Курсовая работа: Ректифікаційна колона
Безперервно діючі ректифікаційні установки. Ректифікаційна колона 1 має циліндричний корпус, усередині якого встановлені контактні пристрої у вигляді тарілок або насадки. Знизу нагору по колоні рухаються пари, що надходять у нижню частину апарата з кип'ятильника 2, що перебуває поза колоною. За допомогою кип'ятильника створюється висхідний потік пари. Пари проходять через шар рідини на нижній тарілці, що будемо вважати першої, ведучи нумерацію тарілок умовно знизу нагору.
Нехай концентрація рідини на першій тарілці дорівнює х1 (по низкокиплячому компоненті), а її температура t1. У результаті взаємодії між рідиною й парою, що має більше високу температуру, рідину частково випаровується, причому в пару переходить переважно НК. Тому на наступну (другу) тарілку надходить пара зі змістом НК y1 > x1.
Рис. 1. Схема безперервно діючої ректифікаційної установки:
1 — ректифікаційна колона (а — зміцнювальна частина; б — вичерпна частина); 2 — кип'ятильник; 3 — дефлегматор; 4 — дільник флегми; 5 — підігрівник вихідної суміші; 6 — холодильник дистиляту (або холодильник-конденсатор; 7 — холодильник залишку (або нижнього продукту); 8, 9 — збірники; 10 — насоси.
спирт ректифікат колона перегонка
Випар рідини на тарілці відбувається за рахунок тепла конденсації пари. З пари конденсується й переходить у рідину переважно ВК, зміст якого у вступнику на тарілку парі вище рівноважного із составом рідини на тарілці. При рівності теплот випару компонентів бінарної суміші для випару 1 моль НК необхідно сконденсувати 1 моль ВК, тобто фази на тарілці обмінюються эквимолекулярными кількостями компонентів.
На другій тарілці рідина має склад х2, містить більше НК, чим на першій (х2 > x1), і відповідно кипить при більше низькій температурі (t2 < t1). Стикаючись із нею, пара состава y1 частково конденсується, збагачується НК і віддаляється на вищерозташовану тарілку, маючи склад у2 > х2, і т.д.
У такий спосіб пар, що представляє собою на виході з кип'ятильника майже чистий ВК, у міру руху нагору усе більше збагачується низкокипящим компонентом і залишає верхню тарілку колони у вигляді майже чистого НК, що практично повністю переходить у парову фазу на шляху пари від кип'ятильника до верху колони.
Пари конденсуються в дефлегматорі 3, охолоджуваному водою, і одержувана рідина розділяється в дільнику 4 на дистилят і флегму, що направляється на верхню тарілку колони. Отже, за допомогою дефлегматора в колоні створюється спадний потік рідини.
Рідина, що надходить на зрошення колони (флегма), являє собою майже чистий НК. Однак, стікаючи по колоні й взаємодіючи з пором, рідина усе більше збагачується ВК, що конденсується з пари.
Коли рідина досягає нижньої тарілки, вона стає практично чистим ВК і надходить у кип'ятильник, що обігрівається глухим пором або інший теплоносій.
На деякій відстані від верху колони до рідини з дефлегматора приєднується вихідна суміш, що надходить на так звану живильну тарілку колони. Для того щоб зменшити теплове навантаження кип'ятильника, вихідну суміш попередньо нагрівають у підігрівнику 5 до температури кипіння рідини на живильній тарілці.
Живильна тарілка як би ділить колону на дві частини, що мають різне призначення. У верхній частині 1а (від живильної до верхньої тарілки) повинне бути забезпечене можливо більше зміцнення пар, тобто збагачення їх НК для того, щоб у дефлегматор направлялися пари, близькі, по составі до чистого НК. Тому дана частина колони називається зміцнювальною. У нижній частині 1б (від живильної до нижньої тарілки) необхідно в максимальному ступені видалити з рідини НК, тобто вичерпати рідину для того, щоб у кип'ятильник стікала рідина, близька по составі до чистого ВК. Відповідно ця частина колони називається вичерпною.
