Схема ректификационной колонны. Строение ректификационной колонны нефти


Схема ректификационной колонны

Благодаря особому строению ректификационной колонны становится возможным практически полностью очистить конечный напиток от сивушных масел и примесей. В отличие от дистилляции качество самого сырья не имеет такой ключевой роли, поскольку органолептика в конечном напитке практически отсутствует. В результате получается спирт крепостью до 96,6% с бедной органолептикой, однако чистый. Использовать его можно для производства водки и различных настоек.

Рассмотрим принцип устройства ректификационной колонны, и из каких частей она состоит.

Ректификационная колонна, чертеж

Ректификационная колонна, принцип работы

Ректификация — это разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счёт противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью. Части ректификационной колонны обеспечивают последовательный процесс:

  1. Испарительный куб — хранение и нагрев кубовой жидкости
  2. Колонна — тепломассообмен внутри самой колонны за счет насадки
  3. Дефлегматор — конденсация паров, образование флегмы
  4. Узел отбора — отбор флегмы и ректификата

Рассмотрим работу каждой части в отдельности.

Испарительный куб

shema-rektifikacionnoy-kolonny-1.png

Это емкость, в которой хранится и нагревается брага или дистиллят. Также ее называют кубовой жидкостью. Нагреваясь, жидкость испаряется, и пар поднимается вверх по колонне, где разделяется на фракции. Одновременно куб служит основанием для колонны. Куб можно нагревать на обычной или индукционной плите. На индукционной — быстрее и безопаснее.

Также в качестве источника тепла в некоторых моделях используется ТЭН.

Обычно сначала перегоняется брага, чтобы получить спирт-сырец. Колонну надо перевести в режим дистиллятора, то есть максимально открыть кран отбора. После этого спирт сырец перегоняется еще раз, на этот раз медленно и с отбором пищевой фракции.

На кубе расположен термометр, чтобы контролировать температуру кубовой жидкости. При достижении в кубе 60-70°С необходимо подать охлаждающую жидкость, чтобы пары могли конденсироваться. При достижении 70°С, мощность нагревательного элемента надо уменьшить и оставить при таком значении до завершения ректификации.

Царга

shema-rektifikacionnoy-kolonny-2.png

Царга — это тело колонны, ее центральная часть. Тепломассообмен, который составляет принцип действия ректификационной колонны, протекает именно здесь. Именно она делает процесс ректификации возможным:

  1. Жидкость в кубе испаряется, и по колонне пар поднимается наверх
  2. Наверху расположен дефлегматор (холодильник), в котором пар конденсируется
  3. Дистиллят стекает вниз по дефлегматору и по стенкам колонны
  4. Жидкость контактирует с паром на стенках насадки, которой заполнена колонна
  5. В результате тепломассообмена в верхней части колонны скапливается наиболее легкокипящая фракция
  6. Легкокипящая фракция конденсируется в холодильнике и поступает в канал отбора.

Колонна может собираться из нескольких царг. Чем выше колонна, тем интенсивнее проходит тепломассообмен, и тем чище разделяется жидкость на фракции. Внутри колонна заполнена насадкой: СПН или РПН. Без насадки тепломассообмен невозможен.

Чтобы ускорить процесс ректификации, можно использовать колонну торнадо. Стенки колонны подогреваются, поэтому флегма, которая не контактирует с насадкой, испаряется со стенок. В результате процесс ускоряется, а степень очистки повышается.

Дополнительно с колонной могут использоваться тарелки ректификационных колонн. На её поверхности также происходит тепло-массо-обмен между горячим паром и холодной флегмой. Степень очистки растёт.

Насадка ректификационная

Ректификационная насадка — это универсальный инструмент, который состоит из узла отбора и холодильника. В холодильнике происходит конденсация паров спирта, которые возвращаются вниз в виде флегмы. Узел отбора позволяет контролировать количество спирта, которое выходит из колонны. Контролируя этот объем, можно изменять качество спирта, то есть степень его очистки. Чем медленнее идет процесс, тем чище получается спирт.

Насадку можно купить в готовом виде или по отдельности.

Узел отбора спирта

shema-rektifikacionnoy-kolonny-3.png

Узел отбора спирта «Миджет» имеет смотровое стекло. С его помощью можно на глаз определить скорость отбора спирта. Есть ниппель, чтобы подключить термометр.

После того, как установка ректификационной колонны выйдет на рабочий режим (температура перестанет изменяться), кран отбора надо открыть. Если вы перегоняете спирт-сырец, на этом этапе можно провести дробную перегонку. Для начала отбирается 3-5% расчетного кроличества спирта. Это головная фракция с резким запахом. Она испарется быстрее всего и имеет в совем составе вредные легкокипящие компоненты: метанол, ацетон и т.д.

