Бинарная ректификация

Цель работы: Изучить теоретические основы ректификации бинарных смесей. Ознакомиться с принципом работы ректификационной установки непрерывного действия. Научиться составлять материальный баланс процесса, определять оптимальное флегмовое число процесса и высоту тарельчатой ректификационной колонны.

Ректификация – это процесс разделения жидких гомогенных смесей на компоненты путем взаимодействия жидкости и пара, полученного испарением данной жидкости. Процесс ректификации проводят на ректификационных установках.

Схема ректификационной установки непрерывного действия:

[pic 1]

Рисунок 1 - Схема ректификационной установки непрерывного действия

1 – емкость исходной смеси; 2 – насос подачи исходной смеси;

3 – подогреватель исходной смеси; 4 – ректификационная колонна;

5 – дефлегматор-конденсатор; 6 – сборник конденсата; 7 – насос подачи флегмы; 8 – кипятильник

Ректификационная колонна 4 имеет цилиндрический корпус, внутри которого установлены контактные устройства в виде тарелок. Исходная смесь или питание колонны, предварительно нагревшись до температуры кипения в подогревателе 3, поступает в колонну на определенную тарелку, которая называется тарелкой питания и стекает вниз. Тарелка питания делит колонну на две части: верхнюю или укрепляющую часть и нижнюю или исчерпывающую часть. Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из кипятильника 8, который находится вне колонны, т. е. является выносным (как показано на рисунке 1), либо размещается непосредственно под колонной. С помощью кипятильника создается восходящий поток пара по колонне. Пары, поднимаясь вверх по колонне, проходят через слой жидкости на каждой тарелке и обогащаются легколетучим компонентом (т.е. компонентом бинарной смеси с более низкой температурой кипения). Жидкость, стекая вниз по колонне, наоборот обогащается тяжелокипящим компонентом (т.е. компонентом бинарной смеси с более высокой температурой кипения). Пары, выходящие сверху колонны, поступают в дефлегматор-конденсатор 5, там они конденсируются, и образовавшийся конденсат поступает в делитель жидкости 6. Из делителя жидкости 6 выходят два потока: один представляет собой дистиллят или верхний продукт процесса, который выводится с установки, второй – флегма, поток, возвращаемый в колонну на орошение, он необходим для повышения качества разделения исходной бинарной смеси. Жидкость, выходящая снизу колонны (практически чистый тяжелокипящий компонент) также делится на две части: одна часть, направляется в кипятильник для испарения, а другая – нижний продукт процесса или кубовый остаток отводится с установки.

Материальный баланс процесса: [pic 2]

Где     – массовый расход исходной смеси, кг/ч;[pic 3]

– массовый расход дистиллята, кг/ч;[pic 4]

– массовый расход кубового остатка, кг/ч[pic 5]

– массовая доля легколетучего компонента в питании, мас. дол.;[pic 6]

– массовая доля легколетучего компонента в дистилляте, мас. дол.;[pic 7]

– массовая доля легколетучего компонента в кубовом остатке, мас. дол.[pic 8]

Как правило, при расчете процесса ректификация заданы расход исходной смеси и ее состав, а также требования, предъявляемые к качеству верхнего и нижнего продуктов процесса. Решив систему уравнений материального баланса процесса, можно найти расход дистиллята и кубового остатка.

Флегмовое число процесса:

R – флегмовое число – это отношение расхода флегмы к расходу отобранного дистиллята. Оно является очень важным фактором в работе ректификационных колонн. От значения флегмового числа зависит качество разделения исходной смеси, высота и диаметр колонны.

При R = Rmin движущая сила процесса (при  = ) равна нулю. В этом случае для разделения смеси требуется бесконечно большое число тарелок, т.е. высота колонны должна быть бесконечно большая. Чем меньше флегмовое число, тем меньше орошение и тем меньшее количество жидкости надо испарить в кипятильнике и меньшее количество пара надо сконденсировать в дефлегматоре-конденсаторе. Значит, при R = Rmin производительность колонны максимальна, но качество разделения наихудшее. При этом диаметр колонны при заданной скорости жидкого потока минимальный.[pic 9]