4 Ректифікаційна колона

4.1 Обґрунтування вибору типу ректифікаційної колони

Ректифікаційні колони можуть мати різні конструкції, такі як тарілчасті колони або колони з упаковкою. Вони зазвичай мають велику висоту, що дозволяє ефективно проводити розділення компонентів. Крім того, вони можуть бути обладнані системами рефлюксу, холодильними пристроями та іншими додатковими компонентами для поліпшення процесу ректифікації.

Ректифікаційні колони використовуються для розділення різних речовин, таких як нафтопродукти, хімічні сполуки, спирти, фармацевтичні речовини тощо. Вони грають важливу роль у виробництві чистих речовин, вилученні цінних компонентів та забезпеченні високої якості кінцевих продуктів.

Тарілчасті колони і колони з упаковкою є двома основними типами ректифікаційних колон, кожен з яких має свої переваги і обмеження. Ось деякі переваги тарілчастих колон порівняно з колонами з упаковкою: Висока ефективність розділення: Тарілчасті колони зазвичай забезпечують вищу ефективність розділення компонентів. Це пов'язано з тим, що тарілки створюють перешкоди для проходження парів, що сприяє більш ефективному контакту між газовою і рідкою фазами. Це дозволяє досягти кращої якості розділення і зменшити кількість необхідних тарілок у порівнянні з колонами з упаковкою. Менша втрата тиску: Тарілчасті колони зазвичай мають меншу втрату тиску порівняно з колонами з упаковкою. Це може бути важливо при великому масштабі процесу або при використанні високов'язких рідин. Низька втрата тиску дозволяє зменшити енергетичні витрати на прокачку рідини і газу через колону. Зменшена відпадковість:

Тарілчасті колони зазвичай мають меншу відпадковість рідини з вихідними паровими струменями. Це може бути важливо при роботі з дорогими речовинами або при виробництві продуктів, які потребують високої чистоти.

Більша гнучкість проектування: Тарілчасті колони надають більшу гнучкість у проектуванні та зміні режимів роботи. Вони можуть бути легко модифіковані, додавані або вилучені тарілки для оптимізації процесу ректифікації, що дозволяє підлаштувати колону під конкретні вимоги і умови. Звичайно, колони з упаковкою також мають свої переваги, такі як висока ємність упаковки і більша опірність до піни. Але ми вибираємо тарілчастий тип.

4.2 Фізичні процеси в ректифікаційній колоні

Ректифікаційна колона є ключовим елементом в процесі фракційної дистиляції і використовується для розділення рідин на компоненти з різними температурами кипіння.

У цій колоні відбуваються різні фізичні процеси, які допомагають розділити суміш на фракції з різними складами.

Основні фізичні процеси, які відбуваються в ректифікаційній колоні, включають:

Дистиляція: Це процес, при якому речовина нагрівається, а потім перетворюється у пари. В ректифікаційній колоні рідина подається до верхньої частини колони, де вона нагрівається і перетворюється на пари. Ці пари піднімаються вгору колоною.

Конденсація: Колона має холодильний пристрій, який охолоджує пари, що піднімаються вгору. Це призводить до конденсації парів у рідку фазу. Конденсована рідкість стікає вниз по колоні.

Масообмін: У колоні відбувається масообмін між рідиною і паром. Рідина, яка стікає вниз по колоні, зустрічає піднімаючіся пари. Цей контакт між рідиною і паром дозволяє передавати речовину від однієї фази до іншої. Цей процес сприяє розділенню компонентів рідини.

Рефлюкс: Частина конденсованої рідини, яка стікає вниз по колоні, повертається вгору як рефлюкс. Рефлюкс забезпечує кращий контакт між рідиною і паром і допомагає покращити ефективність розділення компонентів.

Дифузія: Дифузія є фізичним процесом перемішування речовини, який відбувається на молекулярному рівні. В ректифікаційній колоні дифузія сприяє переміщенню компонентів між рідиною і паром, що дозволяє краще розділити їх.

Адсорбція: У деяких випадках, ректифікаційні колони можуть бути використані для адсорбції речовин. Адсорбція відбувається, коли компоненти рідини або газу вступають у взаємодію з поверхнею адсорбента на тарілках або в упаковці колони. Цей процес може допомогти видалити нечистоти або розділити компоненти залежно від їх адсорбційних властивостей.

Фільтрація: У випадках, коли рідина містить частки твердих речовин, ректифікаційна колона може використовуватися для фільтрації. Тарілки або упаковка в колоні можуть служити як фільтри, утримуючи тверді частки і пропускаючи рідину.

Повторне випаровування: В деяких процесах повторне випаровування може відбуватися на тарілках ректифікаційної колони. Після конденсації парів у рідку фазу, деяка кількість рідини може випаровуватися знову під впливом тепла, що дозволяє подальше розділення компонентів.