Ректификация

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

Ректификация деп - Қайнау температурасында айырмашылығы бар, көп мәрте қарама - қарсы ағысы нәтижесінде бу мен сұйықтың қатынасы есебінен сұйықтың бөлінуінің диффузиялық процесі.

Бастапқы жүйедегіден гөрі көп мәрте буландыру немесе бір мәрте конденсацияланғанда НКК-ға бай бу алынады, сұйық ВКК бай болып келеді. Бірақ бір мәрте процесте шикізатты бөлу жоғары дәрежеде болмайды.

Көп мәрте және жайлап буландыру немесе конденсация кезінде керек конденсациялы компонентті бу немесе сұйық фазалар алынуы мүмкін. Бірақ, бу немесе сұйық фазаның шығымы, бастапқы қоспаға қарағанда төмен болады. Бұл кезде компоненттерді дәл бөлу қамтамасыз етілмейді, себебі процесс кезінде кұрамы талаптардан бөлек көп мөлшерде бу немесе сұйық фазалары алынады.

Керек концентрациялы компоненттерді және шығатын жоғары өнімдерді алу үшін ректификация процесін қолданады. Ол мұнай - газ өңдеуде, химиялық, мұнай химиялық, оттекті, тамақ және тағы басқа өндірістерде кең қолданылады.

Ректификация кезінде бу мен сұйық тепе - теңдікте болмайды, бірақ олар араласу нәтижесінде тепе - теңдікті орнатуға немесе соған жақындауға тырысады. Сонымен қатар фазаларда температура мен қысымның теңесуі және компоненттердің бір - бірінде таралуы жүреді. Бу мен сұйықтың әсерлесуі нәтижесінде жүйенің тепе - теңдік жағдайға келуі идеалды немесе теориялық , ал мұндай әсерлесуді қамтамасыз ететін қондырғы - теориялық тарелка деп аталады. Екі компонентті қоспаның теориялық тарелка қатысында бөлу мысалы арқылы ректификация процесінің негізін қарастырайық. (сурет ІV - 1)

Әрбір, мысалы n - ю тарелкаға жоғарыда тұрған тарелкадан g _{n + 1} мөлшердегі t _{n + 1} температурадағы сұйықтық ағып және астыда орналасқан тарелкадан G _{n - 1} мөлшерде t _{n - 1} бу көтеріледі. Теориялық қатынаста n - й тарелкада жүйеде тепе - теңдік орнайды, сонымен қатар будың G _n мен сұйықтың g _n бірдей температурада t _n болады.

Ректификация процесі жүзеге асыру үшін колоннадағы температуралық режимі, температура будың жақынына қарай жоғарлайы керек.

t _{n - 1} > t _n > t _{n + 1}

Масса алмасу процесінің нәтижесінде фазалардың жанасуы кезінде бу фазасының температурасы төмендейді, будың бір бөлігі конденсацияланып және ондағы НКК концентрациясы жоғарылайды, ал сұйық фазасының температурасыда жоғалайды, оның бір бөлігі буланып және оның НКК концентрациясы төмендейді. Будың және сұйықтың құрамының өзгеруі изобаралық қисық бойынша көрсетілген. (сурет IV - 2) . n - й теориялық тарелкада НКК концентрациясының қатынасы нәтижесінде бу фазасында величина жоғарлайды ( y _n - y _{n - 1} ), ал сұйық фазада величина төмендейді ( x _{n + 1} - x _n ), сонымен сұйықта ВКК концентрациясы жоғарылайды.

Ректификация кезінде масса алмасу екі бағытта да жүреді. Егер бөлетін компоненттің булану жылуы мен сыйымдылығыда айтарлықтай айырмашылық болса, онда бу және сұйық ағынның массалары аппарат биіктігі бойынша аз

өзгереді. Мұндай қарама - қарсы жанасуды көп мәрте өткізгенде аппарат жоғарысында төмен температурада қайнайтын қаныққан компонент алуға ( y - 10), ал төменінен жоғары температурада қайнайтын қаныққан компонентті сұйық алуға болатыны белгілі. Мұндай жанастыру колоннаның жоғарысында НКК y _Д бойынша керек құрамды бу алғанша, ал колоннаның астыңғы жағындағы сұйық х _w құрамды бойынша жасала беріледі.

