Презентация на тему Ректификационные аппараты

помощи одновременно и многократно повторяемых частичных испарений и

конденсаций.
Простейшими способами перегонки жидких смесей являются:
частичное испарение жидкости и конденсация полученных паров с отводом конденсата (простая перегонка) и
частичная конденсация паров перегоняемой смеси с отводом конденсата (простая конденсация). Каждый из этих процессов в отдель­ности не приводит к получению достаточно чистых продуктов, но, осуществляя оба эти процесса одновременно и многократно в противоточных колоннах, можно достичь разделения жидкой смеси на чистые, составляющие смесь компоненты.

осуществляют в ректификационной установке, включающей
ректификационную колонну,
дефлегматор,
холодильник-конденсатор,
подогреватель

исходной смеси,
сборники дистиллята и кубового остатка. Дефлегматор, холодильник-конденсатор и подогреватель представляют собой обычные теплообменники. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам сверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы.

жидкости протекают снизу вверх, а навстречу парам сверху вниз

протекает жидкость, подаваемая в верхний элемент колонны.
Между жидкой и паровой фазами возникает массообмен, вследствие которого пары по мере их продвижения по колонне обогащаются легколетучим компонентом, а жидкость—менее летучим компонентом.
Пар, выходящий из верхней части колонны, представляет собой более или менее чистый легколетучий ком­понент, конденсация которого дает готовый продукт—дистиллят, а из нижней части колонны вытекает сравнительно чистый менее летучий компонент, так называемый кубовый остаток, который, так же как и дистиллят, может быть конечным продуктом перегонки.

е г м о й; ее получают путем конденсации

паров, поднимающихся из верхней части колонны, в специальных конденсаторах— д е ф л е г м а т о р а х.
Для образования паров нижний элемент колонны снабжают греющими приспособлениями в виде змеевиков или трубчаток, в которые и подводят необходимое количество тепла, в большинстве случаев с греющим водяным паром.
Степень разделения жидкой смеси на составляющие ее компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность фазового контакта, а последнее определяется количеством орошаемой жидкости — флегмы и конструктивным оформлением аппарата.

386) перегоняемую смесь загру­жают в куб 1, нагревают глухим

паром до температу­ры кипения и затем непре­рывно поддерживают состоя­ние кипения. Образующийся в кубе пар поступает в колонну 2 (так называемую укрепляющую колон­ну), где происходит процесс ректификации.

в дефлегматор 3, где часть его конденсируется и в

виде жидкости—флегмы стекает обратно на верхнюю тарелку для орошения колонны.
Несконденсировавшиеся пары из дефлегматора поступают в холодильник 4, где они полностью конденсируются, и полученный жидкий дистиллят охлаждается до заданной температуры.
Из холодильника дистиллят поступает через контрольный фонарь в сборник 5. По ареометру, который находится в фонаре, контролируют конденсацию дистиллята по удельному весу. Наблюдая через фонарь за протеканием дистиллята, регулируют скорость перегонки. Если при перегонке нужно отобрать несколько фракций с различной температурой кипения, то устанавливают несколько сборников дистиллята (по числу фракций) и по мере протекания перегонки собирают фракции в отдельные сборники.

чтобы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком

пара с большей концентрацией труднолетучего (высококипящего) компонента, чем в смеси.
Поэтому в установках для непрерывной ректификации (рис. 387) колонны выполняют из двух частей: нижней / (исчерпыпвающей) и верхней 3 (укрепляющей). В исчерпывающей части колонны проис­ходит удаление легколетучего компонента из стекающей вниз жидкости, а в верхней—обогащение поднимающихся вверх паров легко­летучим компонентом.

387. Схема непрерывно действующей ректификационной установки:
/—исчерпывающая часть колонны; 2—подогреватель исходной смеси; 3—укрепляющая часть колонны; 4— напорный резервуар; 5—дефлегматор; 6—холодильник-кондеисатор; 7—сборник дистиллята; 8—сборник ку­бового остатка; 9—контрольный смотровой фонарь.

