Колонны со стриппинг-секциями. Одним из способов приближения реальных процессов ректификации к термодинамически обратимым является применение колонн со стриппинг-секциями, являющихся примером колонн с частично связанными тепловыми и материальными потоками.
Колонна со стриппингом представляет собой сложную колонну с дополнительной боковой отпарной или укрепляющей секцией, снабженной кипятильником или конденсатором соответственно. В стриппинг-секцию подается поток бокового погона, одна часть которого отбирается в качестве продукта, а другая возвращается обратно в главную колонну см. рис.6 . На одной колонне может устанавливаться несколько стриппингов.
Колонны со стриппингами более сложны в управлении по сравнению с простыми колоннами, однако позволяют существенно снизить энергозатраты, в связи с чем они получили широкое применения в химической технологии, особенно в процессах переработки нефти. Рис.6. Сложные колонны с боковой секцией а - отпарной, б - укрепляющей. 2.4.2. Многокорпусная ректификация. Другой способ приближения необратимого процесса ректификации к обратимому - многокорпусная ректификация.
Схема установки многокорпусной ректификации изображена на рис.7. Установка состоит из последовательности простых дистилляционных колонн. Поток питания F распределен между колоннами в установке. Особенность процесса заключается в том, что дистиллят предыдущей колонны используется для подогрева куба последующей. Для этого необходимо выполнение условия tD1 tW2, tD2 tW3 2.3.2.1 где tD1 и tD2 температура дистиллята 1-й и 2-й колонны соответственно, а tW2 и tW3 температура куба 2-й и 3-й колонны.
Это условие выполняют поддержанием в колоннах разного давления, т. е. P1 P2 P3, где P1, P2, P3 - рабочие давления 1-й, 2-й и 3-й колонн соответственно, причем для удобства эксплуатации и управления, давления стараются подбирать так, чтобы давление последней колонны в последовательности было атмосферным. Установки многокорпусной ректификации требуют существенных капиталовложений и имеют ограничения в применении требованием относительно близких температур кипения и термической устойчивости компонентов разделяемой смеси.
Рис. 7. Разделение бинарной смеси AB в схеме многокорпусной ректификации. 2.3.3. Теплоинтеграция потоков. Одним из наиболее перспективных методов приближения процесса необратимой ректификации к обратимой, является теплоинтеграция потоков. В системах колонн, связанных материальными и тепловыми потоками предыдущая и последующая колонны связаны противоположно направленными паровыми и жидкостными потоками, соединяющими верх и низ предыдущей колонны с точками ввода питания последующей колонны или верх последующей колонны с боковым отбором предыдущей и, наконец, низ последующей колонны с боковым отбором предыдущей. Применение системы ректификационных колонн, связанных материальными и тепловыми потоками, позволяет на 20 - 50 снизить общие затраты тепла и холода по сравнению с простыми колоннами.
Независимо от числа получаемых продуктов технологические схемы установок, где используются колонны, связанные материальными и тепловыми потоками, имеют один дефлегматор и один кипятильник, однако на практике такие схемы колонн эффективны только при разделении близкокипящих многокомпонентных смесей, так как лишь в этом случае в последней колонне могут быть приняты температуры верха и низа, удовлетворяющие экономичным условиям конденсации и испарениям получаемых продуктов 7 . На рисунке 8 изображен пример колонн, с полностью связанными материальными и тепловыми потоками.
Рис. 8. Ректификационные колонны с полностью связанными материальными потоками. 2.4.4.