Мұндай фазаларды қарсы ағынды схемасы бойынша жанастыру негізінен ректификациялық колонналарда жүргізіледі. Колонна іші әртүрлі : тарелкалар, насадкалар және тағы басқалар толтырылатын болады.

Ректификациялық колонналар

Ректификациялық колоналар деп - бір - бірінде еритін сұйықтарды дәл бөлуге арналған вертикаль цилиндрлі аппараттарды айтады. Мұндай бөлу ректификация процесі арқылы қамтамасыз етіледі, яғни ерітіндінің екі фазасында біреуі - булы, екіншісі - сұйық.

Ректификация мен сұйықтықты бөлетін диффузиялық процесс тек бұл сұйықтықтардың қайнау температурасы әртүрлі болған жағдайда ғана жүреді. Бу мен сұйықтың диффузиясы үшін бір - бірімен жақсы жанасу керек, яғни ректификациялы колоннада бір - біріне қарсы қозғалып жүруі керек. Сұйық өзінің салмағымен жоғарыдан төмен қарай, бу төменнен жоғары қарай. Қарама - қарсы жанасу нәтижесінен булы фаза төмен температурада қайнайтын компоненттермен, ал сұйық - жоғары температурада қайнайтын компонеттермен байытылады. Тепе - теңдіктегі булы және сұйық фаза жүйесі масса алмасу және жылу алмасу нәтижесінде тепе - теңдікке тырысатыны тепе - теңдік қасиетінен белгілі. Демек, ректификация жүруі үшін, сұйық және бу фазасы жанасу кезінде бірдей қысымды тепе - теңдік жағдайда болмауы керек. Яғни сұйықтың температурасы будың температурасынан төмен болуы керек.

Фазалардың эффективті жанасуы үшін ректификациялық колонналар ішкі қондырғылармен жабдықталған. Осы қондырғылардың конструкциясына байланысты үздіксіз ( насадкалы колоннада ) немесе сатылы ( тарелкалы колонналарда ) фазалық жанасуы жүруі мүмкін.

Насадкалы колонналар

Насадкалы ректификациялы колонна - конструкциясы бойынша қарапайым, барлық биіктігі бойынша немесе белгілі аймақтарды насадкалармен толтырылған вертикаль цилиндрлі аппарат болып келеді.

Насадкалар аққан сұйық пен көтерілетін будың беттік жанасуы жоғары болу және олардың интенсивті араласу үшін қолданылады. Насадкамен толтырып аппараттың аймағындағы жанасу және масса алмасу фазалар арасында үздіксіз жүреді. Осындайымен насадкалы және тарелкалы колонналар ерекшеленеді.

Насадкалы колоннада жоғарыдан төмен аққан сұйықтықтың біртекті таралуын іс жүзінде жасау мүмкін емес. Әсіресе диаметрі үлкен колонналарда сұйықтық біркелкі таралмайды. Сондықтан оларда фазаның жанасуы жеткіліксіз, нәтижесінде дәл бөлу қиынға түседі.

Қәзір насадкалы колонналарды ректификация үшін аз қолданылады, оларды тарелкалы насадкалар итеріп тастаған. Олардың конструкциясы абсорбция, экстракция және тағы басқа процестер жүргізу үшін жақсырақ келеді. Бірақ, қоспаны бөлуге көп тарелка қажет болады, насадка ректификациялық колонналар орнын басады.

Насадкалы колонналар жұмысындағы негізгі ерекшелік болып - олардың жоғары гидравликалық кедергісі болып табылады( тарелкалы колоннамен салыстырғанда ) .

Осыған байланысты қайнау температурасы жоғары, көбіне жоғары вакуумде жүргізу үшін жақсы жағдайлар туады.

V - 5 суретте ( 113 бет ) гудроннан цилиндрлі май - дистилятын алу үшін жоғарғы вакуумда жүргізілетін насадкалы ректификациялық колоннаның схемасы көрсетілген. Колонна жоғарғы және төменгі эллипатикалық түбі бар вертикаль цилиндрлі аппарат. Ол ішкі қондырғылармен биіктігі бойынша бірнеше секцияларға бөлініп қойылған.

