|
|
Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
Глава XIV
Ректификация
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ БИНАРНЫХ СМЕСЕЙ
При осуществлении- процессов однократного испарения или однократной конденсации можно получить пар более богатый низкокипящим компонентом (НКК), а жидкость более богатую высококипящим компонентом (ВКК), чем исходная смесь. Од нако достаточно хорошая степень разделения компонентов не достигается. В случае многократных или постепенных процессов испарения и конденсации можно получить желаемые составы паровой и жидкой фаз, но масса получаемых продуктов незначи тельна по сравнению с массой исходной смеси.
Для получения продуктов желаемой степени чистоты с высоки ми выходами служит процесс ректификации. Как следует из теории массообменных процессов, при взаимодействии неравно весных паровой и жидкой фаз в результате процессов массо- и теплообмена система придет в состояние равновесия. При этом присутствующие в фазах компоненты будут перераспределяться между ними. В результате вновь образованные паровая и жидкая фазы будут отличаться по составу от вступивших в контакт паров и жидкости. Пары обогатятся НКК, а жидкость ВКК. При данном давлении для осуществления этого процесса температура вступа ющих в контакт паров должна быть выше, чем жидкости. После контакта температуры обеих фаз выравниваются.
Осуществляя многократно контактирование соответствую щих неравновесных потоков паровой и жидкой фаз, можно из менить их составы в желаемой степени. В этом и состоит сущность процесса ректификации. Процесс ректификации проводят в спе циальных аппаратах — ректификационных колоннах, запол ненных контактными устройствами (тарелками, насадками и т. п.).
При расчетах процесса ректификации обычно пользуются понятием теоретической тарелки (см. главу XII).
ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
Схема ректификационной колонны дана на рис. XIV-I. В сред нюю часть колонны поступает сырье, нагретое до температуры tF. В колонне происходит процесс однократного испарения (ОИ)сырья, в результате которого образуются пары GF и жидкость gF, находящиеся в равновесии. На любой тарелке колонны, напри мер п-й, происходит контакт между парами Gn_ь поднимающи мися на эту тарелку, и жидкостью g„+1, стекающей на ту же та релку. При контакте этих потоков происходит изменение состава фаз и обогащение паров НКК, а жидкости ВКК (потоки Gn и gv,). Пары Gn, поднимающиеся с п-й тарелки, будут богаче НКК, чем пары Gn_lt а жидкость gn станет богаче ВКК, чем жидкость g„+1. Затем пары G„ поступают на вышележащую тарелку п + 1, а жидкость gn — на нижележащую тарелку п — 1, где они кон тактируют с соответствующими потоками жидкости и паров.
Контактирование встречных потоков фаз осуществляется до тех пор, пока не будут достигнуты желаемые составы продуктов колонны: верхнего, называемого дистиллятом или ректификатом, Ус и нижнего, называемого остатком, xw. Очевидно, изменение составов фаз будет происходить в том случае, если поток жидкости (или флегмы) gn+1 будет более богат НКК, чем жидкость gn, равновесная с паром Gn. Поскольку давление в колонне постоян ное, то это условие будет достигаться, если температура t*+\ потока жидкости gn+1 будет меньше, чем дУп
Сг).^п
3)1
|
FTVi
|
v**
|
|
г
|
t
|
д„.а 1 —
|
\
|
t
|
Q--y-,
n
G
|
|
|
Яг
|
*
|
4
|
|
1
|
I
|
|
|
*
|
t
|
|
3— ■
|
*
|
t
|
|
|
|
Ly;3
|
Ц
|
-4-
|
|
9f,xf
|
1
|
t
|
U,>2 9
|
*
|
I
|
pL2
|
-4-
|
- 4-
|
9*
|
|
f-1
|
V"'"
|
Уг
|
|
4
|
хг
|
\
|
4
|
у:
|
Ов.
|
|
температура потока жидкости g„ и, следовательно, паров Gn. Так как tn— t™, температура в колонне убывает снизу вверх. Наименьшая температура будет в верхней части колонны tD, а са мая высокая — в нижней iw. Поскольку в процессе ректификации должны участво вать два потока паров и жидкости, состоя щие из одних и тех же компонентов, но с разными их концентрациями, для обес печения процесса ректификации в верхней части колонны отводят тепло Qd, а в ниж ней части подводят тепло QB. При кон денсации части паров в верхней части колонны образуется поток жидкости (оро шения, флегмы), перетекающей с тарелки
Рис. XIV-1. Схема ректификационной колонны.
на тарелку. Подвод тепла QB в нижнюю часть колонны обе спечивает испарение части жидкости и образование парового потока.
Та часть колонны, куда вводится сырье, называется питатель ной секцией. Часть колонны, находящаяся выше ввода сырья, называется концентрационной или укрепляющей, а ниже ввода сырья — отгонной или исчерпывающей.
В зависимости от назначения колонны могут быть полными, которые имеют концентрационую и отгонную секции, пли непол ными: укрепляющая колонна не имеет отгонной секции, а отгон ная колонна — концентрационной секции. В концентрационной колонне сырье вводится под нижнюю тарелку, а в отгонной — на верхнюю.
Кроме того, различают простые и сложные колонны. В про стой колонне сырье разделяется на два продукта, в сложной ко лонне число отбираемых продуктов больше двух. Они могут выводиться в виде дополнительных боковых погонов.
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
Работа ректификационной колонны характеризуется материаль ным балансом по потокам и каждому компоненту смеси. Для би нарной смеси обычно составляют баланс по низкокипящему ком поненту (НКК). Основные потоки представлены на рис. XIV-1. При установившемся режиме работы колонны массы потоков остаются неизменными и можно составить следующие уравнения материального баланса для всей колонны:
F=D-\-W (XIV,1)
где F, D и W — соответственно количества сырья, дистиллята и остатка.
Для НКК
Fxf=D,jd + Wxw (XIV,2)
Заменив' W = F—D в последнем уравнении, получим
Гхр — Di/q Т (/■ D) или относительный отбор ректификата
e.=DjF=(Xp xw)I{Fd' xw) (XIV,3)
Соответственно относительный отбор остатка, равный 1 — е, составит
|
|
|
Скачать 2.36 Mb.