоре и охлаждения в 4 азеотропная смесь разделяется в сепараторе. НК отбирается в виде дистиллята, а разделяющий агент после подогрева в 6 возвращается на смешение со свежей порцией этого агента. В данном случае А и С плохо растворимы друг в друге. В противном случае смесь А и С можно разделить например, экстракцией или кристаллизацией.

Пример: азеотропная смесь этилового спирта и воды

этилового спирта=78, 3

азеотропа=78, 15

Для разделения этой смеси применяют азеотропную ректификацию с min-м , в качестве разделяющего агента используют бензол.

Бензол плохо растворяется в воде, но смешивается со спиртом во всех соотношениях. Здесь образуется тройной гетероазеотроп состава:

7, 4%- вода; 18, 5%-этиловый спирт; 74, 1%-бензол

Кубовый остаток колонны азеотропной ректификации - практически безводный спирт. Для разделения азеотропной смеси устанавливают еще 2 колонны (концентрационную, отгонную).

В азеотропной ректификации с min-м расход тепловой энергии > чем в экстрактивной ректификации (приходится испарять разделяющий агент), высоки и капитальные затраты по сравнению с обычной ректификацией ( дополнительные колонны и теплообменники).

Молекулярная дистилляция.

1 - внутренняя обогреваемая трубка;

2 - внешняя охлаждаемая трубка,

3 - термостатируемая рубашка

Молекулярную дистилляцию проводят под глубоким вакуумом и при t-ре ниже исходной смеси при данном остаточном давлении.

Расстояние между поверхностями нагрева и охлаждения l=20÷ 30 мм, т.е. меньше длины свободного пробега молекулы. Исходная смесь в виде тонкой плёнки стекает самотёком по наружной поверхности обогреваемого цилиндра. Большая часть испарившихся молекул конденсируется на холодной внутренней поверхности наружного цилиндра и стекает с неё в виде тонкой плёнки. Молекулярную дистилляцию применяют для разделения термолобильных смесей (фармацевтические препараты, витамины, гармоны, аминокислоты и т.п.)

Кратковременный контакт с горячей поверхностью и низкой предотвращают термическое разложение термочувствительных веществ.

Экстрактивная ректификация, азеотропная ректификация и молекулярная дистилляция- специальные методы ректификации.