Министерство аграрной политики и продовольствия Украины

Ректификация представляет собой разделение смеси на составляющие её компоненты в результате многократного частичного испарения жидкости и конденсация паров.

Ректификация производится в колонных аппаратах, снабжённых контактными устройствами (тарелками различной конструкции), либо заполненных насадкой, изготовленной из различных материалов (керамика, металл, дерево). Процесс взаимодействия пара с жидкостью происходит в противотоке, и в каждом контактном устройстве пары конденсируются, а жидкость частично испаряется за счёт теплоты конденсации пара. Таким образом, пар обогащается легколетучим компонентом, а жидкость стекающая вниз колонны - труднолетучим компонентом. В результате многократного взаимодействия пара и жидкости дистиллят содержит почти чистый легколетучий компонент, a кубовый остаток труднолетучий. (с. 356 [2])

Процесс ректификации иллюстрируется t – xy – диаграммой. При нагревании жидкой смеси состава х₁ до температуры кипения t₁ получим пар равновесного состава, после конденсации которого образуется жидкость состава х₂, обогащенная легколетучим компонентом. В результате последующего нагревания этой жидкости до температуры кипения t₂ и конденсации паров получают жидкость состава х₃. Таким образом, проводя многократное испарение жидкости и конденсацию паров, можно разделить исходную смесь на чистые легколетучий и труднолетучий компоненты.

Любая ректификационная установка состоит из колонной чисти, в которой расположены тарелки или насадка, и кипятильника (куба), представляющего собой кожухотрубчатый или змеевиковый теплообменник. Кипятильник может быть встроенным в нижнюю колонную часть либо вынесенным за пределы колонны.

В пищевой промышленности используют главным образом тарельчатые и насадочные ректификационные колонны.

Ректификационная установка непрерывного действия показана на рис.1. Исходная смесь, нагретая в подогревателе подаётся на тарелку питания ректификационной колонны и за счёт теплоты, поступающей из кипятильника, разделяется в результате ректификации на дистиллят и кубовый остаток. Пары выходящие из колонны, конденсируются полностью или частично в дефлегматоре. В случае полной конденсации паров полученный дистиллят в разделительном сосуде разделяется на две части. Одна часть флегма через гидрозатвор поступает на орошение,

Рис. 1 Ректификационная установка непрерывного действия.

1 – сборники; 2 – подогреватель; 3 – ректификационная колонна; 4 – дефлегматор; 5 – разделительный сосуд; 6 – холодильники; 7 – насосы; 8 – кипятильник.

В случае неполной конденсации паров в дефлегматоре они поступают в конденсатор – холодильник, где конденсируются и охлаждаются. Кубовый остаток в зависимости от его ценности либо собирается, либо как сточные воды направляется на утилизацию.

На практике часто встречаются случаи разделения исходной смеси на три и более части. Так в спиртовом производстве из бражки выделяют этиловый спирт, эфироальдигидную фракцию и сивушные масла.

Ректификационная установка для разделения многокомпонентной смеси показана на рис. 2. Установка многоколонная предназначена для непрерывного разделения исходной смеси на три части: А, В и С.

Первая колонна обеспечивает разделение смеси на А+ВС или АВ+С. Для последующего разделения смеси на n частей требуется ректификационная установка, состоящая из n-1 ректификационных колонн.

Ректификационная установка периодического действия, используемая в малотоннажных производствах показана на рис.3. Исходная смесь загружается в кипятильник, который обогревается насыщенным водяным паром. После нагрева смеси до температуры кипения её пары поступают в нижнюю часть ректификационной колонны. Поднимаясь по колонне, пары обогащаются легколетучим компонентом и поступают в дефлегматор, в котором конденсируются. Как и при непрерывной ректификации, конденсат разделяется на флегму и продукт, который после охлаждения в холодильнике собирается в сборнике. После извлечения продукта кубовый

Рис.2. Ректификационная установка для разделения многокомпонентной смеси.

Рис.3. Ректификационная установка периодического действия:

1 – кипятильник; 2 – колонна; 3 – дефлегматор; 4 – холодильник;

5 – сборник.

Исходная смесь из промежуточной ёмкости Е₁, в которой контролируется уровень смеси, центробежным насосом Н₁ (или Н₂) по трубопроводу подаётся в теплообменник П, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает по трубопроводу, в котором контролируется расход и температура, на разделение в ректификационную колонну КР, где контролируется уровень и температура, на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси Х_F.

Стекая снизу по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике К. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка X_w, т.е. обеднён легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается летучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается летучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом К жидкостью (флегмой) состава x_p, которая получается в дефлегматоре Д путем конденсации пара, выходящего из колонны.

Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделение дистиллята, который охлаждается в теплообменнике Х₂ и направляется по трубопроводу, в котором контролируется температура, в промежуточную ёмкость Е₃, в которой контролируется уровень дистиллята.

Таким образом, в ректификационной колонне КР осуществляется непрерывный неравномерный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовый остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.