У дефлегматорі 3 можуть бути сконденсовані або всі пари, що надходять із колони, або тільки частина їх, що відповідає кількості флегми, що повертається в колону. У першому випадку частина конденсату, що залишається після відділення флегми, являє собою дистилят (ректифікат), або, верхній продукт, що після охолодження в холодильнику 6 направляється в збірник дистиляту 9. У другому випадку несконденсовані в дефлегматорі пари одночасно конденсуються й прохолоджуються в холодильнику 6, що при такому варіанті роботи служить конденсатором-холодильником дистиляту.
Рідина, що виходить із низу колони (близька по составі ВК), також ділиться на дві частини. Одна частина, як вказувалося, направляється в кип'ятильник, а інша — залишок (нижній продукт) після охолодження водою в холодильнику 7 направляється в збірник 8.
Періодично діючі установки. У виробництвах невеликого масштабу використовуються ректифікаційні установки періодичної дії (рис. 2). Вихідну суміш завантажують у куб 1, постачений нагрівальним пристроєм. Суміш підігрівається до кипіння і її пари надходять під нижню тарілку ректифікаційної колони 2. Піднімаючись по колоні, пари збагачуються HK i яким збіднюється стікаюча долілиць флегма, що надходить із дефлегматора 3 на верхню тарілку колони. Пари з колони направляються в дефлегматор 3, де вони повністю або частково конденсуються, У випадку повної конденсації рідина розділяється за допомогою дільника 4 на флегму й дистилят. Кінцевий продукт (дистилят) прохолоджують у холодильнику 5 і направляють у збірники 6.
Рис. 2. Схема періодично діючої ректифікаційної установки:
1 — куб; 2 — ректифікаційна колона; 3 — дефлегматор; 4 — дільник флегми; 5 — холодильники; 6 — збірники дистиляту.
Після того як досягнутий заданий склад залишку в кубі (про це судять по температурі кипіння рідини в ньому) залишок зливають, завантажують куб вихідною сумішшю й операцію повторюють.
Зіставляючи періодично діючу колону (рис. 2) з ректифікаційною колоною безперервної дії (рис. 1), можна помітити, що перша працює, подібно верхньої частини безперервно-діючої колони, як колона для зміцнення пар, а куб відіграє роль вичерпної частини.
Основним елементом ректифікаційної колони є контактні пристрої.
Конструкція контактного пристрою повинна забезпечувати як можна більшу величину масообміну на ньому. Це досягається в першу чергу шляхом створення розвитої поверхні контакту фаз і такої гідродинамічної обстановки, при якій коефіцієнт масопередачі буде по можливості найбільшим.
У тарілчастих ректифікаційних колонах поверхня контакту фаз утворюється в процесі руху взаємодіючих потоків на тарілках. З тарілки на тарілку рідина перетікає через переливні пристрої (стакани). Для того щоб на поверхні тарілки втримувався певний шар рідини, переливні склянки виступають над тарілкою на деяку висоту. Нижні кінці їх занурені в переливні чаші, розташовані на нижчележачих тарілках, що створює гідравлічний затвор для проходу пари через переливний стакан.
На рис. 4 представлена ситчаста тарілка із двома циліндричними зливальними склянками. Ситчасті тарілки застосовують як для чистих рідин, так і для рідин, що містять суспензії. Для перші отвори мають діаметр 2 – 3 мм, для других – 7 – 8 мм.
У колонах великого діаметра при плині рідини на тарілках створюється значна різниця між рівнями рідини при вході й виході її з тарілки. Внаслідок цього можливий нерівномірний прохід пари через отвори в різних крапках колони. Щоб усунути це явище, тарілки встановлюють із нахилом убік плину рідини; при цьому створюється однаковий рівень її на тарілці.
Істотний недолік ситчастих тарілок у тім, що рідина на них утримується тільки за рахунок тиску пари. Тому при падінні тиску в колоні рідина провалюється через отвори тарілок.
| Рис. 4. Ситчаста тарілка | Рис. 5. Одноковпачкова тарілка | Рис. 6. Тарілка подвійної дії |