Сущность и проведение процесса ректификации

1.

КГКП «Павлодарский химико-механический колледж»
РАЗДЕЛ 5 «МАССООБМЕННЫЕ
ПРОЦЕССЫ»
Тема урока : Сущность и проведение
процесса ректификации.
Павлодар, 2020
1

2. Сущность процесса ректификации

Разделение процесса на фракции
происходит посредством процесса
ректификации.
Ректификацией называется
массообменнный процесс разделения
жидких смесей на чистые компоненты,
различающиеся по температурам
кипения, за счет противоточного
многократного контактирования паров
и жидкости.

3.

Ректификация (выпрямление,
исправление),
один из способов
разделения жидких
смесей,
основанный на
различном
распределении
компонентов
смеси между жидкой и
паровой фазами.

4.

При ректификации
потоки пара и
жидкости, перемещаясь
в противоположных
направлениях
противотоком,
многократно
контактируют друг с
другом в специальных
аппаратах ректификационных
колоннах, причём часть
выходящего из аппарата
пара (или жидкости)
возвращается обратно
после конденсации (для
пара) или испарения
(для жидкости).

5.

Такое противоточное
движение
контактирующих
потоков сопровождается
процессами теплообмена
и массообмена, которые
на каждой стадии
контакта протекают (в
пределе) до состояния
равновесия; при этом
восходящие потоки пара
непрерывно
обогащаются более
летучими компонентами,
а стекающая жидкость —
менее летучими.

6.

При затрате того же
количества тепла,
что и при
дистилляции,
Ректификация
позволяет достигнуть
большего извлечения
и обогащения по
нужному компоненту
или группе
компонентов.

7.

• Ректификацию можно проводить
периодически или непрерывно.
Ректификацию проводят в башенных
колонных аппаратах (до 60 м высотой),
снабженных контактными устройствами
(тарелками или насадкой)
ректификационных колоннах.
Внешний вид насадки: насадка, заполняющая
колонну, может представлять собой металлические,
керамические, стеклянные и другие элементы
различной формы
Расположение тарелок
внутри
ректификационных
колоннах

8. Схемы потоков ректификационных колонн:

а - непрерывная
ректификация
б - периодическая
ректификация
1-укрепляющая секция
2-исчерпывающая
секция
3-куб колонны
4-дефлегматор

9.

При периодической
ректификации исходная
жидкая смесь
единовременно
загружается в куб
колонны, ёмкость
которого соответствует
желаемой
производительности.
Пары из куба поступают
в колонну и
поднимаются к
дефлегматору, где
происходит их
конденсация.

10.

В начальный период весь
конденсат возвращается в
колонну, что отвечает режиму
полного орошения. Затем
конденсат делится на флегму и
дистиллят. По мере отбора
дистиллята (либо при
постоянном флегмовом числе,
либо с его изменением) из
колонны выводятся сначала
легколетучие компоненты,
затем среднелетучие и т. д.
Нужную фракцию (или
фракции) отбирают в
соответствующий сборник.
Операция продолжается до
полной переработки
первоначально загруженной
смеси.

11.

Схема потоков типичного аппарата
для непрерывной ректификации полной колонны — показана на (а).
Полная колонна состоит из 2 секций
- укрепляющей (1) и
исчерпывающей (2). Исходная смесь
(обычно при температуре кипения)
подаётся в колонну, где смешивается
с извлечённой жидкостью и стекает
по контактным устройствам
(тарелкам или насадке)
исчерпывающей секции
противотоком к поднимающемуся
потоку пара.
Достигнув низа колонны,
жидкостный поток, обогащенный
тяжелолетучими компонентами,
подаётся в куб колонны (3).

12.

Здесь жидкость частично
испаряется в результате нагрева
подходящим теплоносителем, и пар
снова поступает в исчерпывающую
секцию.
Выходящий из этой секции пар
(отгонный) поступает в
укрепляющую секцию. Пройдя её,
обогащенный легко-летучими
компонентами пар поступает в
дефлегматор (4), где обычно
полностью конденсируется
подходящим хладагентом.
Полученная жидкость делится на 2
потока: дистиллят и флегму.
Дистиллят является продуктовым
потоком, а флегма поступает на
орошение укрепляющей секции, по
контактным устройствам которой
стекает. Часть жидкости выводится
из куба колонны в виде т. н.
кубового остатка (также
продуктовый поток).

