Ректификационная колонна

Ректификация (от лат. rectus– прямой, простой и facio–делаю), разделение многокомпонентных жидких смесей на отдельные компоненты путем двустороннего массообмена и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися противоположно друг другу. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.

Разделение осуществляется обычно в колоннах аппаратах при многократном или непрерывном контакте фаз. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары, а из паровой конденсируются преимущественно высококипящий компонент, переходящий в жидкость. В результате обмена компонентами между фазами, в конечном счете, пары представляют собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары, выходящие из верхней части колонны, после их конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (верхний продукт) и флегму – жидкость, возвращающую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися в колонне парами. Снизу удаляется жидкость, представляющая собой почти чистый высококипящий компонент – кубовый остаток (нижний продукт). Часть остатка испаряют в нижней части колонны для получения восходящего потока пара.

По способу проведения различают непрерывную и периодическую ректификацию. В первом случае разделяемая смесь непрерывно подается в ректификационную колонну и из колонны непрерывно отводится в две и более число фракций, обогащенных одними компонентами и обедненных другими. При периодической ректификации исходная жидкая смесь единовременно загружается в куб колонны, емкость которого соответствует желаемой производительности. Операция продолжается до полной переработки первоначально загруженной смеси.

В промышленности для проведения процесса ректификации используют два типа колонн:

• тарельчатые, в которых контактные устройства выполнены в виде тарелок, расположенных на определенном расстоянии друг от друга;
• насадочные, в которых контактные устройства заполняют практически весь объем колонны.

Конструкции тарелок весьма разнообразны, часть из них стандартизована. Выбор типа тарелки определяется видом смеси, производительностью колонны, требованиями по степени ректификации, качеству разделяемых компонентов (фракций) и т.п. Тарельчатые колонны используются, как правило, в крупнотоннажных производствах.

В тарельчатых контактных устройствах интенсификация процесса тепломассообмена между взаимодействующими жидкой и паровой фазами обеспечивается, в основном, за счет максимально возможного увеличения относительной скорости движения фаз. (Предельная интенсивность процесса достигается при турбулизации двухфазной системы, однако, в традиционных конструкциях тарелок достичь турбулентного течения не удается из-за ограничений по скорости паровой фазы, обусловленных «захлебыванием» колонны и недопустимо высокими потерями давления в тарелках).

В аппаратах с колпачковыми тарелками  газ проходит через патрубки на тарелках, прикрытые колпачками. Колпачки имеют прорези, через которые происходит барботаж газа, что увеличивает площадь поверхности контакта фаз. Кроме того, колпачки предотвращают проливание жидкости сквозь тарелку. Высота расположения колпачков над патрубками регулирует скорость движения газа. Колпачки чаще всего имеют круглую форму (диаметр 60, 80, 100 мм).

Основные области промышленного применения ректификации – получение отдельных фракций и индивидуальных углеводородов из нефтяного сырья в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а также получение многих органических и неорганических продуктов в химической технологии. Ректификация широко используется и в других отраслях народного хозяйства: цветной металлургии, коксохимической, лесохимической, пищевой, химико-фармацевтической промышленностях.

1. Павлов К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии – М : Альянс 2005 г - 575
2. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского – М: Химия, 2007 г – 493 с
3. Лащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справочник / А.А.Лащинский, А.Р.Толчинский – Л.: Машиностроение, 1970 г – 752 с.
4. Каталог: Колонные аппараты. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987.
5. Воробьева, Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. – М.: Химия, 1975. – 816 с