Арнайы шашытқыштармен қамтамасыз етілген екі құбыр коллектор бойынша бір аса қыздырылған сулы бумен алдын - ала керек температураға дейін қыздырылған шикізат колоннаға тәуелді. Коллекторлар мен шашқыштар колоннада тұтас бір ағынды жаю үшін керек. Насадканың бірінші қабаты һ = 0, 75 - 1, 2 м шикізат және сулы бу кірер жерде орналасқан және ол фазалардың жанасуы және шикізаттың ауыр тамшыларын бөлу үшін қажет.

Іріттегіш тарелкалар 4, бірнеше құбырмен қамтамасыз етілген 5, ректификация нәтижесінде насадка қабатынан өтетін 3 және 6, майлы конденсацияланған дистилят насосқа айдалады. Мұнай өнімінің жеңіл булары сулы бумен жоғары ұшып, 7 және 8 қабаттары арқылы өтеді. 9

тарелка, алынған сұйық жылу алмастырғышта және салқындатқышта

салқындатылып, насостың көмегімен ороситель арқылы колоннаға ағынды

шашырату үшін қайта кіреді. Шашырату мөлшерін өзгертіп, ол колоннаға

жоғары аймақтың температурасын қалыптастырып және солай колоннаға

жоғары температурада қайнайтын компоненттерге ұшырап кетуін тоқтатады. Жеңіл конденсацияланған компоненттердің бір бөлігін іріттегіш тарелкадан

тоғыздайын дистилят ретінде айдап алады. Қалған бөлігі диффузиялық процесте сұйық фаза болып, қайтадан төменге құйылады. Конденсацияланбаған булар колоннаның жоғарысында орналасқан шлемді құбыр 12 арқылы барометрлік конденсаторға түседі, онда біртіндеп конденсацияланып, вакуум жасаушы қондарғылармен сорып алынады. Айдаудан қалған ( гудрон ) колоннаның төменгі жағынан насоспен резервуарға сорылады.

Масса алмасу интенсивтілігімен қозғаушы бу мен сұйық ағынының кедергісі көбіне қолданған насадкаға байланысты. Насадканың өлшемі мен биіктігін элементтік экспериментальдық берілген негізінде және практикалық жұмыстар негізінде қондырады. Кішкентай мөлшерлі және қиын конструкциялы насадкалардың жоғары жанасу беті болады, бірақ олар кедергіде орналасады. Сонымен қатар қиын құрылысты және кішкентай насадкаларды таңдағанда, олар тез қалдық жинағыш болып келетінін ұмытпау керек.

Насадкалы колоннаның жылу алмасуы қиын емес. Керек жағдайда тұрақты температуралық режим және будың жылдамдығын ұстап тұру керек.

Тарелкалы насадкалар

Тарелкалы колоннаның құрлысы - онда ректификация процесі көп мәрте бу мен сұйық фазасының көп мәрте сатылы жанасуына негізделген. Осы мақсатында ол арнайы қондырғылармен жабдықталған - тарелкалар оларда негізделген жылу алмасу жүреді, егер колоннаның бос көлеміндей жылу алмасуды санамайтын болсақ.

Қарапайым колонна. Қоспаны 2 фазаға бөлуге арналған қарапайым тарелкалы колоннаның схемасы V - 4 ( 117 бет ) берілген. Шикізатты арнайы қондырғыларда алдын - ала қыздырып, ал сосын сұйық, бу және сұйық қоспасы ретінде белгілі температурада сіңіргіш секцияларға түседі.

Сіңіргіш секция колоннаны меншікті түрде 2 бөлікке бөледі : жоғарғы - байытылған және төменгі - айдалған ; концентрациялық және айдалған секцияларды керекті шамада тарелкалар орнатылған, оларды жоғарыда аққан сұйықпен төменнен көтерілген бу арасында жанасу жүреді. Колоннаның ішінде булар мен сұйықтың қарама - қарсы қозғалатын процесіндегі температуралық режиммен қамтамасыз етіледі, яғни колоннаның жоғарғы және төменгі бөлігіне кірген шикізаттың керек температурасын ұстап тұру.

