PROFILBARU.COM

Ректификационная колонна (син. ректификационный колонный аппарат) — это приспособление, применяемое в процессах дистилляции, экстрактивной ректификации, экстракции жидкостей, теплообмена между паром и жидкостью и в других процессах^[1]. Один и тот же принцип действия ректификационной колонны используется как в относительно простых лабораторных приборах, так и в сложных промышленных установках нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой, пивоваренной и других отраслей. Диаметр промышленных ректификационных колонн может достигать 16 метров, а высота — 90 метров и более.

Промышленное применение

Ректификация известна с начала XIX века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию во всем мире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производствах органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты). Ректификация — это процесс многократного испарения и конденсации, в ходе которого исходная смесь разделяется на 2 или более компонентов, и паровая фаза насыщается легколетучим (низкокипящим) компонентом (-тами), а жидкая часть смеси насыщается тяжелолетучим (высококипящим) компонентом (-тами).

Принцип работы

Исходная смесь, нагретая до температуры питания t_f в паровой, парожидкостной или жидкой фазе, поступает в колонну в качестве питания (G_f). Зону, в которую подаётся питание, называют эвапорационной (от лат. evaporatio — испарение), так как там происходит процесс эвапорации — однократного отделения пара от жидкости.

Пары поднимаются в верхнюю часть колонны, охлаждаются, конденсируются в холодильнике-конденсаторе и подаются обратно на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения (флегма). Таким образом, в верхней части колонны (укрепляющей) противотоком движутся пары (снизу вверх) и стекает жидкость (сверху вниз). Стекая вниз по тарелкам, жидкость обогащается высококипящими компонентами, а пары поднимаются в верх колонны, обогащаясь 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 возвращённого обратно в колонну, называют орошением или флегмой. Отношение количества возвращаемой в колонну флегмы и количества отводимого дистиллята называется флегмовым числом.

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 жидкость, стекая сверху вниз по тарелкам, обогащается высококипящим компонентом, а пары обогащаются легкокипящим компонентом^[2].

В случае, если разгоняемый продукт состоит из двух компонентов, конечными продуктами являются дистиллят, выходящий из верхней части колонны, и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающий из нижней части колонны). Ситуация усложняется, если необходимо разделить смесь, состоящую из большого количества фракций. В этом случае используются аппараты, подобные изображённому на картинке.

Разновидности

Ректификационные установки по принципу действия делятся на периодические и непрерывные. В установках непрерывного действия разделяемая сырая смесь поступает в колонну и продукты разделения выводятся из неё непрерывно. В установках периодического действия разделяемую смесь загружают в куб единовременно и ректификацию проводят до получения продуктов заданного конечного состава.

Конструкции

Промышленные ректификационные колонны могут достигать 80 метров в высоту и более 6,0 метров в диаметре.

Промышленные ректификационные колонны могут достигать 60м в высоту и 6м в диаметре.

— https://www.bts-engineering.by/column/column2/ Ректификационная колонна // СООО "БТС Инжиниринг-Бел" Республика Беларусь

В ректификационных колоннах в качестве контактных устройств применяются тарелки, которые дали название термину, и насадки. Насадка, заполняющая колонну, может представлять собой металлические, керамические, стеклянные и другие элементы различной формы (например, кольца Рашига). Массообмен осуществляется на развитой поверхности этих элементов. С ростом удельной поверхности насадки возрастает эффективность разделения в колонне, но при этом повышается гидравлическое сопротивление колонны и снижается её производительность.

Согласно ряду нормальных диаметров колонные аппараты изготавливают со следующими диаметрами корпуса (м):

0,4; 0,6; 0,8
1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8
2,0; 2,2; 2,4; 2,6; 2,8
3,0; 3,2; 3,4; 3,6; 3,8
4,0; 4,5
5,0; 5,5
6,0; 6,4
7,0
8,0

Основные компоненты дистилляционных колонн

Дистилляционные колонны состоят из нескольких компонентов, каждый из которых используется либо для передачи тепловой энергии, либо для улучшения передачи материала.

вертикальная оболочка, где осуществляется разделение жидких компонентов;
внутренние детали колонны, такие как тарелки/тарелки и/или насадки, которые используются для улучшения разделения компонентов;
ребойлер для обеспечения необходимого испарения для процесса дистилляции;
дефлегматор для охлаждения и конденсации пара, выходящего из верхней части колонны;
рефлюксный барабан для удержания сконденсированного пара из верхней части колонны, чтобы жидкость (флегму) можно было рециркулировать обратно в колонну^[3].

Примечания

↑ ГОСТ Р 53684—2009. Аппараты колонные. Технические требования
↑ Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. — 2-е изд. перераб.. — Москва: Химия, 1971. — 296 с.
↑ Distillation Column - Basic Distillation Equipment and Operation (неопр.). www.wermac.org. Дата обращения: 19 сентября 2022. Архивировано 22 сентября 2022 года.