Термометр на узле отбора необходим, чтобы контролировать температуру. При отборе пищевой фракции температура в ректификационной колонне должна быть неизменной. Ректификацию следует прекратить, когда вы не сможете поддерживать постоянную температуру в колонне при минимальном отборе спирта. После этого можете подставить отдельную приёмную емкость, полностью открыть кран отбора и собрать «хвостовую» фракцию.

Дефлегматор

shema-rektifikacionnoy-kolonny-4.png

Дефлегматор или холодильник — это самая верхняя часть ректификационной колонны. Он также идет в составе ректификационной насадке и по отдельности.

В дефлегматоре собираются и конденсируются пары, превращаясь в флегму. Флегма возвращается вниз и обогащается компонентами идущего навстречу пара. Часть флегмы попадает в узел отбора и выходит наружу. Чем меньше флегмовое число (количество выходящего спирта) — тем выше степень очистки спирта-ректификата.

Универсальный холодильник «Миджет»

Мини дефлегматор «Миджет» — используется, чтобы повысить качество очистки

Автоматика для ректификационной колонны

Ректификация требует постоянного контроля, чтобы головная и хвостовая фракции не попали в пищевую часть. Этот процесс можно облегчить, используя БУР — блок управления ректификацией. Блок будет ограничивать отбор ректификата в соответствии с заданной программой, чтобы хвостовая часть не смешалась с пищевой. Так вы можете отойти от колонны, не боясь, что хвосты попадут в чистый ректификат.

БУР — это необязательная часть ректификационной колонны, однако работать с ним гораздо удобнее.

Что дальше

Полученный на выходе спирт-ректификат будет иметь жесктий вкус. Спирт надо разбавить, отфильтровать и дать настояться. Для очистки спирта можно использовать активированный уголь, это называется углеванием. В результате углевания спирт приобретает более мягкий вкус, уголь связывает остатки сивушных масел, которые в небольшом количстве проникают в напиток дяже при дробном отборе на ректификационной колонне. Именно так готовится классическая русская водка.

После сортировки (разбавления) и углевания спирту надо отдохнуть в стеклянной ёмкости несколько дней.

Подробнее об устройстве и работе ректификационной колонны читайте в инструкции

www.doctorguber.ru

Что такое ректификация? Описание процесса и применение в промышленности

Спирты плотно вошли в нашу жизнь. И это не только алкоголь. Получают его путем брожения с последующей перегонкой. И часто люди ошибочно думают, что ректификация – это перегонка второй раз. На самом деле это многократная прогонка спиртосодержащих жидкостей в специальных колоннах. В результате встречи двух потоков - жидкости и пара - получается чистый спирт. Давайте разберёмся, что такое ректификация, более подробно.

Спирт и его свойства

Но для начала разберемся, что же такое спирт. Слово было заимствовано из латинского языка и означает «дух». Если выдержаны все нормальные условия, то это будет бесцветная, прозрачная жидкость с резким вкусом и характерным ароматом. Чистый спирт будет крепким в диапазоне от 95,6 до 100%.

что такое ректификация

Со спиртными напитками человечество знакомо давно, как с перебродившим соком натуральных ягод и фруктов. Тогда это были напитки с низким содержанием спирта. Но с развитием химических знаний люди получали все более и более крепкие напитки. Но только в самом конце XVIII столетия смогли получить 100% спирт ректификат. Автором изобретения был русский химик Ловиц Т. Е.

Что такое ректификация

Слово пришло в наш язык из латинского языка и означает исправление, выправление. Это один из способов, который используют в промышленности, лабораториях или в домашних условиях, чтобы разделить смешанные между собой жидкости.

ректификация спирта

Основан процесс ректификации на разнице в распределении смешанных компонентов между фракциями пара и жидкости. При этом процессе поток пара двигается навстречу потоку жидкости, они контактируют друг с другом, обмениваясь теплом и массой до наступления равновесия в системе. Все это происходит в специальном приборе, который называется ректификационный колонный аппарат.

В процессе встречи потоков восходящий паровой поток вбирает в себя все летучие компоненты, а стекающая жидкость - менее летучие. Как и в процессе дистилляции — еще одного процесса получения спирта, — затраты энергии при ректификации одинаковы, но извлечение нужного компонента (в нашем случае спирта) гораздо эффективнее. Вот что такое ректификация.

