Технологическая схема установки

Установка состоит из ректификационной колонны 1, представляющей собой вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого расположены контактные устройства (насадка, тарелка). Снизу вверх по колонне движется поток пара, поступающий из испарителя 9, находящегося рядом или под самой колонной. Поступающий в колонну пар по составу представляет собой практически чистый высококипящий компонент. На каждой тарелке при его перемешивании по колонне происходит конденсация поднимающегося пара, и за счет теплоты его конденсации — испарение находящегося в этой зоне низкокипящего компонента.

Таким образом, происходит постоянное удаление из поднимающегося пара высококипящего компонента и обогащение пара низкокипящим. В результате в верхней части колонны в дефлегматоре 2 конденсируются практически чистые пары низкокипящего компонента. Получаемая жидкость в делителе 3 делится на 2 потока. Первый поток — флегма, возвращается в колонну, создавая тем самым нисходящий поток жидкости, состоящей практически из чистого низкокипящего компонента. Стекая вниз по колонне и взаимодействуя с восходящим паром, флегма постоянно обогащается конденсирующимся в ней высококипящим компонентом, заменяющим постоянно испаряющийся низкокипящий компонент. В результате жидкость, достигающая нижней части колонны и поступающая в испаритель, состоит практически из высококипящего компонента.

Подаваемую на разделение исходную смесь подогревают до температуры кипения в теплообменнике 10 и подают в питающую зону колонны.

Зона питания делит колонну на две части. Верхняя (укрепляющая) часть 1а обеспечивает наибольшее укрепление поднимающихся паров, т. е. обогащение их низкокипящим компонентом. Нижняя, или кубовая (исчерпывающая) часть 1б, обеспечивает наибольшее удаление из жидкости низкокипящего компонента.

Второй поток жидкости, получаемый в дефлегматоре и называемый дистиллятом, поступает в холодильник — теплообменник 4, а затем в сборник 6 и перекачивается в качестве целевого продукта насосом 5.

Жидкость, выходящая из нижней части колонны, также делится на два потока. Первый возвращается в испаритель, далее в виде пара подается в колонну, второй, называемый кубовым остатком, после охлаждения в холодильнике 8 направляется в сборник 7.

Классификация ректификационных колонн.

В ректификационных установках используют главным образом аппараты двух типов: насадочные и тарельчатые ректификационные колонны. Кроме того, для ректификации под вакуумом применяют пленочные и роторные колонны различных конструкций.

Насадочные, барботажные, а также некоторые пленочные колонны по конструкции внутренних устройств (тарелок, насадочных тел и т. д.) аналогичны абсорбционным колоннам. Однако в отличие от абсорберов ректификационные колонны снабжены теплообменными устройствами — кипятильником (кубом) и дефлегматором. Кроме того, для уменьшения потерь тепла в окружающую среду ректификационные аппараты покрывают тепловой изоляцией.

Барботажные колонны в процессах ректификации наиболее широко распространены. Они применимы для больших производительностей, широкого диапазона изменений нагрузок по пару и жидкости и могут обеспечить весьма четкое разделение смесей. Недостаток барботажных аппаратовотносительно высокое гидравлическое сопротивление — в условиях ректификации не имеет такого существенного значения, как в процессах абсорбции.

В насадочных колоннах используются насадки различных типов, но в промышленности наиболее распространены колонны с насадкой из колец Рашига. Меньшее гидравлическое сопротивление насадочных колонн по сравнению с барботажными особенно важно при ректификации под вакуумом. Даже при значительном вакууме в верхней части колонны вследствие большого гидравлического сопротивления ее разрежение в кипятильнике может оказаться недостаточным для требуемого снижения температуры кипения исходной смеси.

В самой ректификационной колонне не требуется отводить тепло, как в абсорберах. Поэтому трудность отвода тепла из насадочных колонн является скорее достоинством, чем недостатком насадочных колонн в условиях процесса ректификации.

В насадочных колоннах поверхностью контакта фаз является смоченная поверхность насадки. Поэтому насадка должна иметь, возможно, большую поверх-ность в единице объема. Вместе с тем для того, чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим требованиям:

• 1) хорошо смачиваться орошающей жидкостью, т. е. материал насадки по отношению к орошающей жидкости должен быть лиофильным;
• 2) оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, т. е. иметь возможно большее значение свободного объема или сечения насадки;
• 3) создавать возможность для высоких нагрузок аппарата по жидкости и газу; для этого насадка должна также иметь большие значения или SCB;
• 4) иметь малую плотность;
• 5) равномерно распределять орошающую жидкость;
• 6) быть стойкой к агрессивным средам;
• 7) обладать высокой механической прочностью;
• 8) иметь невысокую стоимость.

Классификация тарельчатых контактных устройств:

Способу организации перелива жидкости с тарелки на тарелку различают тарелки с переточными устройствами и тарелки без переточных устройств (провального типа). У тарелок первого типа жидкость перетекает с тарелки на тарелку через специальные каналы, которые не предназначены для прохода пара. У тарелок второго типа пар (газ) и жидкость проходят через одни и те же отверстия, при этом места стока жидкости и прохода газа (пара) устанавливаются на тарелке случайным образом;

По числу потоков жидкости тарелки выполняют одно-, двухи многопоточными. Последние применяют в колоннах большого диаметра и при значительных расходах жидкости с целью обеспечения равномерного уровня жидкости на тарелке и распределения паров по площади контактного устройства;

В зависимости от диаметра аппарата тарелки выполняют со сплошным полотном или разборной конструкции. Первые применяют при сравнительно небольших диаметрах колонн, причем для ремонта на таких тарелках предусматривают люки. Разборные тарелки собирают из отдельных элементов, размеры которых позволяют заносить их в колонну через люки.

В зависимости от направления движения газовой и жидкой фаз в зоне контакта различаются тарелки с перекрестным током (барботажные), прямоточные (струйные) и противоточные. Прямоточные тарелки наиболее производительны, однако они не обладают достаточно высокой эффективностью. Поэтому на практике стремятся задержать развитие прямоточного движения, устанавливая отбойники или вертикальные перегородки в каналах смежных элементов тарелки, изменяя при этом направление ввода пара в смежные элементы.

По типу контактных смежных элементов тарелки разделяют: на колпачковые, клапанные, ситчатые, решетчатые, S — образные, комбинированные и специальные.

Для создания уровня жидкости на тарелке верхние концы переливных труб делают немного выше плоскости тарелки. Чтобы жидкость перетекала только по переливным трубам, а не через патрубки, верхние концы патрубков должны быть выше уровня жидкости. Нижние края колпачков погружены в жидкость так, чтобы уровень жидкости был выше верха прорезей.

Перфорацию выполняют либо в виде круглых отверстий диаметром 2−6 мм и шагом t = (3 — 5) • d. Относительная площадь отверстий составляет от 8 до 30% в зависимости от производительности тарелки по пару. При отсутствии переливного устройства ситчатая тарелка работает в провальном режиме, т. е. через отверстия снизу вверх проходит газ, а сверху вниз — жидкость.

Некоторую разновидность ситчатой провальной тарелки представляют собой конструкции с переменной величиной перфорации — тарелки с двойной перфорацией имеют в центральной части отверстия малого диаметра (~ 2 мм), а на периферийной кольцевой части отверстия большого диаметра (~ 6 — 8 мм). В таких тарелках через мелкие отверстия проходит газ, а через крупные — жидкость и газ, т. е. крупные отверстия выполняют роль переливного устройства.