Глава 7. Основные фракционирующие аппараты

К этой группе относят вертикальные аппараты, снабженные большим числом тарелок, на каждой из которых происходит тепло- и массообмен, сопровождающийся однократным испарением и конденсацией. В одних аппаратах движение складывается из прямолинейного восходящего движения газовой фазы, а также вертикального и горизонтального движения жидкости, в других - среды движутся по винтовой линии от центра к периферии и от периферии к центру.

Аппараты для разделения жидкостей

7.1. Перегонка, сущность процесса

Смеси жидкостей можно классифицировать следующим образом:

1) смеси жидкостей, взаимно растворимых при любых соотношениях (например, этиловый спирт - вода, бензол - толуол, толуол- ксилол и т. д.); 2) смеси взаимно нерастворимых жидкостей (например, бензол - вода, масло - вода и т.д.); 3) смеси частично растворимых жидкостей (например, ацетон - вода, фенол - вода и т.д.).

Смеси взаимно нерастворимых жидкостей можно разделить, если компоненты заметно отличаются по плотности, простым отстаиванием в емкостных аппаратах, носящих название разделительных (или флорентийских) сосудов. После отстаивания отдельные слои сливают из сосуда в соответствующие емкости.

Если взаимно нерастворимые жидкости мало отличаются по плотности, их можно разделить экстракцией и сепарацией.

Для разделения жидкостей, взаимно растворимых или частично растворимых одна в другой, используют процессы перегонки или ректификации и частично экстракции.

Процессы перегонки и ректификации применяются для разделения нефтепродуктов, продуктов органического синтеза, кислот, сжиженных газов и т. д. С помощью ректификации разделяют как многокомпонентные, так и двухкомпонентные смеси, в состав которых входят только два компонента.

Разделение смесей перегонкой основано на том, что жидкости, входящие в смесь, имеют различные температуры кипения. Если смесь постепенно нагревать, то при некоторой температуре начинает кипеть жидкость, имеющая более низкую температуру кипения. Эта жидкость называют низкокипящим компонентом (НКК).

При этой же температуре можно перевести в пар практически весь НКК, содержащийся в смеси. После этого остаток жидкости будет состоять из высококипящего компонента (ВКК). Этот остаток называется кубовым остатком, а пары низкокипящего компонента после их конденсации в холодильнике называются - дистиллятом.

Описанный выше процесс, называемый простой перегонкой, не дает возможности получить разделенные компоненты в чистом виде, так как в парах НКК содержится некоторое количество паров ВКК и, наоборот, в кубовом остатке будет растворено некоторое количество НКК. Поэтому для более полного разделения компонентов применяют более сложный процесс - ректификацию.

Перегонку можно вести тремя различными способами: однократным, многократным и постепенным.

При однократной перегонке образовавшаяся в ходе процесса новая фаза остается в контакте с исходной фазой до конца процесса, после чего эти фазы разделяются в один прием, однократно. Примером может служить процесс частичного испарения нефти в трубчатой печи.

В промышленной практике однократный процесс перегонки чаще всего осуществляется непрерывно.

Основными условиями непрерывного процесса является постоянство составов сырья и образующихся фаз, а также неизменность скоростей подачи сырья и отвода продуктов однократной перегонки.

При многократном осуществлении процесса перегонки образующиеся фазы разделяются в несколько приемов, а многократное испарение состоит из повторяющегося несколько раз процесса однократного испарения, причем во второй ступени испаряется жидкость, оставшаяся при отделении паров, образовавшихся в первой ступени, а в третей ступени испаряется жидкость, оставшаяся после второй ступени разделения т. д. (обычно более 2-х однократных процессов).

Отношение веса образовавшихся в результате процесса перегонки паров, к весу исходной смеси, называется весовой долей отгона.