13. Принципиальная схема ректификационной установки непрерывного действия

1-промежуточная ёмкость
2-центробежный насос
3-теплообменник
4– ректификационная колонна
5-куб-испаритель
6-дефлегматор
7-теплообменник
8-промежуточная ёмкость
9-насос
10- теплообменник
11-ёмкость

14.

Колонна представляет
собой вертикально
стоящий полый
цилиндр, внутри
которого установлены
тарелки (контактные
устройства различной
конструкции) или
помещен фигурный
кусковой материал —
насадка. Куб и
дефлегматор — это
обычно кожухотрубные
теплообменники
(находят применение
также трубчатые печи и
роторные испарители).

15. Принцип работы ректификационной колонны

• Место ввода в ректификационную
колонну нагретого перегоняемого
сырья называют питательной
секцией (зоной), где осуществляется
однократное испарение.
• Часть колонны, расположенная вышеПитательная
питательной секции, служит для
секция
ректификации парового потока и
называется концентрационной
(укрепляющей), а другая – нижняя
часть, в которой осуществляется
ректификация жидкого потока, –
отгонной (или исчерпывающей)
секцией.
Отгонная
(исчерпывающая,
кубовая) часть
колонны
Укрепляющая
часть колонны

16. Принцип работы ректификационной колонны

• Исходная смесь (нефть), нагретая до температуры
питания в паровой, парожидкостной или жидкой фазе
поступает в колонну в качестве питания. Зона, в
которую подаётся питание называют
эвапарационной, так как там происходит процесс
эвапарации - однократного отделения пара от
жидкости.
Эвапарационная зона

17. Принцип работы ректификационной колонны

• Пары поднимаются в верхнюю часть
колонны, охлаждаются и
конденсируются в холодильникеконденсаторе и подаются обратно
на верхнюю тарелку колонны в
качестве орошения. Таким образом в
верхней части колонны
(укрепляющей) противотоком
движутся пары (снизу вверх) и
стекает жидкость (сверху вниз).
Холодильникконденсатор

18. Принцип работы ректификационной колонны

• Стекая вниз по тарелкам жидкость
обогащается высококипящим
(высококипящими) компонентами, а
пары, чем выше поднимаются в верх
колонны, тем более обогащаются
легкокипящими компонентами. Таким
образом, отводимый с верха колонны
продукт обогащен легкокипящим
компонентом. Продукт, отводимый с
верха колонны, называют
дистиллятом. Часть дистиллята,
сконденсированного в холодильнике и
возвращенного обратно в колонну,
называют орошением или флегмой.
Дистиллят
Флегма
(орошение)

19. Принцип работы ректификационной колонны

• Для создания восходящего потока
паров в кубовой (нижней, отгонной)
части ректификационной колонны
часть кубовой жидкости направляют в
теплообменник, образовавшиеся пары
подают обратно под нижнюю тарелку
колонны.
Кубовая часть
колонны
Теплообменник
(подогреватель

20. Принцип работы ректификационной колонны

• В работающей ректификационной
Светлые
колонне через каждую тарелку
фракции
проходят 4 потока:
• 1) жидкость – флегма, стекающая с
вышележащей тарелки;
Жидкость
• 2) пары, поступающие с
нижележащей тарелки;
• 3) жидкость – флегма, уходящая на
нижележащую тарелку;
• 4) пары, поднимающиеся на
вышележащую тарелку.
Остаток (мазут)
Пары

21.

F – вход исходной смеси,
кг/с
P – выход дистиллята
(НК), кг/с
W - кубовый остаток
(ВК), кг/с
Ф – флегма (орошение),
кг/с
G-выход паров в верхней
части колонны, кг/с
Рисунок 1 Условная схема
процесса ректификации
Схема ректификационной колонны (РК)

22. Флегмовое число (R)

• соотношение жидкого и парового
потоков в концентрационной части
колонны (R = L/D; L и D – количество
флегмы и ректификата).

23. Паровое число (П)

• отношение контактируемых потоков
пара и жидкости в отгонной секции
колонны (П = G / W; G и W – количество
соответственно паров и кубового
остатка).