Жұмысшы ректификациялық тарелканың беттері колонна бойынша төмен қарай аққан сұйықтық пен жайылған. Тарелканың қондырғысындағы артық мөлшердегі сұүйықтық астыңғы тарелкаға ағып кетеді. Тарелкадағы сұйықтық ( флегма ) колоннаға кіргізілген қоспаны бөлетін 2 сұйықтықтан тұрады. Бұл берілген тарелкадағы компоненттердің мөлшерлік қатынасы сіңіргіш секция бойынша және басқа тарелкаларға орналасуына байланысты. Бөлінетін компоненттер әртүрлі қайнау температурасы болады және егер қайнау температурасында айырмашылық көп болса қоспаларды компоненттерге бөлу оңайға түседі. Бөлінетін компоненттер меншікті қайнау температурасы ( ауыр ), және қайнау температурасы төмен ( жеңіл ) деп бөледі.

Ректификация нәтижесінде колоннада біреуі қайнау температурасы төмен компонентті бу түрінде, екіншісі негізінен қайнау температурасы жоғары компонентінен тұратын 2 өнім алынады.

Қарапайым тарелкалы колоннада қоспаны жоғары температурада қайнайтын және төмен температурада қайнайтын компонентерге бөлу келесідей жүреді. Масса алмасу нәтижесінде сұйық және бу фазасы арасында төмен температурада қайнайтын және жоғары температурада қайнайтын компоненттердің концентациясы колоннаның ұзындығы бойынша үздіксіз өзгерісте болады. Төменнен көтерілетін бу, тарелкадағы сұйықтық қабатынан өткенде, оған жылудың бір бөлігін береді. Осының нәтижесінде сұйықтық температурасы жоғарлап, ол жайлап буланып, төмен температурада қайнайтын компонентінен арылады, ал ол болса бу фазасына келіп қосылады. Сонымен қатар, бу фазасы тарелкадағы салқын сұйықтықпен салқындатылып, сонымен қатар сұйықтықта ( флегмеда ) жоғары температурада қайнайтын компоненттер қалады. Ал ол жоғары температурада қайнайтын компоненттің сұйықтық фазада концентрациясы жоғарлайды.

Сонымен, бу және сұйықтық фаза арсында жылу алмасу нәтижесінде әрбір тарелкада үздіксіз біртіндеп сұйықтықтың булануы және біртіндеп будың конденсациясы жүреді. Ал ол фазаларда компоненттің концентрациялық өзгерістеріде қамтамасыз етеді.

Ректификация процесін ұстап отыру үшін колоннада тарелка санын төмендеп ( жоғарылаған сайын ) және сұйықтық қозғалысы жоғарылайды ( төмен қарай ) болуы керек. Ол үшін колонна үстіне порциалды конденсатор қондырылады, онда бу жылуының бір бөлігі алып, конденсирлейді, ал ол үшін үздіксіз сұйықтық ағуын қамтамасыз етеді.

Колоннаның төменгі бөлігінде температураны ұстап тұру, онда белгілі бір мөлшерде жылу енгізу арқылы жүреді. Тарелка саны, яғни бу және сұйықтық фазасының жанасу сатысының саны - буға жоғары жағынан және сұйықтықта төменгі жағынан жоғары температурада қайнайтын және төмен температурада қайнайтын компонентердің концентрациясы керек мөлшерде болуы керек.

Күрделі колонна. Қарапайым колоннада айтылғандай қоспаны 2 фазаға бөлуғе болады. Іс жүзінде мұнай өңдеуде бірнеше фракциялы қоспаны бөлу керек болады. Мұндай болу үшін қатар жұмыс жасайтын тарелкалы колонналар керек. Олардың саны алынатын фракция санынан бірлікке кіші болуы керек. Себебі, әрбір қарпайым колоннада қоспа 2 компонентке фракциялайды. Мұндай қондырғы ыңғайлы емес. Сондықтан, мұнай өнінмдерін өңдегенде бірнеше қарапайым насостар бір корпуста біріктірілген және бірінің үстіне бірі орналасқан бір үлкен колоннада жүрігізіледі.

V - 5 суретте ( 119 бет ) 4 компонентті қоспаны бөлуге арналған күрделі тарелкалы колонна орналасқан. Ол 3 қарапайым бір - бірінде орналасқан колоннадан тұрады. Оның қарапайым қасында тұрған 3 колоннадан ерекшелігі - алатын ауданы аз, ең өткір шашыранды ең жоғарғы тарелкаларға түседі.

