1.2.6.2 Ректификационные установки
Многоступенчатая
дистилляция требует большого числа громоздких аппаратов, поэтому для глубокой
перегонки бинарных и многокомпонентных жидкостей используется ректификационная
установка (рисунок 1.87).
I – перегонный пункт, II –
ректификационная колонна, III – дефлегматор,
IV – сепаратор, V –
конденсатор, VI – сборный бак
Рисунок 1.87 Ректификационная установка
Особенность работы ректификационной
установки заключается в том, что в ней происходит многократной тепло- и
массообмен в одном аппарате без ограничительных твердых поверхностей.
Ректификационная
колонка представляет собой цилиндрический сосуд с установленными по высоте
тарелками или полками, в которых имеются сетки или колпачки для пропуска
паровой фазы.
В перегонном кубе I происходит при подводе тепла испарение бинарной
жидкости с образованием паровой фазы 1. Пары жидкости поднимаются вверх,
проходя через тарелки, заполненные дистиллятом (флегмой), который получается в
дефлегматоре III. Надежное контактирование пара и флегмы обеспечивается
специальной конструкцией колпачка, через который проходят пузырьки пара.
Движение пара и флегмы происходит по противоточной схеме.
На выходе из ректификационной колонны паровая фаза
характеризируется состоянием 8 (рисунок 1.88).
Пар из колонны поступает в дефлегматор III, где
отдает тепло и частично
конденсируется (линия ). В сепараторе IV влажный пар разделяется.
Сухой пар 10 поступает в конденсатор V, полностью
конденсируется (за счет отвода тепла ) и подается в бак VI. Жидкость (флегма) состояния 9
поступает в верхнюю тарелку ректификационной колонны, где нагревается
поднимающимся паром состояния 6.
В результате контактного тепло- и
массообмена флегма нагревается (линия ), а пар охлаждается (линия ). Часть пара конденсируется (линия ), а остальной пар состояния 8 направляется на выход из
колонны.
Флегма состояния 7 по перепускным трубам опускается
в нижнюю тарелку. На этом уровне флегма нагревается паром состояния 4 (линия ). Как и на верхнем уровне здесь происходит частичная
сепарация пара и разделение влажного пара на сухой пар состояния 6 и флегму
состояния 5. Эти процессы протекают и в других более низких уровнях.
В процессе ректификации флегма испаряется за счет
тепла конденсирующихся паров и обедняется легкокипящими компонентами.
Поднимающиеся пары, наоборот, обогащаются легкокипящими компонентами.
Теоретически количество флегмы на
каждом уровне остается неизменным (кг/кг пара). В реальных условиях это
количество может колебаться в зависимости от соотношения отрезков:
(1.202)
Число тарелок выбирается исходя из
требований к качеству получаемой продукции, и определяется
технико-экономическим расчетом ректификационной установки. Из каждой тарелки
может производиться отбор флегмы соответствующего состава (соотношения
компонентов). Так, например, при переработке нефти из различных уровней
(тарелок) отбирается бензин, керосин, лигроин и др. Остатком переработки нефти
является жидкий мазут.
Коэффициент эффективности каждого
уровня и, следовательно, установки в целом определяется величиной поверхности
контакта паровой и жидкой фаз, скоростью их движения через колонну, расстоянием
между тарелками, высотой слоя жидкости на тарелке, давлением в колонне и
физико-химическими свойствами перегоняемой жидкой смеси. Высота
ректификационной колонны определяется количеством флегмы на 1 кг жидкой смеси и
увеличивается с уменьшением последней.
Флегмовое число для расчета
ректификационной установки выбирается из отношения:
, (1.203)
где - минимальное
флегмовое число;
- содержание
легкокипящего компонента в исходной жидкости;
- содержание
легкокипящего компонента в дистилляте;
- содержание
легкокипящего компонента в паре.
Расход
пара определяется из уравнения теплового баланса ректификационной установки:
, (1.204)
где - тепло, уносимое
парами в дефлегматор;
- потери тепла в
окружающую среду;
- тепло, уносимое
остатками испаряемой жидкости;
- тепло, вносимое
начальной смесью;
- тепло, вносимое
флегмой;
h - энтальпия пара;
- энтальпия конденсата.