напорного резервуара 4 на верхнюю тарел­ку исчерпывающей части колон­ны

(так называемую питатель­ную тарелку). Проходя до колонны через подогреватель 2, смесь подогревается обычно до температуры кипения на питательной тарелке. На питательной тарелке жидкость смешивается с флегмой из укрепляющей части колонны и, стекая по тарелкам, взаимодействует с поднимающимся навстречу паром, более богатым труднолетучим (высококипящим) компонентом; при этом из жидкости удаляется легколетучий (низкокипящий) компонент.
Таким образом, в исчерпывающей части колонны происходит про­цесс ректификации (исчерпывания) жидкости. В нижний элемент колонны стекает жидкость, состоящая почти целиком из труднолетучего компонента. Часть ее, так называемый кубовый остаток, непрерывно ОТВОДИТСЯ, а остальная часть испаряется за счет тепла глухого греющего пара, подводимого в нижний элемент колонны (кипятильник).

вверх, обогащается легко­летучим компонентом и поступает в дефлегматор 5.

Здесь часть пара конденсируется и возвращается в колонну, где стекает в виде флегмы сверху вниз. Другая часть пара поступает в холодильник-конденсатор 6, где происходят его конденсация и охлаждение полученного дистиллята; дистиллят направляется в сборник 7. Греющий пар подводится, в змеевик, установленный в кубе колонны; из куба непрерывно стекает в сборник 8 остаток от перегонки, т. е. почти чистый менее летучий компонент.

387. Схема непрерывно действующей ректификационной установки:
/—исчерпывающая часть колонны; 2—подогреватель исходной смеси; 3—укрепляющая часть колонны; 4— напорный резервуар; 5—дефлегматор; 6—холодильник-кондеисатор; 7—сборник дистиллята; 8—сборник ку­бового остатка; 9—контрольный смотровой фонарь.

колпачковые,
ситчатые,
насадочные,
пленочные трубчатые колонны
центробежные пленочные ректификаторы.

Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата, назначение которого — обеспечение взаимодействия жидкости и пара. Это взаимодействие происходит при барботировании пара через слой жидкости на тарелках (колпачковых или ситчатых) либо при поверхностном контакте пара и жидкости на насадке или поверхности жидкости, стекающей тонкой пленкой.

ее компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубо­вого остатка

зависят от того, насколько развита поверх­ность фазового контакта, а последнее определяется коли­чеством орошаемой жидкости—флегмы и конструктивным оформлением аппарата.
Наиболее наглядно процесс ректификации можно проследить на схеме тарельчатой колонны (рис. 385).
Колонна состоит из ряда горизонтально расположенных перегородок-тарелок, имеющих большое число отверстий и переливные трубки, верхние концы которых высту­пают на 30—50 мм выше тарелки, а нижние — находятся в жидкости на нижележащей тарелке, что обеспечивает поддержание на тарелках определенного постоянного уровня жидкости. На нижнюю тарелку поступает пар из куба колонны, а сверху подается флегма.

патрубок;
4 - переливная трубка.
Схема устройства тарельчатой(колпачковой)колонны: 1 - тарелка;2 - колпачок; 3-

паровой патрубок;4 - переливная трубка.

паровые патрубки колпачков и барботируют через слой жидкости, в

которую частично погружены колпачки. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези, расчленяющие пар на мелкие струйки для увеличения поверхности соприкосновения его с жидкостью.
Переливные трубки служат для подвода и отвода жидкости и регулирования ее уровня на тарелке. Основной областью массообмена и теплообмена между парами и жидкостью, как показали исследования, является слой пены и брызг над тарелкой, создающийся в результате барботажа пара.
Высота этого слоя зависит от размеров колпачков, глубины их погружения, скорости пара, толщины слоя жидкости на тарелке, физических свойств жидкости и др.

колпачковых тарелок, применяют также
клапанные,
желобчатые,
S-образные,
чешуйчатые,
провальные

и другие конструкции тарелок.
Клапанные тарелки (рис. 6) показали высокую эффективность при значительных интервалах нагрузок благодаря возможности саморегулирования.
Площадь живого сечения отверстий для пара составляет 10—15% площади сечения колонны.
Скорость пара достигает 1,2 м/с. Клапаны изготовляют в виде пластин круглого или прямоугольного сечения с верхним (рис. б) или нижним (рис. в) ограничителем подъема.

обеспечивают движение пара и жидкости в одном направлении, способствуя

выравниванию концентрации жидкости на тарелке. Площадь живого сечения тарелки составляет 12—20% от пло­щади сечения колонны. Коробчатое поперечное сечение элемента создает значительную жесткость, позволяющую устанавливать его на опорное кольцо без промежуточных опор в колоннах диа­метром до 4,5 м.

