Табақшалы ректификация колоннасынын гидродинамикасы

3-ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС.

ТАБАҚШАЛЫ РЕКТИФИКАЦИЯ КОЛОННАСЫНЫҢ ГИДРОДИНАМИКАСЫ

Жұмыстың мақсаты‒үздiксiз жұмыс iстейтiн колоннада өтетiн ректификация үрдісiн үйрену,  концентрациялардың өзгеру сатыларының санын анықтау және табақшалардың орташа ПӘК-iн анықтау.

Жалпы жағдайлар. Химиялық, мұнай өңдеу және т. б. да көптеген өндiрiс орындарын сұйық қоспаларды техникалық таза өнiмдерге айыру үшiн ректификация үрдісi қолданады.  Бұл үрдіс қоспаны құрайтын компонент-тердiң бiрдей қысымда, әр түрлi температураларда буланып ұшуларына негiзделген.  Ректификация үрдісiн қарама-қарсы ағындары бар қондырғы-ларында өткiзедi.  Ондай қондырғыларды ректификациялық колоналар деп атайды. Өндiрiсте кең таралғаны қалпақты,  електi және ойысты табақшалары бар,  табақшалы ректификациялық колонналар.

Ректификациялық колонна арқылы бiр-бiрiне қарама-қарсы ағынмен құрамдары бойынша тепе-теңсiздiктегi бу мен сұйық ағындары өтедi.  Колоннада бу ағыны төменнен жоғары көтерiледi,  ал сұйық жоғарыдан төмен қарай ағады.  Колоннаның әрбiр табақшасында бу мен сұйық бiр-бiрiмен әрекеттесуге түседi.  Осыдан сұйық пен бу арасында тепе-теңдiк жоқ болуына байланысты,  табақшада осылардың арасында массаалмасу үрдісi өтедi.  Нәтижесiнде бу мен сұйық құрамдары өзгередi,  олар тепе-теңдiк жағдайға жақындай түседi. Яғни,  бу төменгi температурада ұшатын компоненттермен қаныға түседi,  ал сұйық жоғары температурада ұшатын компоненттермен қанығады.

Табақшалы ректификациялық колонналарда бу мен сұйық арасында әрекеттесу мен массаалмасу,  бу көпiршiктерiнiң тарелкадағы су қабаттары арқылы өтуi кезiнде болады.  Бұны барботаж үрдісi деп атайды.  Қалпақты табақшаларда барботаж қалпақтардың периметрi бойынша өтедi,  өйткенi қалпақтардың шеткi жақтарында бу ағынын ұсақ бу бөлшектерiне бөлетiн тiстерi немесе кетiктерi болады.  

3.1-суретте бинарлы қоспа,  этилды спирт-суды айыруға арналған зертханалық колоннаның бiр қалпақты табақшасы көрсетiлген.

Табақшаларда өтетiн компоненттер арасындағы массаалмасу арқасында бу ағыны колоннамен жоғары көтерiлген сайын,  спиртпен қаныға түседi,  ал су ағыны табақшалардан төмен қарай аққан сайын құрамындағы спирттен арыла түседi.

[pic 1][pic 2][pic 3]

а) - Бiр қалпақты табақша: 1, 2 - ағу құбырлары;  3-бөгет;  4-қайт-арғыш;  5-бу құбыршасы;  6-қалпақ. б) 1-куб-буландырғыш;  2-колонна;   3-дефлегматор.

3.1-сурет. Ректификациялық колоннаның сызбасы

Ректификациялық колоннаға оның ең төменгi табақшасының астынан келiп түсетiн бу құрамында (3.1а-сурет)  спирттiң концентрациясы өте аз,  өйткенi, бұл бу колоннаға куб-буландырғыштан келiп түседi.  Куб-буландырғышта бу,  колоннаның ең төменгi табақшасынан куб-буландыр-ғышқа келiп түсетiн,  құрамында спиртi өте аз сұйық қайнағанда алынады.

Колоннаның жоғары табақшасынан көтерiлген,  құрамында жоғары концентрациялы спиртi бар бу,  колоннаның жоғары жағында орналасқан конденсаторға (дефлегматор)  келiп түсiп,  ол жерде толығымен конденсацияланады (сұйыққа айналады).  Осы конденсаттың бiр бөлiгi - жоғары концентрациялы спиртi бар сұйық колоннаның жоғарғы табақшасына келiп түседi де,  одан ары табақшалармен төмен қарай ағады. Осы сұйықты флегма деп атайды.  Қалған сұйық дефлегматордан сыртқа қарай, жоғары айырлу өнiмi-дистиллят GД ретiнде алынады.

Колоннаның орта тұсындағы табақшалардың бiреуiне,  бастапқы бинарлық қоспа GF,  үздiксiз берiлiп отырылады,  ал куб-буландырғыштан,  оған келiп түсетiн құрамында спиртi өте аз сұйықтың бiр бөлiгi,  төменгi айырылу өнiмi-кубтың қалдық Gw ретiнде сыртқа алынады.  Осы ретпен, ректификациялық колоннада,  оған үздiксiз берiлiп отырылатын бастапқы қоспа GF-ың құрамында спиртi көп дистиллят GD мен құрамында спиртi өте аз кубтың қалдық Gw-ға айырылып отырылатын үздiксiз айырылу үрдісi жүрiп жатады.  Алынатын айырылу өнiмдерiнiң концентрациялары,  колоннадағы табақшалардың санына және колоннаның қандай кезеңде жұмыс iстейтiндiгiне байланысты болады.