Для того чтобы жидкость и пар взаимодействовали более успешно, в установках используются контактные элементы — тарелки или насадки. Они увеличивают эффективность и площадь взаимодействия двух встречных потоков. Принцип их работы следующий: пар, идущий вверх, проходит через контактный элемент и скопившуюся на нем жидкость, более интенсивно обмениваясь массой и теплом. Чем больше будет установлено в конструкции элементов, тем быстрее будет достигаться равновесие между паром и жидкой фракцией.

спирт ректификат

Чем ректификация отличается от процесса дистилляции, рассмотрим в нижеследующей таблице.

Отличие ректификации от дистилляции

ОтличиеДистилляцияРектификация спирта
Получаемая крепость напиткаЗависит от количества перегонок и качества аппарата, может варьироваться от 40 до 65 об.Может достигать 96 об.
Качество напиткаАромат и послевкусие использованного сырья сохраняется.Спирт-ректификат, без других примесей.
Получение чистых фракцийЧрезвычайно слабое качество разделения, вещества перемешиваются, и исправить это возможности нет.Если содержатся вещества, закипающие при разной температуре, то на выходе они будут чистыми.
Удаление вредных для здоровья веществДля качественного удаления сивушных масел требуется минимум две перегонки.Если соблюдены все технологии, убираются полностью.
Спиртовые потериДаже если следовать всем правилам, только 80% от общего количества будет извлечено.Практически без потерь. Всего от 1 до 3% может потеряться.
Взрыво- и пожароопасностьПрибор достаточно прост, но риск всё-таки есть.Оборудование достаточно сложное, и если будет допущена ошибка, то возможен взрыв.

Оборудование для ректификации

Для данного процесса могут использоваться два типа оборудования: установка с непрерывным и периодическим действием. Первый тип используется в промышленности, так как для регулировки работы используется автоматика — дорогая и сложная. Для лабораторий используется второй, более простой и дешевый тип оборудования. В нем установлены элементарные средства регулировки отбора — градусник и манометрический измеритель изменения давления на колонне.

Строение ректификационной колонны

Классическая схема ректификационной колонны выглядит следующим образом. На испарительном кубе устанавливается вертикальная колонна (еще ее называют царга) и дефлегматор с концевиком. Такая установка не требует сложных механизмов, только кран для отбора, смотровое стекло, термометр, и иногда регулятор мощности.

схема ректификационной колонны

Следует помнить, что чем больше высота колонны, тем интенсивнее будет массо- и теплообмен двух потоков. А ректификация спирта будет лучше.

Принцип работы колонны

Наполняется куб максимально на две трети его объема спиртосодержащей смесью, проверяется герметичность стыков, закрывается кран отбора и подается охлаждающий элемент (чаще всего вода). Только сейчас можно включать нагревание.

Важно знать: никогда нельзя закрывать два штуцера (отбора ректификата и подачи воды) одновременно, от этого колонна может просто взорваться под действием образовавшегося избыточного давления!

процесс ректификации

Нагревателем жидкость, залитая в куб, доводится до кипения, и полученный пар поднимается. Затем, попав в дефлегматор, конденсируется и стекает по стенкам, снова контактируя с поднимающимся вверх новым паром. Снова попадает на нагреватель, становится паром, и процесс повторяется.

Через какое-то время пар и жидкость приходят в равновесие, а в верхней части скапливается фракция с низкой температурой кипения (метанол). В нижней — с высокой (сивушные масла). Теперь их можно отбирать.

Равновесие определяется по сохранению температуры в течение 10 минут. До этого момента устройство трогать не надо.

Узел отбора колонны

Что из себя представляет узел отбора? Чаще всего это небольшой бортик, который тормозит, не давая стекать, флегму (сконденсированную из пара жидкость). Если открыть кран узла отбора, то задержанная флегма стекает в холодильник, превращаясь в спирт-ректификат.

Та же жидкость, которая не задержалась на бортике, стекает дальше вниз, чтобы снова повторить цикл. В промышленных установках можно устанавливать соотношение между ректификатом и флегмой, которая возвращается (флегмово число) с помощью крана. От этого числа зависит чистота и процентное содержание спирта. Чем оно выше, тем спирт чище.

ректификационный колонный аппарат

Бывает, что происходит такое неприятное явление, как захлеб ректификационной колонны. Информацию о том, что это произошло, показывает сильный шум булькающего типа внутри самой конструкции. Причин, почему произошел захлеб, может быть несколько, рассмотрим их.

