ВВЕДЕНИЕ. В химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности для разделения жидких смесей на технически чистые продукты широко применяют ректификацию

В химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности для разделения жидких смесей на технически чистые продукты широко применяют ректификацию. Этот процесс основан на различной летучести составляющих смесь компонентов, т.е. на различии в температурах кипения компонентов при одинаковом давлении. Процесс ректификации осуществляется в противоточных аппаратах, называемых ректификационными колоннами.

Сущность процесса ректификации, происходящего в ректификационных колоннах, заключается в обмене компонентами между паром, поднимающимся вверх по колонне и жидкостью (флегмой), стекающей в колонне вниз навстречу пару. В тарельчатых ректификационных колоннах такой массообмен между паром и жидкостью осуществляется во время барботажа – прохождения пузырьков пара через слой жидкости на тарелке.

На колпачковых тарелках барботаж происходит по периметру колпачков, края которых имеют зубья или прорези для дробления потока пара на отдельные мелкие паровые струйки. При контакте в барботажном слое ректификационной тарелки жидкой и паровой фаз, состоящих из двух компонентов, неравновесных друг другу, возникает процесс тепло– и массообмена между фазами, при котором более низкокипящий компонент (НКК), из жидкости частично испаряется и переходит в паровую фазу, а менее летучий, высококипящий (ВКК) – в жидкость.

В результате такого обмена компонентами поток пара, поднимаясь по колонне, на каждой тарелке все более обогащается НКК, а поток жидкости, стекая вниз, постепенно обогащается ВКК. Пар, поступающий на ректификацию под нижнюю тарелку колонны (рис. 12.1), имеет небольшую концентрацию НКК. Этот пар идет из куба–испарителя, в котором он образуется при кипении бедной НКК жидкости, стекающей в куб–испаритель с нижней тарелки колонны. По мере того, как пар поднимается по колонне, концентрация НКК в нем увеличивается, с верхней тарелки пар уходит в расположенный над колонной конденсатор (дефлегматор) уже с высокой концентрацией НКК. В дефлегматоре этот пар полностью конденсируется. Образовавшаяся жидкость (флегма) с высокой концентрацией НКК поступает на верхнюю тарелку колонны. Стекая в колонне вниз с тарелки на тарелку, флегма теряет НКК и обогащается ВКК. На одну из тарелок в середине колонны непрерывно подают на разделение исходную смесь (питание) F, состоящую из двух компонентов. Часть богатой НКК жидкости из сборника под дефлегматором отбирают в качестве верхнего продукта D – дистиллята. В качестве нижнего продукта – кубового остатка W из куба–испарителя отбирают часть жидкости, бедной НКК. Таким образом, в ректификационной колонне осуществляют непрерывный процесс разделения подаваемой в колонну исходной бинарной смеси на дистиллят D с высоким содержанием НКК и кубовый остаток W с малой концентрацией НКК. Концентрация получаемых продуктов разделения зависит от числа тарелок в колонне и от режима ее работы. Для того, чтобы в кубе–испарителе происходило непрерывное кипение жидкости, куб нагревают, а для концентрации пара, поступающего в дефлегматор, последний охлаждают водой.