Тарелка с S-образными элементами: а - общий вид; 6 - схема

направлении потока жидкости. Они работают наиболее эффективно при струйном

режиме, возникающем при скорости пара в чешуях свыше 12 м/с. Площадь живого сечения составляет 10% площади сечения колонны. Чешуи бывают арочными и лепестковыми; их располагают на тарелке в шахматном порядке. Простота конструкции, эффективность и большая производительность — преимущества этих тарелок.

пластин, расположенных под углом 4—9° к горизонтам. В зазорах

между пластинами проходит пар со скоростью 20 — 50 м/с. Над пластинами установлены отбойные щитки, уменьшающие брызгоунос. Эти тарелки отличаются большой производительностью, малым сопротивлением и простотой конструкции.

колосниковые, трубчатые, ситчатые (плоские или волнистые без сливных уст­ройств).

Площадь живого сечения тарелок изменяется в пределах 15—30%. Жидкость и пар проходят попеременно через каждое отверстие в зависимости от соотношения их напоров. Та­релки имеют малое сопротивление, высокий к. п. д., работают при значительных нагрузках и отличаются простотой конструкции.


Провальные тарелки: а, б -решетчатые; в, г - трубчатые; 1 -щели; 2 - труба; 3 - перфорированный лист; 4 - коллекторы.

пленки жидкости с паром, движущимся со скоростью 14— 45

м/с. Площадь живого сечения тарелки достигает 30%.









Схемы работы клапана прямоточной тарелки стандартной конструкции при нагрузках по парам: а - малых; б - средних; в - больших.

жидкого воздуха.
Массо- и теплообмен между паром и жидкостью

в основном происходят на некотором расстоянии от дна тарелки в слое пены и брызг.
Ситчатые тарелки необходимо устанавливать строго горизонтально для обеспечения прохождения пара через все отверстия тарелки, а также во избежание стекания жидкости через них.
Обычно диаметр отверстий ситчатой тарелки принимают в пределах 0,8—3,0 мм.

собой цилиндрические аппараты, заполненные инертными материалами в виде кусков

определенного размера или насадочными телами, имеющими форму, например, колец, шаров для увеличения поверхности фазового контакта и интенсификации перемешивания жидкой и паровой фаз.

Для колонн большого диаметра трудно достичь высокой эффективности. Однако

известны отдельные конструкции насадочных аппаратов диаметром до 12 м.
Корпус 1 абсорбционной насадочной колонны выполняют (см. рис. 2.11) либо цельносварным, либо из отдельных царг с приварными или съемными крышками. Насадочные аппараты весьма чувствительны к неравномерности орошения, поэтому жидкость для орошения насадки подается через распределительную тарелку 2. Насадку 3 располагают по высоте аппарата в несколько слоев (секций) и укладывают на опорные решетки 4. Для загрузки и выгрузки насадки в верхней и нижней частях каждой секции обычно устанавливают люки 6 и 8. При больших нагрузках по газу и перепаде давлений 400-700 Па на 1 м высоты насадки, сверху на каждый слой укладывают удерживающую решетку, предотвращающую выброс насадки.

Газ и жидкость движутся противотоком. При этом газ вводится

в колонну снизу через штуцер А, а выводится через штуцер Б. Орошающая жидкость вводится сверху через штуцер В, а выводится через штуцеры Г и Д.
При стекании жидкости по насадке происходит ее перераспределение и на некотором расстоянии от распределительной тарелки равномерность орошения может резко уменьшиться. При этом жидкость течет вдоль стенки аппарата, а центральная часть насадки остается не орошенной. Для исключения этого явления насадочное пространство разделяют на слои и устанавливают между слоями перераспределительные тарелки 5, которые собирают жидкость и распределяют ее вновь по сечению аппарата.
Корпус и внутренние устройства серийно выпускаемых насадочных аппаратов изготовляют из тех же материалов, что и для тарельчатых массообменных аппаратов.

в процессах массообмена, протекающих под давлением или в условиях

неглубокого вакуума. Эта насадка обладает рядом преимуществ, одно из которых состоит в практическом отсутствии проблемы выбора материала. Насадку можно изготовить из металлов, полимеров, керамики.