Когда колонна захлебывается

Максимальная скорость движения пара в каждой конструкции разная. Когда она достигается, флегма замедляет свое движение в кубе, а потом и вовсе может остановиться. Скопление ее в ректификационной части вызывает остановку процесса тепло- и массообмена. Результат — перепад давления (зачастую очень резкий) и появление посторонних шумов.

Причины «захлеба»:

  • чаще всего это нагрев выше допустимого;
  • переполнение куба или засорение его частицами спиртосодержащего состава;
  • в высокогорье основной причиной является низкое атмосферное давление;
  • скачок напряжения, из-за которого вырастает мощность ТЭНа;
  • неисправности и ошибки в конструкции.

Теперь вы знаете, что такое ректификация. Полученный в результате этого процесса спирт имеет жесткий вкус (так называемый технический спирт). Его можно использовать для технических целей, но для пищевой промышленности его нужно будет еще дорабатывать — разбавлять, фильтровать и настаивать.

Для лучшего очищения полученное сырье подвергают процессу углевания (пропускание через активированный уголь). В результате этой процедуры спирт приобретет «мягкость», а сивушные масла (небольшое их количество всегда попадает в спирт, даже если вы использовали процесс дробного отбора) будут связаны углем. На самом деле это классическая процедура приготовления известной русской водки.

чистый спирт

После проведения процедур разбавления и углевания напитку нужно дать отдых. Просто оставьте его на несколько дней в стеклянной емкости. Водка будет идти мягче, а если не перебирать, то и похмелья не будет.

fb.ru

Ректификационная колонна - это... Что такое Ректификационная колонна?

Промышленные ректификационные колонны

Ректификационная колонна — аппарат, предназначенный для разделения жидких смесей, составляющие которых имеют различную температуру кипения. Классическая колонна представляет собой вертикальный цилиндр с контактными устройствами внутри. Ректификация (от лат. rectus— прямой и facio— делаю) — это тепломассообменный процесс, в результате которого конденсация составляющих пара происходит раздельно.

Промышленное применение

Ректификация известна с начала XIX века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности.

В настоящее время ректификацию все шире 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

Упрощенная технологическая схема непрерывной ректификации

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

Пары поднимаются в верхнюю часть колонны, охлаждаются и конденсируются в холодильнике-конденсаторе 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).

Стекая вниз по тарелкам, жидкость обогащается 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 возвращённого обратно в колонну, называют орошением или флегмой. Отношение количества возвращемой 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.

Таким образом, в кубе колонны создается 2 потока: 1 поток — жидкость, стекающая с верха (из зоны питания+орошение) 2 поток — пары, поднимающиеся с низа колонны.

Кубовая жидкость, стекая сверху вниз по тарелкам, обогащается высококипящим компонентом, а пары обогащаются легкокипящим компонентом.

(И. А. Александров Ректификационные и абсорбционные аппараты, Химия, Москва, 1971)

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 одновременно 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. В ректификационных колоннах в качестве контактных устройств применяются тарелки, которые дали название химическому термину, и насадки. Насадка, заполняющая колонну, может представлять собой металлические, керамические, стеклянные и другие элементы различной формы. Конденсация осуществляется на развитой поверхности этих элементов.

Согласно ряду нормальных диаметров колонные аппараты изготавливают диаметрами: 0,4 м 0,6 м 0,8 м 1,0 м 1,2 м 1,4 м 1,6 м 1,8 м 2,0 м 2,2 м 2,4 м 2,6 м 2,8 м 3,0 м 3,2 м 3,4 м 3,6 м 3,8 м 4,0 м 4,5 м 5,0 м 5,5 м 6,0 м 6,4 м 7,0 м 8,0 м

Литература

И. А. Александров Ректификационные и абсорбционные аппараты, Химия, Москва, 1971

dic.academic.ru

Ректификационные газы | ПроНПЗ

Нефть, как природный ресурс, в чистом виде не используется ни в одной из областей промышленности. Из нефти получают целый ряд продуктов которые владеют разными свойствами, химическими составом и применяются для разных целей. Область применения продуктов переработки нефти обширна: начиная от моторного топлива, сырья для химической промышленности и заканчивая строительными материалами и дорожным покрытием.

Для получения отдельных компонентов нефти ее подвергают технологической обработке, которая называется ректификацией.

Ректификация – это процесс разделения смесей на фракции, который происходит вследствие разницы температуры кипения и конденсации компонентов.

Сам процесс ректификации происходит в специальных установках, называемых ректификационными колоннами. Конструктивно ректификационная колонна колонна представляет собой цилиндрическое сооружение, расположенное вертикально и разделенное на ряд перегородок, на которых, собственно, и происходит конденсация разных фракций, отличающихся разной температурой кипения.

