Особенности ректификации многокомпонентных смесей

Для разделения n-компонентной смеси требуется (n — 1) колонн, однако число возможных вариантов технологических схем с расчетом числа продуктов и способов их получения увеличивается экспоненциально. На рис. 48 показано, что для разделения смеси компонентов ABCD, расположенных в порядке возрастания температур кипения, возможны 5 вариантов схем деления; для смеси из 10 компонентов число возможных схем составляет 4862.

Рис. 48. Возможные варианты схем разделения компонентов смеси ABCD.

Тема 11: Периодическая ректификация бинарных смесей

Цель: Показать области применения периодической ректификации, её особенности; познакомить с режимами проведения периодической ректификации: R = const и х_Р=const

В малотоннажных производствах используются ректификационные установки периодического действия (рис. 49). В куб колонны загружают определенное количество подлежащей разделению смеси, где она нагревается до температуры кипения и испаряется. Образующиеся пары проходят через колонну, взаимодействуя в противотоке с жидкостью,

 

Рис. 49. . Ректификационная установка периодического действия: 1 -куб; 2 -колонна; 3 -дефлегматор; 4 -делитель потоков; 5 - холодильник; 6, 7 - сборники.

поступающей из дефлегматора. В нем конденсируются выходящие из колонны богатые НК пары, направляемые далее в делитель потоков. Часть конденсата (флегма) поступает обратно в колонну, другая часть (дистиллят) - через холодильник в один из сборников.

Периодически действующие колонны работают как колонны для укрепления паров. Поэтому зависимость между рабочими концентрациями фаз определяется для всей колонны одной рабочей линией, соответствующей уравнению (10.4). Роль исчерпывающей части выполняет куб колонны.

Установки для периодической ректификации подразделяются на агрегаты, работающие при постоянном флегмовом числе (R = const), и агрегаты, функционирующие при переменном R и постоянном составе дистиллята (х_Р=const). Наиболее широко распространены в промышленности установки первого типа. Для этого случая изменение составов кубовой жидкости и дистиллята показано на рис. 50. В начале ректификации концентрация НК в кубовой жидкости равна x_F, а в дистилляте – x_w. По мере течения процесса концентрация НК в кубе будет уменьшаться и принимать значения x₁, x₂ и т. д. Соответственно понизятся концентрации НК в дистилляте, принимая значения x'_p, х''_p и т.д. В результате дистиллят получают в виде различных по составу фракций, отбираемых в отдельные сборники или будет получен дистиллят среднего состава в пределах x_p-x_pw и остаток в кубе состава x_W. Из рис. следует, что при R.= const наклон всех рабочих линий, равный R/(R—l), не зависит от концентрации НК, поэтому линии смещаются параллельно своему первоначальному положению.

 

Рис. 50. Рабочие линии периодической ректификации с постоянным флегмовым числом.

Проведение процесса с получением дистиллята постоянного (начального) состава х_Р=const возможно путем постепенного увеличения во времени количества возвращаемой в колонну флегмы или при работе с постепенно возрастающим флегмовым числом R.

Осуществление процесса таким способом связано с автоматическим (программированным) регулированием количества флегмы, возвращаемой в колонну, или количества пара, поступающего из кипятильника, что усложняет установку.

Для этого случая изменение составов кубовой жидкости и положение рабочих линий показано на рис. 51.

 

Рис. 51. Изображение рабочих линий процесса периодиче­ской ректификации при хР=const

Предельным случаем работы колонны в режиме с постоянным составом дистиллята является работа колонны «на себя».