насадки применяют дробленные горные породы (кварц, андезит, кокс). Размеры

кусковой насадки – 25-100 мм при беспорядочной засыпке. Достоинством насадки являются: дешевизна, химическая стойкость. Недостатком: малая удельная поверхность, малый свободный объем.








Блочные насадки. а - щелевые блоки; б - решетчатые блоки; в - сотовые блоки. 

Блочные насадки. а - щелевые блоки; б - решетчатые блоки; в - сотовые блоки. Кусковая насадка.

Блочные насадки. а - щелевые блоки; б - решетчатые блоки; в - сотовые блоки. Кусковая насадка.

кольца Рашига (рис. 2.12, а). Изготавливаются из керамики, фарфора, пластмассы, металлов,

углеграфитовых масс. Диаметр колец 25-150 мм. Кольца диаметром до 50 мм загружаются навалом. При больших диаметрах кольца укладываются рядами.
Существуют и другие кольцевые насадки: кольца с простой и крестообразной перегородкой, с прободенными стенками и т. д.
Насадка Рашига имеет небольшую стоимость, но малоэффективна. Для повышения эффективности массообмена кольцевую насадку изготовляют перфорированной и с внутренними перегородками – кольца Палля (ФРГ) (рис. 2.12, б) и их модификации. К кольцевой насадке с перфорированной цилиндрической частью и внутренними перегородками относится насадка «Каскад-мини-ринг» (рис. 2.12, в).

больше, чем кольцевая) и большой свободный объем. Такую насадку

выпускают, главным образом, в виде седел «Инталокс» (рис. 2.12, г) и седел Берля (рис. 2.12, д) из керамики и пластмассы размером 37×37 мм и 50×50 мм. Особое место среди седловидных насадок занимает насадка «Инталокс метал» (рис. 2.12, е), обладающая высокой эффективностью.

меньшим гидравлическим сопротивлением и поэтому особенно пригодна для процессов

вакуумной ректификации. К недостаткам следует отнести их высокую чувствительность к равномерности орошения.
Простейшая регулярная насадка – плоскопараллельная – представляет собой пакеты, набираемые из плоских вертикальных, обычно металлических пластин толщиной 0,4-1,2 мм, расположенных параллельно с одинаковым зазором 10-20 мм. Высота пакета пластин 400-1000 мм. Наружный диаметр пакета соответствует внутреннему диаметру колонны. Для повышения равномерности распределения жидкости в колонне, пакеты устанавливают один над другим, взаимно повернутыми на угол 45-900. Недостатки этой насадки: высокая металлоемкость, плохое перераспределение жидкости, сравнительно низкая эффективность.

выполняют с рифлением или с различными турбулизирующими элементами. Так,

насадка состоит из вертикальных, параллельно расположенных листов, имеющих поперечные окна с отогнутыми лепестками (рис. 2.13, а). Соседние по высоте лепестки отогнуты в противоположные стороны и делят колонну в продольном направлении на контактные камеры. Газ, поднимаясь по колонне, проходит через камеры, многократно меняя направление движения при ударе о лепестки. Жидкость, стекая по насадке с лепестка на лепесток, распыляется восходящим газовым потоком.

(рис. 2.13, е) рекомендована для процессов ректификации, проводимых под вакуумом.

Пакеты такой насадки высотой 150-200 мм изготовляют из тканой проволочной сетки толщиной 0,2 мм. В последнее время разработана высокоэффективная насадка «Зульцер» (рис. 2.13, ж) из гофрированной сетки толщиной 0,16 мм, а также регулярная насадка «Роли пак», образованная ярусами наклонных листов с прорезями (рис. 2.13, з).

из пучка вертикальных труб, по внутренней поверхности которых тонкой

пленкой стекает жидкость, взаимодействуя с поднимающимся по трубам паром.
Пар поступает из куба в трубки. Флегма образуется в дефлегматоре непосредственно на внутренней поверхности трубок, охлаждаемых водой в верхней их части. Диаметр применяемых трубок-5--20 мм. Эффект работы пленочного аппарата возрастает с уменьшением диаметра трубок.
Трубчатые колонны характеризуются простотой изготовления, высокими коэффициентами массопередачи и весьма малыми гидравлическими сопротивлениями движению пара. Многотрубные (и длиннотрубные) колонны с искусственным орошением имеют значительно меньшие габаритные размеры и массу, чем тарельчатые.