Получение продуктов перегонки нефти происходит на нефтеперерабатывающих заводах, с постоянно работающей установкой.

Ректификационные газы колонны

Образование ректификационных газов

В процессе ректификации, нефть проходит через печь, где происходит ее нагревание до температуры 320-350°. Вследствие нагревания нефти происходит закипание и испарение отдельных компонентов. Эти компоненты переходят в газообразное агрегатное состояние, а далее путем конденсации на разных уровнях ректификационной колонны, выделяются разные продукты переработки нефти. Остатком после испарения легких фракций является мазут. Компонентами, которые получаются путем конденсации в ректификационной колонне, являются дизельное топливо, керосин, лигроин, бензин и ректификационные газы.

Ректификационные газы из перечисленных сконденсированных компонентов имеют самую низкую температуру кипения – не более 40°С. Они представляют собой низкомолекулярные углеводороды, собирающиеся в самой верхней части ректификационной колоны. Эти газовые потоки перерабатываются на газофракционирующих установках, при этом получают товарные сжиженные газы пропан, бутан и изобутан и другие.

Применение ректификационных газов

Основное применение ректификационных газов – использование их в качестве горючего в бытовых нагревательных приборах, на транспорте, а также в промышленности.

В быту все еще распространено применение пропан — бутановых смесей в подвозных газовых баллонах, для районов с отсутствующим центральным газоснабжением для приготовления пищи и отопления помещений. В этом случае пропан — бутановые смеси поставляются в сжиженном состоянии.

Бутан может применяться для заправки обычных зажигалок. Также на бутане могу работать осветительные приборы – фонари и прожектора.

Бутан может быть использован в промышленных холодильниках в качестве хладагента. Считается, что пропан-бутан не настолько вреден для окружающей среды в сравнении с традиционным фреоном.

Пропан — бутановые смеси применяют при выполнении газосварочных работ в промышленности. При этом данные газы являются более дешевым заменителем ацетилена – традиционного сварочного газа, незначительно уступая ему по температуре горения.

В последнее время в связи с подорожанием бензинов и дизельного топлива все большее распространении получает применение пропан — бутановых смесей, а также метана в качестве моторных топлив для автомобилей. В сравнении с бензинами эти газы более экологически чистые и гораздо дешевле жидких моторных топлив.

Газы группы алканов могут применяться и в парфюмерной отрасли – при изготовлении лаков для волос, тушей для ресниц.

При ремонте или прокладке дорожных покрытий газы могут применяться для разогревания асфальта.

Этан является основным сырьем для получения промышленного этилена.

Состав ректификационных газов

Как уже упоминалось выше, по своему химическому составу ректификационные газы, в основном состоят из метана, этана, пропана и бутана.

Для определения состава ректификационных газов выполняется анализ состава общей смеси. Такой анализ проводят при помощи низкотемпературной ректификации. Так как нужные углеводороды имеют разные физические свойства их можно разделить, как и при первичной дистилляции нефти. Но данный метод не позволяет полностью определить состав ректификационных газов, и является очень дорогим.

Поэтому для определения состава используется метод хроматографического анализа. Данный метод состоит в разделении веществ — примесей, жидких веществ от необходимых газообразных продуктов методом сорбции и десорбции при помощи сорбента. Такой метод анализа увеличивает точность определения состава смеси в два раза. Также используется и после низкотемпературной ректификации для увеличения точности определения состава. Такие методы применяются в первую очередь в нефтехимии, но их также используют для определения химических веществ похожего состава: пестициды, лекарственные препараты, вещества растительного происхождения.

Условия проведения анализа зависят от природы строения и происхождения вещества. Разные методы хроматографии, такие как газожидкостная и газоадсорбционная позволяют анализировать летучие термостабильные вещества, в том числе и для углеродов, не имеющих функциональных групп.

Доля ректификационных газов, образующихся при прямой перегонке нефти, составляет 25 – 30 % от общего количества газов, которые образуются на всех этапах переработки нефти, остальное – крекинг и риформинг — газы.

Состав ректификационных газов сильно разнится в зависимости от типа и режима работы ректификационных установок.

Ниже приведен типовой состав ректификационных газов:

Компоненты % мол компоненты % мол
Инертные (N2, С2, О2) 4,1 Пропан 9,4
Водород 6,1 Бутаны 2,6
Метан 39,1 Пентаны 1,4
Этилен 7,3 Сероводород 3,0
Этан 17,5 Углекислый газ 0,6
Пропен 8,9 Всего 100

pronpz.ru


Смотрите также