Күрделі колонна бу шығатын секциядан тұрады, оның саты бөлетін компоненттен бірлікке төмен ( яғни 3 ) . Секция бөлгіштермен бөлінген жиналған буландырғыш секциялы колонналарды, заводтарда стриппинг колонналар деп аталады. Оларда бөлу процесі келесідей жүреді: керек температураға дейін қыздырған қоспа 1 - ші төменгі жай колоннаға түседі. Колоннаның астыңғы жағынан ең жоғары температурада қайнайтын қоспа алынады, 1 - ші колоннада фракциялардан бөліп алынады. Және 2 - ші колоннаға көтеріледі. Бұл жерде қоспадан қалдық ретінде 2 - ші фракция алынады. Шамалы құрамында 2 фракциялары бар булар, 3 - ші колоннаға түседі, онда қалдық ретінде 3 фракция алынады және колоннаның үстіне бу түрінде 4 фракция алынады.

Сонымен қатар қалған бу бөлігі салқындатылып, флегма түзіп, үстінен төмен ағады.

Ректификация

Ректификация деп ағындары қарама - қарсы болатын қайнаған сұйық және қаныққан конденсацияланатын бу фазалары арасында компоненттің ( компоненттердің ) орын ауыстыру процесі. Қарсы ағынның схемасы бойынша бу қоспаларының бөлшектеп конденсациялануы және сұйық қоспаларының булануы операциялары кезектесіп отынғанда, бастапқы қоспадағы құрамына сәйкес келетін ННК және ВКК шығыстарын алуға болады.

Басқаша айтқанда сұйық және бу ағындарының қарсы ағында жанасуы кезіндегі көп ретті дистиляция және көп ретті парциалды конденсация процестерінің бірлесуін ректификация деп түсінуге болады. Айдау процесін осылай жүргізгенде, әр айтылған операция кезінде конденсацияланатын бу және қайнаған сұйық фазалардың тікелей жанасуы жолымен сұйықтықтың булануы үшін бу конденсациясының жылуын пайдалану мүмкіндігі пайда болады.

Ректификация процесінде сырттан келетін жылу тек қана қайнатқышта, яғни ректификациялық аппараттың төменгі бөлігіндей жылытқыш құрылғыдан бастапқы бу ағынын ала отырып, сұйық қоспаны біртіндеп буландыру үшін колоннаның төменгі бөлігінде бір рет жұмсалады. Бұлардың конденсациясының жылуыда ректификациялық аппараттың жоғарғы бөлігінде, яғни конденсацияланатын құрылғыда бөлінеді.

Ректификацияның мәнін құбылыс ретінде бинарлы қоспаны бөлуге арналған колоннаны іске қосу мысалында қарастыруға болады. Ректификациялық агрегаттық схемасы 12. 22 а, суретінде көрсетілген, оған бөлінетін қоспаның ( 12. 22, б сурет) . t - x, y диаграммасы сәйкес келеді. Колонна 1 адиабатты деп санаймыз: ол жылу жағынан жақсы оқшауланған, сондықтан қоршаған ортаға жылу шығындары болмайды.

Сурет 12. 22 Бу және сұйық фазаларының қарсы ағында жанасуы ( идеалды процесс ) :

а - ректификациялық аппараттың схемасы ( 1 - колонна, 2 - қайнатқыш, 3 - конденсатор )

б - t - x, y диаграммасындағы ректификация процесі.

Колоннаның төменгі жағында жылытқыш құрылғысы бар текше 2 орналасқан. Бұлардың шығатын жерінде колоннаның жоғарғы жағында кондесатор 3 орналасқан.

Ректификация кезінде құбылыстарды схемаға келтірейік. Текшеге құрамында НКК х ₁ бар бинарлы сұйық қоспа құйылсын делік. Оны қайнау температурасына t _c ⁰ дейін қыздырып, буландыра бастаймыз. НКК байытылған, у құрамында ( оларды текшенің сұйықтығына тең етіп, температураларында тең деп аламыз, яғни t _б ^/ = t _с ⁰ ) булар жоғары көтеріледі де, колоннадан шығады және конденсаторда қайнаған сұйықтық күйіне дейін толық конденсацияланады. Бұл сұйықтықтың құрамы х ^/ = у ^/ , бірақ оның қайнау температурасы t _c ^/ < t _б ^/ (12. 22 )